Ein physikalisches Beispiel für Black-Box-Tests

Vor einigen Tagen kaufte ich in einer örtlichen Drogerie eine Sonnenbrille für 5 Euro, um eine andere billige Sonnenbrille zu ersetzen, die ich verloren hatte. Die hatte ich für 15 Euro gekauft. Ich konnte guten Gewissens glauben, eine Sonnenbrille für 15 bis 20 Euro würde ihren Zweck erfüllen, aber 5 Euro haben mich dazu gebracht, über die Qualität der Sonnenbrille nachzudenken und darüber, wie man diese messen kann.

Was ist eine Sonnenbrille für mich? Ihre Gläser reflektieren und/oder absorbieren UV-Licht "irgendwie". Die eigentlichen Ausführungsdetails sind irrelevant, ich arbeite nicht für den Hersteller. Ich will nur feststellen, ob sie mir als Endkunde dient. Das bedeutet, dass ich Black-Box-Tests durchführen werde, ohne die interne Mechanik der Brille zu kennen oder Zugang zu ihr zu haben.

Um nun irgendeine Form der absichtlichen Messung durchzuführen, brauche ich einen Aktor und einen Sensor. Ich habe unten ein Blockdiagramm gezeichnet, um diejenigen daran zu erinnern, die dies bereits von ihrer Ausbildung her kennen.

Es ist nicht schwer, einen UV-Strahlungsdetektor zu finden, das Papiergeld in Deiner Brieftasche hat als Sicherheitsmerkmal einen Aufdruck mit UV-reaktiver Tinte. Wenn die UV-Intensität hoch genug ist, wird ein Teil der Tinte auf dem Papiergeld sichtbar leuchten. Die LEDs, die eine nicht so genaue Mischung aus UVA/UVB-Licht erzeugen, sind wirklich billig, sie arbeiten mit einstelligen Spannungen und mA-Strömen. Ihre Intensitäten entsprechen im Allgemeinen dem, was für Papiergeld erforderlich ist. Ich habe vor, mit einer UV-LED auf eine Euro-Banknote mit und ohne dazwischen gehaltene Sonnenbrille zu leuchten und den Unterschied zu testen.

Ich ging zu einer Reihe von Spielzeugläden, Schreibwarenläden, Scherzartikelläden usw., um nach einem kleinen Spielzeug mit einer UV-LED zu suchen. Ich hatte wirklich Glück und fand schließlich einen geheimen Nachrichtenstift mit einer UV-LED und UV-reaktiver Tinte.

Jetzt kommt der wichtigste Teil über die Verwendung eines Werkzeugs, das man nicht selbst konstruiert hat: Teste Deine Testwerkzeuge. Irgendjemand hat diese Werkzeuge mit bestimmten Annahmen hergestellt. Diese Annahmen stimmen möglicherweise nicht unbedingt mit dem überein, was Du brauchst ODER wie das Produkt beworben wird. Das erste, was ich getan habe, war zu prüfen, ob der Stift das tut, was er vorgibt zu tun. Ich beleuchtete das Tintenreservoir mit seiner eigenen LED und sah das charakteristische schwache grüne Glühen von UV-reaktiven Chemikalien. Ich verfüge über ein Mindestmaß an Fachwissen, gerade genug, um aufgrund dieser Beobachtung zu erkennen, dass das Werkzeug wie beabsichtigt funktioniert.

Nun, da ich ziemlich sicher bin, dass der Stift wie angekündigt funktioniert, möchte ich wissen, ob er auch meinen anfänglichen Erwartungen entspricht, indem ich die UV-reaktive Tinte auf dem Geld hervorhebe. Das tut sie.

Nun werde ich es noch einmal mit einer dazwischen gehaltenen Sonnenbrille versuchen. Sie ist merklich schwächer.

Nun, an diesem Punkt habe ich mein ursprüngliches Ziel tatsächlich erreicht. Und festgestellt, dass die billige Sonnenbrille tatsächlich UVA/UVB blockiert. Für meinen persönlichen Gebrauch ist das in Ordnung.

Auf der anderen Seite habe ich eine Sonnenbrille mit teuren Gläsern, und ich möchte sehen, ob es einen signifikanten Unterschied gibt. Ich habe einige Zeilen mit dem Stift selbst auf ein Blatt Papier geschrieben und das Licht ausgeschaltet, um Störungen zu minimieren. Der Kalibrierungslauf ist auf dem ersten Bild zu sehen. Das zweite ist die Aufnahme mit der teuren Sonnenbrille und das dritte ist die billige Sonnenbrille.

Nun, die Messungen sind nicht die genauesten, so wie ich das sehe. Aber die billige Brille scheint UV besser abzublocken als die teure. Was uns zum Thema bringt, das Richtige zu messen und zu wissen, worauf man achten muss.

Nun musst Du bedenken, dass das violette Licht, das Du siehst, kein UV-Licht ist, UV-Licht ist unsichtbar. Das violette Licht ist ein Nebenprodukt dessen, wie die Physik funktioniert. In einer idealen Welt würde das Filterglas nichts von der sichtbaren Farbe blockieren, sondern nur das unsichtbare UV-Licht, das die Buchstaben erhellt. Wie im ersten Bild wäre die gesamte Farbe vorhanden, genau wie auf dem ersten Bild, aber die Buchstaben würden unsichtbar bleiben, wenn sie sich hinter der Sonnenbrille befinden. Ein Auge stellt aktiv ein, wie viel Licht es hereinlässt, abhängig von der Signalstärke des sichtbaren Lichts, das es empfängt. Wenn ich die billige Sonnenbrille trage, erhalten meine Augen weniger sichtbares Licht und lassen mehr Licht herein, was auch bedeutet, dass mehr ungefilterte UV-Strahlung eindringt. Die teure Brille lässt natürlich auch mehr UV durch; aber sie lässt auch viel sichtbares Licht durch, was meine Augen dazu veranlassen würde, zu versuchen, sich zu schützen. Ich kann nicht intuitiv ein Werturteil auf der Grundlage meines derzeitigen Fachwissens abgeben. Dies hat sich zu einem quadratischen Optimierungsproblem entwickelt, und die menschliche Intuition ist notorisch schlecht darin.

Zusammenfassend kann man sagen: Der Basistest war erfolgreich. Die billigen Gläser blocken das UV-Licht. Der Vergleichstest lieferte ambivalente Ergebnisse. Ich weiß nicht, ob es sich wirklich lohnt, teure Gläser zu haben.