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懲りずに書いてみたりする結果オーライな日記



20127月31

光の測定いろいろ

マリンアクアリウム エイジ 02:28
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え?
もう8月なの!?
ひぃぃぃ!!!

と言う訳で、フルスペ夏の節電キャンペーンも本日いっぱいで終了です。
せっかくキャンペーン向けに太陽光を題材にした光講座でもしようと思ってたのに、、、
ホント、月日が経つのは年々加速してますね。あと20年もすれば僕も還暦ですし。。。

まあ、でもせっかくなので、最終日だけど光講座やっちゃいますか♪
じゃないと採り貯めたデータも無駄になるし(笑)

7/4は薄曇りでした。。。
って、いつの話やねん(曝)

7/4 某ビルの屋上から

とは言え、日差しは夏らしく強めだったので、太陽光をいろいろ測ってみました。

  • 照度 [lx]
  • PPFD(光合成光量子束密度) [umol/m2/s]
  • 放射照度 [W/m2]
  • UV(A+B) [mW/cm2]

の4パターンです。
いろいろな単位を計り知る事で、果たして何が見えてくるでしょうか?

この日は、多少薄く雲がかかってましたが、さすがは太陽光。強力です。

7/4の太陽光測定

ただ、もっと夏らしいデータが欲しくなったので、ピーカン日和を待つ事に。。。
そして、待ってる間に記憶喪失に。。。汗

そしてある日、ジリジリと照りつける太陽を見上げ、遂に思い出しました!
時は既に7/28 15:00ちょい前(曝)
あぁ、お昼ならもっと良いデータ採れたかなぁ。。。ま、いっか。

7/28の太陽光測定

せっかくなら10万ルクス採りたかったなぁ。。。
ん? なんか、紫外線高くない? 地球大丈夫?

PPFD計(光合成光量子束密度)はその名の通り光合成が対象となるので、波長範囲はおよそ400-700nmとなります。これは照度計の測定範囲ともほぼ一致していますが、照度計の感度特性が人間の目の比視感度を基準としているのに対して、PPFDは光合成の作用感度特性(光合成有効放射)を基準にしています。よって、得られる値はまったくの別物ですが、アクア向け照明の機器間の光量比較には双方ともある程度の目安にはなります。但し、照度とPPFDを直接的に比較することは無理ですし無意味です。
放射照度はピーカンの太陽光(基準太陽光)で1,000W/m2になるよう定義された単位だそうで、およそ太陽光の全スペクトルが対象となります(写真の日射計は特性上400~1,100nmまでが対象ですけど)
写真のUV計は280-320nmのUV-Bと320-400nmのUV-Aが対象で、個別に測定する事はできません。
それぞれの評価範囲と特性をグラフで表すとこんな感じです。

各測定器の評価範囲

照度は見ての通り緑がピークになっていて、仮に青や赤に強い光強度があってもほとんど値には影響しません。本当に「人間の目にとって明るいか暗いか」を目安にした単位です。
一方PPFDは、青と赤でやや感度が異なりますが、まあ、ある程度フラットに波長全域の光強度を積算した値が拾えると考えてOKです。ただ、僕のPPFD計は400-700nmが評価範囲なので、400nm以下や700nm以上の波長は測定値に含まれません。
そして、照度やPPFDのようなフィルターを持たないプレーンな値が拾えるのが放射照度計やUV計です。これらを足せば、およそ太陽光の全スペクトルの光強度を知る事ができるでしょう。ただ、放射照度はW/m2、UVはmW/cm2(μW/cm2)が主流なので、足す際は単位を揃える必要がありますけどね。

これらは測定の目的に合わせて使い分けると良いでしょう。

ついでにフルスペも測ってみました。

フルスペも測りましょう

まずは、いつもの30cm距離の測定結果はこんな感じ。

フルスペ24インチの光測定@30cm

太陽光と比べて、あまりに違うのが放射照度とUV。太陽光は紫外線や赤系の波長や赤外線が如何に多いのかがよく判りますね。それだけで10倍以上の差があるのですから。
フルスペは「UV大盛り♪」とよく言いますが、それはあくまでも400nmや420nmのピンポイントの波長の量であって、それ以下の本当の紫外線が大盛りな訳ではありません。UV計で見れば、写真のようにたかだか0.05mW/cm2に過ぎません。紫外線はほとんどゼロみたいなもんです。

