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E+H光譜分析儀一般由分光系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和數(shù)據處理系統(tǒng)組成,其工作原理是將光源發(fā)出的復色光按照不同的波長分離出來,配合各種光電探測器件對譜線強度進行測量,獲得光譜功率(輻射)分布,再計算出色品坐標、色溫、顯色指數(shù)、光通、輻射通量等光色性能參數(shù)。
分光系統(tǒng)通常做成整體式結構,稱為單色儀或多色儀。單色儀是輸出單色譜線的光學儀器,通常與PMT探測器為核心的接收系統(tǒng)配套工作,再由數(shù)據處理系統(tǒng)對測量信號進行計算處理,各部分相對獨立。多色儀在結構上與探測器以及數(shù)據處理系統(tǒng)緊密結合,通??梢灾苯虞敵龉庾V測量數(shù)據。
光譜分析儀簡稱光譜儀,是將成分復雜的復合光分解為光譜線并進行測量和計算的科學儀器,被廣泛應用于輻射度學分析、顏色測量、化學成份分析等領域,在冶金、地質、水文、醫(yī)藥、石油化工、環(huán)境保護、宇宙探索等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。在照明行業(yè),通常使用光譜儀來測量光源的光色參數(shù)。
1666年,牛頓在研究三棱鏡時發(fā)現(xiàn),太陽光在通過三棱鏡后被分解成了七色光,這就是三棱鏡對光線的色散現(xiàn)象。在E+H光譜分析儀內部,也是利用色散組件的分光作用,通過不同的光路形式,將復色光分解成一系列獨立的單色光,然后進行測量和計算
E+H光譜分析儀的種類繁多,常見的分類方法如下:
按工作光譜的區(qū)域分類:紫外-可見光(UV-VIS)光譜儀、可見光(VIS)光譜儀、紫外-可見光-近紅外(VIR)光譜儀等類型
按分光系統(tǒng)分類:棱鏡分光光譜儀、光柵分光光譜儀、濾色片分光光譜儀
按光路數(shù)量分類:單路光譜儀、多路光譜儀
按探測器分類:在可見光范圍內主要有PMT光譜儀和CCD光譜儀兩種,在紫外、近紅外范圍內還有專門的探測器類型
按掃描方式分類:機械掃描式光譜儀、快速掃描式光譜儀
按測量對象和測量結果的用途分類:分析用光譜儀、光色測量用光譜儀
在照明行業(yè),通常使用的都是可見光光色測量光譜儀,又細分為機械掃描式和陣列掃描式兩種
E+H光譜分析儀的種類繁多,常見的分類方法如下:
按工作光譜的區(qū)域分類:紫外-可見光(UV-VIS)光譜儀、可見光(VIS)光譜儀、紫外-可見光-近紅外(VIR)光譜儀等類型
按分光系統(tǒng)分類:棱鏡分光光譜儀、光柵分光光譜儀、濾色片分光光譜儀
按光路數(shù)量分類:單路光譜儀、多路光譜儀
按探測器分類:在可見光范圍內主要有PMT光譜儀和CCD光譜儀兩種,在紫外、近紅外范圍內還有專門的探測器類型
按掃描方式分類:機械掃描式光譜儀、快速掃描式光譜儀
按測量對象和測量結果的用途分類:分析用光譜儀、光色測量用光譜儀
在照明行業(yè),通常使用的都是可見光光色測量光譜儀,又細分為機械掃描式和陣列掃描式兩種
單色儀有入射和出射兩個狹縫,入射狹縫用來限制雜散光的進入,一般位于準直鏡的焦點上。出射狹縫用來限制光譜帶寬,一般位于物鏡的焦點上。狹縫通常由兩個具有銳利刀口的精密金屬片構成,分為固定狹縫、單邊可調非對稱式狹縫和雙邊可調對稱狹縫幾種。用于光色測量的亮度計中,兩個狹縫通常設計為等寬,且不能自行調節(jié)。在用于材料分析的亮度計中,狹縫往往設計成可由儀器自動調節(jié)寬度。
機械掃描式光譜儀的特點是光電探測器固定不動,通過機械旋轉方式改變衍射光柵的角度,將不同波長的單色光逐一投射到探測器上,實現(xiàn)對整個光譜范圍的掃描。由于整個可見光譜是按波長逐一測量,機械掃描式光譜儀的讀數(shù)時間很長,通常需要數(shù)十秒鐘,所以這類E+H光譜分析儀并不適用于測量光源的瞬時輸出。
作為一種改良技術,有些掃描式光譜儀將兩個或多個衍射光柵安裝在同一個旋轉軸上,配合一個的角度編碼器來實現(xiàn)每個角度同時采集兩個或多個波長的測量值,以此縮短掃描時間并保證整個光譜范圍內的波長性。
2.2 光電倍增管探測器
接收系統(tǒng)負責將光信號轉為電信號,主要包括光電探測器、放大器、A/D轉換等部分。不同的光譜頻段需要選用不同類型的光電探測器,以確保光譜響應度。
機械掃描式光譜儀通常使用光電倍增管(PMT)作為光電探測器,PMT是一種對紫外光、可見光和近紅外光極其敏感的特殊電子管,它能將微弱光信號通過光電效應轉變成電信號輸出,使光信號能夠被測量。
光電倍增管分為頂窗型(Head-on)和側窗型(Side-on)兩種結構,內部包含光電陰極、聚焦極、多個倍增極(二次發(fā)射極)和陽極,每個倍增電極上的電壓都高過它前面一個電極,使得電子能夠逐級加速。入射光子撞擊光電陰極產生光電效應,激發(fā)出的光電子被聚焦到倍增系統(tǒng),經過一連串的二次發(fā)射使得電子倍增,后到達陽極作為信號輸出。
電倍增管具有高靈敏度和低噪聲的優(yōu)點,被廣泛應用于高能物理、天體觀測、醫(yī)療儀器、石油勘探、工業(yè)檢測、天文等多種弱光檢測領域的研究工作。