提高光譜儀的校準(zhǔn)精度

光譜輻射計的精度取決于各種因素，包括其光學(xué)、機(jī)械和電子設(shè)計，以及生產(chǎn)公差。儀器的校準(zhǔn)是實現(xiàn)精確光譜測量的另一個關(guān)鍵因素。在本文中，Admesy介紹了一種新的校準(zhǔn)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(zhǔn)過程包括四個步驟，絕對校準(zhǔn)是最后一步，也是重要的一步。為了實現(xiàn)可追溯和絕對校準(zhǔn)，使用鹵素?zé)糇鳛閰⒖紭?biāo)準(zhǔn)。這些燈由著名的國家計量機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，如美國的NIST或德國的PTB。然而，與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相關(guān)的不確定性一直是頂級光譜輻射儀實現(xiàn)高精度的限制因素。Admesy開發(fā)了一種校準(zhǔn)燈來解決這個問題，旨在減少校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的不確定性，并在光譜輻射測量中實現(xiàn)更高的精度。

光譜輻射計校準(zhǔn)的 4 個步驟

在光譜輻射計的校準(zhǔn)過程中，執(zhí)行以下四個步驟：

暗電流噪聲補(bǔ)償

第一步涉及補(bǔ)償暗電流噪聲。這可以通過兩種方法實現(xiàn)：使用快門進(jìn)行暗測量或利用算法方法。Admesy提供專門的算法解決方案，確保補(bǔ)償暗電流噪聲的速度和準(zhǔn)確性。此外，Neo 和 Prometheus 光譜儀還配備了機(jī)械快門，為用戶提供了實現(xiàn)精確校準(zhǔn)的替代選擇。

線性度校準(zhǔn)

第二步側(cè)重于校準(zhǔn)線性度，以確保在低信號電平和高信號電平下都能進(jìn)行準(zhǔn)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性度校準(zhǔn)的重要性。

波長校準(zhǔn)

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

絕對校準(zhǔn)

最后一步是絕對校準(zhǔn)。可追溯的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，如鹵素校準(zhǔn)燈，用于此目的。PTB等計量機(jī)構(gòu)測量校準(zhǔn)燈并提供定量數(shù)據(jù)，包括測量不確定度。在可追溯光譜輻射計校準(zhǔn)的過程中，所有的不確定性都會累積起來。由于校準(zhǔn)燈的定量數(shù)據(jù)和固有不確定度處于校準(zhǔn)鏈的初始階段，儀器的最終精度最終受到可追溯校準(zhǔn)燈的不確定度的限制。

例如，在計算光譜輻射計亮度校準(zhǔn)的不確定度預(yù)算時，發(fā)現(xiàn)除燈相關(guān)參數(shù)外，其他參數(shù)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提高校準(zhǔn)光譜輻射計的精度。

傳統(tǒng)校準(zhǔn)燈的特點和局限性

在傳統(tǒng)的校準(zhǔn)裝置中，一盞燈通過一個可調(diào)節(jié)的光圈將光發(fā)射到一個積分球上。球體的目的是在后方開口處產(chǎn)生均勻的光輸出。在每次校準(zhǔn)測量之前，使用亮度(Y)傳感器來調(diào)整光輸出水平。

為了達(dá)到高精度，計量機(jī)構(gòu)采用掃描光譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)過程。這種測量通常需要大約8個小時才能完成。在整個測量過程中，光源的光譜經(jīng)歷了兩個變化。首先，光源的亮度隨著時間的推移逐漸增加，因為燈絲燃燒并變得更薄，導(dǎo)致光輸出升高。其次，當(dāng)燈絲燃燒時，它會變得更熱，導(dǎo)致燈的光譜傾斜(稱為藍(lán)色漂移)。

第一個效應(yīng)是通過在校準(zhǔn)過程的開始和結(jié)束時平均亮度來解決的。

然而，第二種影響沒有被考慮在內(nèi)，導(dǎo)致了相對較高的不確定性。隨著時間的推移，燈的光譜功率分布不可避免地會發(fā)生變化，這就是校準(zhǔn)光源只能使用大約50小時的原因。這件事需要解決。

鹵素校準(zhǔn)燈的另一個缺點是它們在短波長(藍(lán)色)區(qū)域的能量輸出較低。因此，這導(dǎo)致對較短波長的雜散光干涉的敏感性較高。

Admesy Crius鹵素校準(zhǔn)光源:增強(qiáng)的功能和性能

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

Admesy利用其在濾片涂層方面的豐富經(jīng)驗，開發(fā)了這些多通道帶通傳感器。這項技術(shù)的進(jìn)步使波長傾斜(漂移)隨時間的監(jiān)測和校正成為可能，從而大大降低了在整個燈的典型50小時使用壽命期間校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的不確定性。此外，改進(jìn)的設(shè)計允許超過50小時的長時間使用，有效地降低了與校準(zhǔn)燈相關(guān)的總體成本。此外，三個傳感器設(shè)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?zé)?，一個定制的“藍(lán)色增強(qiáng)"濾片被實施。該濾片有效地將長(紅色)和短(藍(lán)色)波長之間的能量比從近6倍降低到大約2倍。因此，實現(xiàn)了更好的信噪比，很大限度地減少了短波長區(qū)域雜散光的影響。這種增強(qiáng)顯著提高了校準(zhǔn)光源的整體性能。

校準(zhǔn)的突破:與傳統(tǒng)方法相比，Admesy的增強(qiáng)方法

Admesy推出了突破性的校準(zhǔn)概念，超越了傳統(tǒng)校準(zhǔn)光源的限制。這種創(chuàng)新的方法解決了校準(zhǔn)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現(xiàn)精度。從2024年開始，這種校準(zhǔn)概念將應(yīng)用于Admesy的Neo和Prometheus光譜儀，為用戶提供比現(xiàn)有解決方案更明顯的優(yōu)勢。

優(yōu)先使用Crius鹵素校準(zhǔn)光源

此外，一組精選用戶將有機(jī)會訪問Crius鹵素校準(zhǔn)光源，該光源采用了這種革命性的校準(zhǔn)技術(shù)。這不僅可以在生產(chǎn)設(shè)施中驗證光譜儀，還可以簡化其內(nèi)部校準(zhǔn)過程。如果您有興趣了解更多或希望成為這個體驗用戶組的一員，請盡快與我們聯(lián)系。