ちなみに、もっと光量が欲しい場合は、水面距離20cmにするとまだまだ揚がります。

フルスペ24インチの光測定@20cm

ここまでくると、ようやく薄曇りの太陽光並みのPPFDがお目にかかれます(笑)
あくまでも太陽光(て言うか水深3-5M)のスペクトルを保持した上でこの光量を絞り出すのはなかなか至難の業なんですよ。美味しく味わって頂いてくださいね(笑)
ちなみに、付属のタンクブラケットで設置した場合は水面距離が15cm前後になるので、もっと上がると思います。サンゴの反応を注意深く観察して、適切な高さに調整してください。近づけすぎて白化させないように。。。

光源 照度
[lx]
PPFD
[umol/m2/s]
放射照度
[W/m2]
UV(A+B)
[mW/cm2]
太陽光 7/28 14:50 晴れ 88,500 1,789 844.0 5.18
7/04 14:39 薄曇り 53,600 1,181 616.0 2.27
KR93SP-24S @20cm 45,000 1,166 74.9 0.06
@30cm 35,260 758 48.6 0.05

さて、色々と測ってみましたが、それぞれの単位の概要はおよそ掴めたと思います。
結論としては、僕らがサンゴの光合成や蛍光タンパクを対象として色揚げを考えた場合、上記のどの単位を測定したとしても、その光源の光量は知る事ができますが、光源に含まれる波長分布を計り知る事はできません。あくまでもこれらは特定の波長範囲の総和量に過ぎないのですから。
よって、例えば「スギノキの色揚げに400-420nmの光強度が欲しい」等、目的の波長の光強度を知ろうとするなら、分光強度計などのスペクトロメーターに頼るしかありません。とは言え、それは個人では無理な話ですから、現状では光量やスペクトルデータを公開している製品だけが頼りです。それか、気まぐれで誰かさんがスペクトル測ってくるとか(笑)

フルスペとSCのスペクトル

はぁ。。。スーパークールのスペクトルって、ホント惚れ惚れしますよね。。。
こんなん、色揚がりしたくなくても揚がっちゃいますよ(曝)
言うならば、光量よりも色揚げ重視のメタハラと言えるでしょう。

一方、コーラルグロウ系のメタハラは、目立った色揚げ要素には欠けますが、メインの青に強いピークを持っていて、何より250Wでの光量は半端ないです。そのため、相対的に420nmのピークにもそれなりの光強度が発生します。堅実なランプですよ、まったく。

さて、フルスペですが。。。スペクトルはもはや完成されているので、強いて言うならば、やはり光量かな。ま、元々1W駆動なので既に考え得る目一杯の光量は確保されてはいますが、実はひとつだけ光量アップの可能性が残されています。それが、日亜の白色LED特許網です。それさえ切れたら、遠慮なく最強の白色LEDを搭載できるんですが(汗)
それで多分、今より20%くらいは明るくなるんじゃないかなぁ。。。

以上、節電キャンペーン企画「光講座」でした♪
・・・なんかの奴には立つかしら?

