Leistungsreduzierung bei Umgebungstemperatur (Ambient Derating)

Die Leistungsreduzierung bei Umgebungstemperatur (Ambient Derating) beschreibt das Phänomen, dass das Signal eines Messgeräts in gewissem Maße von der Umgebungstemperatur abhängt. Dieser Effekt hat verschiedene Ursachen, und sein Ausmaß hängt von der verwendeten Elektronik und der Detektortechnologie ab.

Im Allgemeinen kann diese Signaldrift in Abhängigkeit von der Gerätetemperatur drei Ursachen haben. Erstens besitzt jedes elektronische Bauteil seinen eigenen Temperaturkoeffizienten, der sich insbesondere bei geringen Signalstärken bemerkbar macht. Gerätehersteller können diesen Effekt durch die Auswahl geeigneter Komponenten beeinflussen. Zweitens werden häufig Spektralfilter verwendet, um den Spektralbereich exakt zu definieren. Diese Filter bestehen in der Regel aus vielen dünnen Schichten unterschiedlicher Materialien, um die gewünschten Transmissionseigenschaften durch konstruktive und destruktive Interferenz zu erreichen. Temperaturänderungen beeinflussen dieses Schichtsystem und damit auch seine Transmissionscharakteristik, insbesondere bei Temperaturen im Zentrum des Messbereichs. Dieser Effekt ist jedoch vergleichsweise gering. Drittens wird die Empfindlichkeit des Detektors je nach Technologie in unterschiedlichem Maße von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Beispielsweise kann bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur von 23 °C auf 70 °C die Empfindlichkeit – abhängig vom Detektormaterial – um 3 % bis 50 % variieren.

Die meisten Hersteller bemühen sich, Signaldrift durch intrinsische Temperaturänderungen so weit wie möglich zu minimieren. In einigen Fällen wird die Detektortemperatur durch technische Maßnahmen stabilisiert – entweder durch Heizen oder Kühlen auf eine definierte Temperatur. Alternativ kann die Detektortemperatur gemessen und eventuelle, davon abhängige Signaländerungen mithilfe eines physikalischen Modells, das in der Geräte-Firmware hinterlegt ist, kompensiert werden.

Das Ausmaß der verbleibenden Leistungsreduzierung hängt dann von der Qualität des Kompensationsmodells ab. Wird beispielsweise ein nichtlineares Driftverhalten mit einer linearen Korrekturberechnung behandelt, kann der Messfehler in Abhängigkeit von der Eigenerwärmung nur in einem kleinen Bereich der Umgebungstemperatur minimiert werden oder ein unregelmäßiges Verhalten zeigen. Der hier beschriebene Effekt bezieht sich auf thermisch stationäre Systeme. Schwankungen der Anzeige infolge schneller Änderungen der Umgebungstemperatur werden als thermischer Schock bezeichnet.