提高光譜儀的校準精度

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、機械和電子設計，以及生產公差。儀器的校準是實現精確光譜測量的另一個關鍵因素。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程包括四個步驟，絕對校準是最后一步，也是重要的一步。為了實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，與校準數據相關的不確定性一直是頂級光譜輻射儀實現高精度的限制因素。Admesy開發了一種校準燈來解決這個問題，旨在減少校準數據的不確定性，并在光譜輻射測量中實現更高的精度。

光譜輻射計校準的 4 個步驟

在光譜輻射計的校準過程中，執行以下四個步驟：

暗電流噪聲補償

第一步涉及補償暗電流噪聲。這可以通過兩種方法實現：使用快門進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，為用戶提供了實現精確校準的替代選擇。

線性度校準

第二步側重于校準線性度，以確保在低信號電平和高信號電平下都能進行準確的測量。題為“Neo 光譜儀如何大幅提高濾光片質量"的案例研究進一步深入探討了良好線性度校準的重要性。

波長校準

第三步涉及使用具有已知光譜線的峰值光源校準波長。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程中，所有的不確定性都會累積起來。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，發現除燈相關參數外，其他參數的不確定度略小于0.5%。另一方面，與燈相關的不確定性相對較高，約為2.5%。因此，減少與燈相關的不確定度可以顯著提高校準光譜輻射計的精度。

傳統校準燈的特點和局限性

在傳統的校準裝置中，一盞燈通過一個可調節的光圈將光發射到一個積分球上。球體的目的是在后方開口處產生均勻的光輸出。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行校準過程。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，導致光輸出升高。其次，當燈絲燃燒時，它會變得更熱，導致燈的光譜傾斜(稱為藍色漂移)。

第一個效應是通過在校準過程的開始和結束時平均亮度來解決的。

然而，第二種影響沒有被考慮在內，導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生變化，這就是校準光源只能使用大約50小時的原因。這件事需要解決。

鹵素校準燈的另一個缺點是它們在短波長(藍色)區域的能量輸出較低。因此，這導致對較短波長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。這種創新的設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驗，開發了這些多通道帶通傳感器。這項技術的進步使波長傾斜(漂移)隨時間的監測和校正成為可能，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數據的不確定性。此外，改進的設計允許超過50小時的長時間使用，有效地降低了與校準燈相關的總體成本。此外，三個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，一個定制的“藍色增強"濾片被實施。該濾片有效地將長(紅色)和短(藍色)波長之間的能量比從近6倍降低到大約2倍。因此，實現了更好的信噪比，很大限度地減少了短波長區域雜散光的影響。這種增強顯著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現精度。從2024年開始，這種校準概念將應用于Admesy的Neo和Prometheus光譜儀，為用戶提供比現有解決方案更明顯的優勢。

優先使用Crius鹵素校準光源

此外，一組精選用戶將有機會訪問Crius鹵素校準光源，該光源采用了這種革命性的校準技術。這不僅可以在生產設施中驗證光譜儀，還可以簡化其內部校準過程。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，請盡快與我們聯系。