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コメントとトラックバック

  1. 1. むら 2012/08/08 12:37

    こんにちは、いつぞや爬虫類飼育用にLEDはどうか?と質問していたむらです。

    今回のように実際にデーターを並べて頂くと、LEDでは爬虫類に必要な紫外線域
    が全く出ていないのが一目瞭然であっぱれです。
    そういう爬虫類飼育に必要のないLEDランプも買ってしまった僕は途方に暮れるわけでもなく、いっそのこと子供の頃から憧れていたマリンアクアリウムの世界にも行ってしまおうかとまたもやネットの世界をうろうろしている始末です。

    ネット世界をうろうろと調べていると実は理系の僕が満足できるようなサイトがほとんど無くてやはりこのサイトが一番理屈っぽくて(笑)わかりやすく出来ているのがよくわかります。

    と言うわけでこれからも色々と場違いな質問もしてしまうかと思いますが、初心者だと思って温かい目でぬるく見守って頂ければと思います。
    よろしくお願い致します(笑)

  2. 2. エイジ 2012/08/08 13:43

    むらさん、こんにちわ。

    褒められたのかどうか?笑、こんなんで良ければいくらでも書けます♪

    確かにアクアは単純に計算できない要所が多いし、仮に計算できても他の要因によって結果が左右されたり、なかなか思った通りに進まない趣味ですね。
    ま、だからこそ理屈と計算で固められる部分は徹底的に固めようと進めています。
    その中では、光の再現自体は水質に比べたらとても単純です。

    あ、ちょうど良いタイミングでした。
    過去に流通していて、のちに廃盤となり愛用者から悔やまれていた?ツールが復刻したのでお知らせします。むらさんにも必需品になるでしょう♪
    タニタのUVチェッカー
    http://item.rakuten.co.jp/royal3000/x503/
    なんと!? このおもちゃ的な価格帯のくせに、UV-AとUV-Bが個別に測定可能♪
    ま、精度はほどほどですが、ないよりはマシです(汗)
    在庫を1000台ほど用意したようなので、当分なくならないでしょう。
    あとで一般のUV計との比較記事でも書いてみます。

  3. 3. むら 2012/08/08 22:53

    えいじさん、こんにちは。

    返信ありがとうございます。
    もちろん褒めておりますよ。そう読めませんでしたか?(笑)
    どのようなことでも簡単に説明するということは実は非常に難しくて、僕は医療関係人なのですが、何を言いたいのかまったくわからない学術論文がいかに多いか。

    タニタのチェッカー、もう入手しておりましてウチで使用しているランプ類をいくつもチェックしました。UVAは測ることができましたが、UVBではゼロ行進・・・・
    悲しみにうちひしがれながらも何気なく太陽を測ってみようと日向に出て測ってみました。
    どの位の数値がでるものなのか?と。
    UVAは圧倒的に数値が違いましたが、UVBはゼロ・・・・は???ゼロでした。
    うーん、これは何を意味するのか・・・。個体差だと信じたいですけど。

    というわけですので一般のUV計との比較記事も楽しみにしております。

  4. 4. エイジ 2012/08/09 16:57

    理系の専門家でさえそうなら、我々素人の記事なんて如何にトンチンカンなことか。
    散々言葉をこねくり回した挙げ句、落としどころを喪失したり、よくあります(汗)

    チェッカー既に入手済みだったとは恐れ入りました。さすがです。
    UV-B、確かに反応が悪い気がします。
    ピーカンのジリジリ太陽でも、なんとか0.2W/m2出るか出ないかでした。
    いくらバンドが狭いとは言え、太陽光ならもっとありそうだけど。。。
    太陽光でさえそうなら、蛍光灯なんかで出るはずもなく。。。
    問題は、精度の確認をしようと思ったら別のUV-Bメータが必要ってことです。
    探してますが、高い。。。
    少なくもタニタのAとB足しても、他のAB混合メータの値にはなってないです。
    とりあえずそのうち判る範囲で記事にしてみます。

  5. 5. むら 2012/08/09 17:33

    エイジさんこんにちは。

    個体差ではなさそうでちょっと安心しました(安心する場所がなんか違うような気もしますが)
    結局別のUVBメーターが必要ってことならあれの存在意義はなんなのでしょう??せっかく作るならもっと精度を考えて作らないと(いくら安いとは言え)資源の無駄な気もしますが。

    ここで書いていいのかな?素人丸出しの質問なのですが60~90cm水槽で珊瑚とイソギンチャクとクマノミ、それにちっこいウミウシと手の長いウニって共存可能でしょうか?やっぱ場違いかな?すみません。

