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光譜儀性能指標有哪些?
來源: 閱讀:595 發布時間:2021-08-12 10:53:31
光譜儀性能指標有哪些?
?光譜學測量的基礎是測量光輻射與波長的對應關系。一般來說,光譜學測量的直接結果是由很多個離散的點構成曲線,每個點的橫坐標(X軸)是波長,縱坐標(Y軸)是在這個波長處的強度。
一個光譜儀的性能,可以分幾個大類,今天我們為大家帶來的是一份了解光譜儀性能指標的簡易清單,希望能夠幫助到大家!

1. 波長(chang)范圍     

波(bo)長范圍是光(guang)(guang)譜儀(yi)所能測量的波(bo)長區間。常見的光(guang)(guang)纖光(guang)(guang)譜儀(yi)的波(bo)長范圍是400nm-1100nm,也(ye)就是可(ke)以探測可(ke)見光(guang)(guang)和一(yi)部分近紅外的光(guang)(guang)。

 

使用(yong)新型(xing)探(tan)測器可(ke)以(yi)使這個范圍(wei)拓展(zhan)至200nm-2500nm,即覆蓋紫外(wai)、可(ke)見和近紅外(wai)波段。光柵(zha)的類型(xing)以(yi)及探(tan)測器的類型(xing)會影響波長范圍(wei)。

 

一般來說,寬的波(bo)(bo)長(chang)(chang)范圍(wei)意味著低的波(bo)(bo)長(chang)(chang)分辨(bian)率,所以(yi)用戶(hu)需要(yao)(yao)在波(bo)(bo)長(chang)(chang)范圍(wei)和波(bo)(bo)長(chang)(chang)分辨(bian)率兩個參數間做權衡。如果(guo)同時需要(yao)(yao)寬的波(bo)(bo)長(chang)(chang)范圍(wei)和高的波(bo)(bo)長(chang)(chang)分辨(bian)率,則需要(yao)(yao)組合使(shi)用多個光譜儀(yi)通道(多通道光譜儀(yi))。

 

2. 波長分辨(bian)率      

顧名思(si)義,波(bo)長分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)描(miao)述了光譜(pu)儀(yi)能夠分(fen)(fen)辨(bian)波(bo)長的能力,常(chang)用(yong)的光譜(pu)儀(yi)的波(bo)長分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)大(da)約(yue)為1nm,即可(ke)(ke)以區(qu)分(fen)(fen)間隔1nm的兩(liang)條譜(pu)線。Avantes公司可(ke)(ke)以提(ti)供的高的波(bo)長分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)為0.025nm。

 

波長分(fen)辨率與波長的(de)取(qu)樣間(jian)隔(數據的(de)x坐標的(de)間(jian)隔)是兩個不同(tong)概念。一般來說,高的(de)波長分(fen)辨率意味(wei)著(zhu)窄額度波長范圍(wei)  ,所以用戶需要(yao)在波長范圍(wei)和(he)波長分(fen)辨率兩個參(can)數間(jian)做權衡(heng)。

 

如果同時需要寬的波(bo)(bo)長(chang)范(fan)圍和(he)高(gao)的波(bo)(bo)長(chang)分辨率,則需要組(zu)合使用多個光(guang)譜儀通(tong)道(dao)(dao)(多通(tong)道(dao)(dao)光(guang)譜儀)。

 

3. 噪聲等(deng)效功率(lv)和(he)動態范(fan)圍      

當(dang)信號的(de)值(zhi)與噪聲(sheng)的(de)值(zhi)相(xiang)當(dang)時,從噪聲(sheng)中分辨信號就會(hui)非常困難。一般用(yong)與噪聲(sheng)相(xiang)當(dang)的(de)信號的(de)值(zhi)(光(guang)譜(pu)輻照度或光(guang)譜(pu)輻亮度)來表征能一個光(guang)譜(pu)儀所(suo)能夠測量的(de)弱的(de)光(guang)強(Y軸的(de)MIN值(zhi))。

 

噪聲等效功率越小,光(guang)譜儀就可以測量更(geng)弱的信(xin)號(hao)。狹縫的寬度、光(guang)柵(zha)的類型、探測器的類型等等參數都會影響噪聲等效功率。

 

因為這些參(can)數(shu)也會影(ying)響(xiang)波長范(fan)圍和波長分辨率,用戶需要在這些指標間做出取舍(she)。對探測器制冷有助于減小探測器的熱噪音,優(you)化(hua)探測器檢測弱(ruo)光的能力。    

 

動態范圍描(miao)述一個光譜儀(yi)所(suo)能夠(gou)測量到的(de)(de)強的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與(yu)弱(ruo)的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)比值。強的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)為光譜儀(yi)在信(xin)(xin)號(hao)不飽和(he)情況下(xia),所(suo)能測量的(de)(de)大信(xin)(xin)號(hao)值,弱(ruo)的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)用上(shang)述的(de)(de)噪聲等(deng)效功率(lv)衡量。動態范圍主要受(shou)制于(yu)探測器的(de)(de)類型。

