提高光譜儀的校準精度

光譜輻射計的精度取決于各種因素，包括其光學(xué)、機械和電子設計，以及生產(chǎn)公差。儀器的校準是實(shí)現精確光譜測量的另一個(gè)關(guān)鍵因素。在本文中，Admesy介紹了一種新的校準概念，該概念有望提高光譜輻射計的精度。

光譜輻射計的校準過(guò)程包括四個(gè)步驟，絕對校準是最后一步，也是重要的一步。為了實(shí)現可追溯和絕對校準，使用鹵素燈作為參考標準。這些燈由著(zhù)名的國家計量機構校準，如美國的NIST或德國的PTB。然而，與校準數據相關(guān)的不確定性一直是頂級光譜輻射儀實(shí)現高精度的限制因素。Admesy開(kāi)發(fā)了一種校準燈來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，旨在減少校準數據的不確定性，并在光譜輻射測量中實(shí)現更高的精度。

光譜輻射計校準的 4 個(gè)步驟

在光譜輻射計的校準過(guò)程中，執行以下四個(gè)步驟：

暗電流噪聲補償

第一步涉及補償暗電流噪聲。這可以通過(guò)兩種方法實(shí)現：使用快門(mén)進(jìn)行暗測量或利用算法方法。Admesy提供專(zhuān)門(mén)的算法解決方案，確保補償暗電流噪聲的速度和準確性。此外，Neo 和 Prometheus 光譜儀還配備了機械快門(mén)，為用戶(hù)提供了實(shí)現精確校準的替代選擇。

線(xiàn)性度校準

第二步側重于校準線(xiàn)性度，以確保在低信號電平和高信號電平下都能進(jìn)行準確的測量。題為“Neo 光譜儀如何大幅提高濾光片質(zhì)量"的案例研究進(jìn)一步深入探討了良好線(xiàn)性度校準的重要性。

波長(cháng)校準

第三步涉及使用具有已知光譜線(xiàn)的峰值光源校準波長(cháng)。這種光源的例子包括鎘、氪、汞、氬等。

絕對校準

最后一步是絕對校準。可追溯的校準標準，如鹵素校準燈，用于此目的。PTB等計量機構測量校準燈并提供定量數據，包括測量不確定度。在可追溯光譜輻射計校準的過(guò)程中，所有的不確定性都會(huì )累積起來(lái)。由于校準燈的定量數據和固有不確定度處于校準鏈的初始階段，儀器的最終精度最終受到可追溯校準燈的不確定度的限制。

例如，在計算光譜輻射計亮度校準的不確定度預算時(shí)，發(fā)現除燈相關(guān)參數外，其他參數的不確定度略小于0.5%。另一方面，與燈相關(guān)的不確定性相對較高，約為2.5%。因此，減少與燈相關(guān)的不確定度可以顯著(zhù)提高校準光譜輻射計的精度。

傳統校準燈的特點(diǎn)和局限性

在傳統的校準裝置中，一盞燈通過(guò)一個(gè)可調節的光圈將光發(fā)射到一個(gè)積分球上。球體的目的是在后方開(kāi)口處產(chǎn)生均勻的光輸出。在每次校準測量之前，使用亮度(Y)傳感器來(lái)調整光輸出水平。

為了達到高精度，計量機構采用掃描光譜儀進(jìn)行校準過(guò)程。這種測量通常需要大約8個(gè)小時(shí)才能完成。在整個(gè)測量過(guò)程中，光源的光譜經(jīng)歷了兩個(gè)變化。首先，光源的亮度隨著(zhù)時(shí)間的推移逐漸增加，因為燈絲燃燒并變得更薄，導致光輸出升高。其次，當燈絲燃燒時(shí)，它會(huì )變得更熱，導致燈的光譜傾斜(稱(chēng)為藍色漂移)。

第一個(gè)效應是通過(guò)在校準過(guò)程的開(kāi)始和結束時(shí)平均亮度來(lái)解決的。

然而，第二種影響沒(méi)有被考慮在內，導致了相對較高的不確定性。隨著(zhù)時(shí)間的推移，燈的光譜功率分布不可避免地會(huì )發(fā)生變化，這就是校準光源只能使用大約50小時(shí)的原因。這件事需要解決。

鹵素校準燈的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們在短波長(cháng)(藍色)區域的能量輸出較低。因此，這導致對較短波長(cháng)的雜散光干涉的敏感性較高。

Admesy Crius鹵素校準光源:增強的功能和性能

Admesy Crius鹵素校準光源為傳統校準光源的固有局限性提供了解決方案。這種創(chuàng )新的設備不依賴(lài)于單個(gè)亮度(Y)傳感器，而是利用三個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器都配備了多個(gè)帶通接收器。

Admesy利用其在濾片涂層方面的豐富經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)了這些多通道帶通傳感器。這項技術(shù)的進(jìn)步使波長(cháng)傾斜(漂移)隨時(shí)間的監測和校正成為可能，從而大大降低了在整個(gè)燈的典型50小時(shí)使用壽命期間校準數據的不確定性。此外，改進(jìn)的設計允許超過(guò)50小時(shí)的長(cháng)時(shí)間使用，有效地降低了與校準燈相關(guān)的總體成本。此外，三個(gè)傳感器設置提供冗余，確保高度精確的傾斜校正。

為了解決不利的光譜功率分布的鹵素燈，一個(gè)定制的“藍色增強"濾片被實(shí)施。該濾片有效地將長(cháng)(紅色)和短(藍色)波長(cháng)之間的能量比從近6倍降低到大約2倍。因此，實(shí)現了更好的信噪比，很大限度地減少了短波長(cháng)區域雜散光的影響。這種增強顯著(zhù)提高了校準光源的整體性能。

校準的突破:與傳統方法相比，Admesy的增強方法

Admesy推出了突破性的校準概念，超越了傳統校準光源的限制。這種創(chuàng )新的方法解決了校準的所有主要方面，從而大大降低了不確定性，并大大提高了光譜輻射計的可實(shí)現精度。從2024年開(kāi)始，這種校準概念將應用于Admesy的Neo和Prometheus光譜儀，為用戶(hù)提供比現有解決方案更明顯的優(yōu)勢。

優(yōu)先使用Crius鹵素校準光源

此外，一組精選用戶(hù)將有機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)Crius鹵素校準光源，該光源采用了這種革命性的校準技術(shù)。這不僅可以在生產(chǎn)設施中驗證光譜儀，還可以簡(jiǎn)化其內部校準過(guò)程。如果您有興趣了解更多或希望成為這個(gè)體驗用戶(hù)組的一員，請盡快與我們聯(lián)系。