  6. 6. エイジ 2012/08/12 01:42

    むらさん、こんばんわ。遅くなってすみません。

    以前、購入を悩んでやめましたが、改めて探すと、UV-B単独で測定可能なUVメータでなかなか良い物は見つかりませんでした。まあ、安くても5万くらいしますけど(汗)

    タニタのUVメータですが、これは僕は称賛に値すると思いますよ。
    分解して中も見ましたが、専用のセンサーとアンプとそれなりの回路が入ってて、構成としては安い自作キットレベルのUVメータではあると思います。とは言えUV-AとUV-Bが計れる自作キットで2000円以下の物なんてありませんし、そういう意味で僕はタニタを尊敬します♪
    あとは精度ですが・・・中に一応感度用?の半固定ボリューム(A/B共に1ヶずつ)があるのですが、このマメサイズのボリュームを精密ドライバーで手回しで正確な感度を狙うのは、まあ不可能だと思います。いじったが最後、もっとひどくなって、二度と直せなくなるでしょう(汗)
    そう言うチープな構造が、まあ、2000円かなぁと思います。
    でも、見えないモノが可視化できるツールと言うだけで、崇拝したくなります(笑)

    水槽始めるのですか?
    かなりアバウトですが、生体の組み合わせとしても何も問題は無いと思います。
    でもウニってどんな奴かしら。ガンガゼみたいなのですか?
    それよりも水質の維持・管理が、まあ、大変と言えば大変です。

  7. 7. むら 2012/08/13 18:11

    こんにちはエイジさん

    僕も他にUVB測定出来る機器を探してみたのですが、高いですね。
    そう考えるとタニタの機器は意義は認めます。少なくともUVAの測定はきちんと器材によって数値も違いましたし納得できる精度だと思います。
    でも、UVBに関しては何を測ってもゼロなんで 汗

    秋に引っ越しするのでそれに合わせて水槽も始めたいなと考えています。昔グッピーの繁殖をやっていた事があるのですが、その時からいつかはマリンアクアリウムと思っていたのを思い出しまして(笑)グッピーは割と汚れている水でもOKだった様な気がしてあまり水質には気を遣っていませんでしたが、何となくうまくいってました。
    記事を読ませていただくと海水のは難しそうですね。

    そうです、ガンガゼみたいなヤツです。あれのやたら綺麗なのを見た事があるんですが正式名称はわかりません。
    そのうち質問しまくると思いますのでその時はよろしくお願い致します。

  8. 8. エイジ 2012/08/15 00:38

    強烈な太陽光を測ってもせいぜい0.2W/m2でしたから、それ以外のものは何測ってもゼロだろうと思います(汗)

    さすがにグッピーのようには。。。汗
    やることさえやれば難しくはないのですが、やればやるほど管理の煩雑さに振り回されて、ある日発作が起きるかも。。。笑
    一度やめて以来、いつまで経っても僕が本稼働しない理由の一つかなぁ。。。
    まあ、こんなOBでよろしければ何でもお尋ねくださいませ。

    ガンガゼ、自然下で見ると青い目?が綺麗ですよね。
    エヴァンゲリオンの使徒みたい♪

  9. 9. YAYA 2013/01/07 12:25

    こんにちは!

    T5でミドリイシの色揚げに挑戦中のYAYAと申します。
    T5の弱点であるUV領域を少しでも改善しようと、色々なメーカーのUV球を検討しているのですが、目安としてUV強度を測定できればと思うようになってきました。

    突然ですが、エイジさんが使用しているオレンジ色のUV強度計はどちらのメーカーのものでしょうか?購入先など教えていただけると助かります。

    よろしくお願いします。

  10. 10. エイジ 2013/01/07 17:54

    YAYAさん、こんばんわ。

    あのUV計はこの辺ですね。
    http://www.aliexpress.com/item/UV-LIGHT-METER-UV340B-wholesale-free-shipping/345508249.html
    http://www.ebay.com/itm/NEW-UV340B-Digital-Pocket-UV-Light-Meter-UVA-UVB-Measure-Tester-/300827251359?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item460ab3929f