傳(chuan)統上(shang),動態范圍(wei)(wei)是影響測量方便(bian)性(xing)的一個很(hen)關(guan)鍵的指標,但目前大部分光纖光譜(pu)儀都可(ke)以通(tong)過調整積分時間的方式等效地擴大動態范圍(wei)(wei),因此,動態范圍(wei)(wei)一般不會(hui)對用戶的測量帶來(lai)困(kun)擾。 

 

4. 靈敏度與信(xin)噪比    

靈(ling)敏度描述了光譜(pu)儀把(ba)光信號(hao)(hao)變(bian)成(cheng)電(dian)子學信號(hao)(hao)的能(neng)力,高的靈(ling)敏度有助(zhu)于減小(xiao)電(dian)路(lu)本身的噪(zao)聲對結(jie)果影(ying)響。

 

狹縫的(de)寬(kuan)度(du)(du)、光柵(zha)的(de)類型、探測器(qi)的(de)類型以及電路的(de)參數(shu)都(dou)(dou)會(hui)影響靈敏度(du)(du)。衍射效率(lv)高(gao)(gao)的(de)光柵(zha)和(he)量子效率(lv)高(gao)(gao)的(de)探測器(qi)都(dou)(dou)有利于(yu)提高(gao)(gao)光譜儀的(de)靈敏度(du)(du)。人為地調高(gao)(gao)前置放大電路的(de)放大倍數(shu)也會(hui)提高(gao)(gao)名義(yi)上的(de)靈敏度(du)(du),但并(bing)不一定有助于(yu)實際的(de)測量。

 

寬的(de)狹縫會(hui)改(gai)善(shan)靈敏(min)度(du),但也(ye)會(hui)降(jiang)低(di)分(fen)辨率(lv),因(yin)此,需要(yao)用戶綜合考慮(lv)和權衡。   光譜儀(yi)的(de)信(xin)噪比(bi)定義為(wei):光譜儀(yi)在強光照射下,接近飽和時的(de)信(xin)號的(de)平均(jun)值與信(xin)號偏(pian)離(li)平均(jun)值的(de)抖動值(以標(biao)準偏(pian)差橫向(xiang))的(de)比(bi)。

需要注意的是,因為定義中(zhong)沒有對光源做任何限制,使用(yong)這個定義所測量到的信(xin)噪(zao)比(bi)(bi)并不能等同(tong)于用(yong)戶(hu)在實(shi)(shi)(shi)際(ji)實(shi)(shi)(shi)驗中(zhong)所能實(shi)(shi)(shi)現的信(xin)噪(zao)比(bi)(bi)。光譜儀的信(xin)噪(zao)比(bi)(bi)主(zhu)要受探(tan)測器(qi)限制。通過光譜儀電(dian)路的平(ping)均功能累(lei)加(jia)信(xin)號(hao),可以提高(gao)實(shi)(shi)(shi)際(ji)測量中(zhong)的信(xin)噪(zao)比(bi)(bi)。

 

5. 干擾與穩定(ding)性(xing)     

實際光(guang)譜(pu)儀與理想光(guang)譜(pu)儀的重(zhong)要區別之一是其內部存在雜散(san)光(guang)等干(gan)擾。

雜(za)散光(guang)會影響信號(hao)的(de)準確性,并對測量弱(ruo)信號(hao)帶來(lai)麻煩。特殊設(she)計的(de)低雜(za)散光(guang)光(guang)路(lu)能夠降低光(guang)路(lu)中的(de)雜(za)散光(guang)。   

 

光(guang)譜(pu)儀的光(guang)路(lu)和(he)探測(ce)(ce)器都不可避免地(di)隨著(zhu)環境而變(bian)化,例如,環境溫度的變(bian)化會導致光(guang)譜(pu)儀波長(X軸)的漂移。對光(guang)路(lu)和(he)探測(ce)(ce)器做特殊處理(li)能夠增強光(guang)譜(pu)儀的長期(qi)穩定性。然(ran)而,這些特殊處理(li)會增加光(guang)譜(pu)儀的硬件成本。

 

6. 采樣速度和時序(xu)精度     

光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)儀可(ke)以在(zai)一秒鐘內采集(ji)約(yue)900幅(fu)完整的(de)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)。當(dang)需要研究(jiu)在(zai)更短時(shi)間內的(de)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)變化時(shi),更快速的(de)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)儀可(ke)以在(zai)一秒鐘內采集(ji)高達8000幅(fu)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)。

 

然而,這(zhe)些光(guang)譜儀往(wang)往(wang)在波長分辨(bian)率等指標(biao)(biao)上不能與標(biao)(biao)準光(guang)譜儀媲(pi)美,用(yong)戶也必須綜合考慮各(ge)個指標(biao)(biao)。    

 

光(guang)譜(pu)儀必須具(ju)備好(hao)的(de)時(shi)(shi)(shi)序性能方能捕捉到很短的(de)脈(mo)沖信號。不同類型的(de)光(guang)譜(pu)儀的(de)時(shi)(shi)(shi)序精度(du)差別(bie)很大,性能好(hao)的(de)可以到納(na)秒量(liang)級的(de)時(shi)(shi)(shi)間精度(du),而(er)性能差的(de)只(zhi)能到毫秒量(liang)級的(de)時(shi)(shi)(shi)間精度(du)。 

 

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