    でも、性能的には国内で買える安価なものと大差ないと思います。
    http://www.ureruzo.com/uv.htm

    ただ、蛍光灯の場合は測定したデータをそのまま鵜呑みにはできません。
    そもそも蛍光灯の原理はフィラメントの発するUVC(250nm強)を利用して蛍光体で可視光線に変換するモノですから、実はUVメーターの対象範囲UVB(280-320nm)~UVA(320-400nm)も微量ずつながら漏れてるので、測定器で積算量として見ると結構な量が出てるように見えます。が、波長毎に分解するとそれぞれ無視できるような量でしかありません。蛍光灯のスペクトルグラフをよく見ると判りますが、400nm以下は厳密にゼロではなく、波長毎にちょびっとずつ強度があるのが判ります。それをかき集めると「いっぱい出てるやん♪」という間違いが起きます(汗)

    例えば、320~400nmまで各波長毎に1uW出てたら合計80uWになりますが、これは400nm単波長で80uW出てる場合とは意味が全く違うのに、UVメーターではその違いが判りません。LEDなら単波長なので400nmのLEDを測定して80uWと出ればそれはおよそ400nmの強度でしょうが、蛍光灯の場合はそうでは無いと言うことです。

    実際に僕のUVメーターで普通の3波長蛍光灯を測定すると、普通に値が拾えます。
    単波長のLEDなら感嘆しそうな値が、蛍光灯だと出ちゃいます(汗)

    あとは、UVメーターの感度特性の問題もあります。
    決して280-400nmをきっかり測ってるわけでは無く、感度特性グラフを見ると、280nm前後からやんわり感度が立ち上がり、350nm前後にピークの山がアリ、400nm前後でフェードアウトしてます。僕のUV計だと、400nmを少し可視光線側にまたいでます。て事は、400nmや405nmも多少拾ってしまうので、値が拾えたからと言って、純粋にUVの量だとは喜べません(汗)

    と言うわけで、UV計で測るよりは、スペクトルで相対値の存在を確認した方が、よほど有意義かも知れませんね。
    知りたいスペクトルがあればお知らせください。機会があれば測ってみます。

  11. 11. YAYA 2013/01/07 22:20

    エイジさん、どーもです!

    なるほど~。違いが出たとしても良否の判断が難しいわけですね。

    私の水槽のT5(24W x 10灯)の配列は、ギーゼマンのMIDDAYx3/PUREAQUTINIC x4/AQUABLUE+ x3 で使用しています。
    ギーゼマンのHP http://www.mmcplanning.com/item/giesemann/metal-halide-lamp/chrome.htmlを信じると(笑)、PUREAQUTINICは紫外線モリモリです。ですので、ギーゼマンにUV球を使用しているのですが、ホントかな?と思いUV強度計のことを質問しました。
    素人目にはMIDDAY+PUREAQUTINICのスペクトルはかなりいい感じに見えますので(ちなみに超浅場仕様)、ぜひ実スペクトルみてみたいです。

  12. 12. YAYA 2013/01/07 22:22

    すいません、リンクはりなおします。

    http://www.mmcplanning.com/item/giesemann/metal-halide-lamp/chrome.html

  13. 13. エイジ 2013/01/07 23:17

    Pure Actinic、良さそうですね。
    このスペクトルが本当なら、Actinic系の中ではUV強度は最高じゃないかしら?
    まあ、問題は強度ですが。。。

    今とりあえず気になる球一通り注文してみました。
    スペクトル測定したらお知らせしますね。
    一応UV計でも見てみます。
    しばらくお待ちください。

  14. 14. YAYA 2013/01/08 08:20

    エイジさん、わざわざありがとうございます!
    楽しみに待ってます!

  15. 15. エイジ 2013/01/11 02:59

    測定が終わったので、あとでネタとして投稿しますね。

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