紫外-可见-近红外光谱分析系统

• S(λ),那么光电流信号 Iph(λ)为: • Iph(λ)=P(λ)·ρ(λ)·τ(λ)·T(λ)·S(λ)=P(λ)·K(λ) • 定义 K(λ)为测试系统的光谱响应常数, Iph(λ)由信号放大、处理电路和计 算机
组成的系统测试获得。K(λ)通常用已知光谱功率分布的标准辐射体(如 • 2856K 标准 A 光源)对测量系统定标得到。假设用标准光源 S 定标,定标时测
原理，通过电机将光栅转动到相应波长位置后停止，然后进行采样， 将波段范围内每一个波长位置下的光谱能量记录下来再进行计算，此 方法 的优点在于精确定位，测量稳定，精度很高，缺点是测量速度较 慢。而 SSA 规格 的仪器采用的是远方专有的 Sync－Skan（扫采同 步技术）： • 采用高速电机扫描和 高速 A/D 采样同步技术，通过 CPU 的固定间隔 的脉冲信号同时控制电机和 A/D， 通过电机步进推动光栅转动，从而 获得每一个波长位置下的光谱能量数据后再进 行计算的方法。采用此 方法实现了在仪器测量的各种技术指标的精度不改变的情 况下，很好 的解决了基本型所采用的 Static（静态采样技术）速度慢的缺点，
荧光粉测试系统
• 荧光粉测试系统的组成 测试荧光粉(如灯用稀土三基色粉 或卤粉)时,必须使用一个荧光粉激发装置, 荧光粉测试系统 = 基本系统 ＋ 荧光粉激发装置 为了使荧 光粉的相关色温,色品坐标以及相对亮度等参数达到最理 想状态,
• 优化荧光粉的配比十分重要,但是荧光粉的配比过程涉及 到复杂的光度学,色度 学理论和计算,没有计算机辅助,要完 成这一工作,即便是最有经验的工程师也是 颇费精力的, 设 计了一套专门与 紫外-可见-近红外 光谱分析系统配套使用 智能配粉软件,使用这一软件可以使初步接触配粉 的人员 迅速掌握荧光粉的最佳配比。
• 系统硬件的安装 • 将通讯线的阴插接计算机的串行口1或2 上，将通讯线的阳插接 PMS-50 的
RS-232/RS-485 的串行口上，即（图 4.1（b）中⑦），并拧紧固定螺 钉； • 将光通量探头的一头接于 PMS-50 主机光度输入端（图 4.1（b）中⑤）； • 接好电源线（注意电源线必须有良好接地，接地必须是真正的大地，切 莫与
• 测出 P(λ)是 紫外-可见- 近红外光谱分析系 统的根本任务
基本原理
• 荧光粉被激发出的荧光或置于积分球内光源发出 的光线，经 光纤，被汇聚在单色仪的入射狭缝上， 经单色仪分光后的单色光由单色仪出射狭 缝射出
• 由光电倍增管(PMT)转换成电信号，经电路放大 处理，A/D 转换，将 数字信号送入计算机。
• 它们与 CIE 1931 色品图中的(x,y) 存在以下坐标 变换关系：
1960年色品图
1976年色品图
基本原理
• 发光体颜色与一定温度下的黑体辐射光有相同的颜色，即在色 度图上 坐标相同，则称该黑体的温度为发光体的色温
• 三基色荧光粉或荧光灯，它的色度的坐标点一般不处在黑体轨迹上， 此 时用相关色温表示
紫外-可见-近红外光谱分析系 统的搭建与测试
北京信息科技大学光电与通信学院 王晓玲
实验原理
• 涉及“光辐射测量”的“光度学”和“色 度学”两大领域
• 光、色测量的最重要手段， • 客观、统一地评价光源或物体的颜色，CIE
在大量心理学和物理学实验基 础上推荐了 “CIE 1931 XYZ 标准色度系统”，其三刺 激函数
在昼光下的色貌 带浅灰的红色 带暗灰的黄色
深黄绿色 适中的黄绿色 带浅蓝的绿色
浅蓝色 浅紫罗兰色 带浅红的紫色
深红色 深黄色 深绿色 深蓝色 带浅黄的粹色（白人的肤色） 适中的青果绿色（树叶绿）
• 计算被测光源和相同色温的黑体辐射(大于 5000K 时,为平均日光辐射)分别照明
• 试验色板时两者的颜色差 ΔE，即可求得特 殊显色指数 Ri： Ri=(100-4.6ΔEi) (i=1～14)
• 为考核发光体（或照明体）的显色指数，CIE 规定了 14 种标准试验 色
表 1 考核光源显色性的 14 个标准试验色
号数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
近似孟塞尔标号 7.5R6/4 5Y6/4 5GY6/8 2.5G6/6 10BG6/4 5PB6/8 2.5P6/8 10P6/8 4.5R4/13 5Y8/10 4.5G5/8 3PB3/11 5YR8/4 5GY4/4
• 计算机发出波长控制信号，驱动光栅扫描，实现 从200nm～800nm 或 380nm～800nm 或 400～ 1100nm 的光谱测量。
• 设光源光谱功率分布为 P(λ),积分球的光谱反射比为 ρ(λ),光纤、光学系统
• 分布为 P(λ),积分球的光谱反射比为 ρ(λ),光纤、光学系统及滤色片的光谱透射 比为 τ(λ),单色仪的衍射效率为 T(λ),PMT 的光谱灵敏度为
基本系统的组成
• 紫外-可见-近红外光谱分析系统的基本组成 包括 PMS-50/80 主机一台、光度探头（既 可测光通量又可监视被测对象的稳定度）、 温度探头一个、专用串行通讯电缆及专用 软件等五部分。
• 保证仪器正常工作， RS232 串行口、 Win98 以上操作平台及光驱，要求内存至 少在 512M 以上)一台及 一根专用传能光纤 （将被测光耦合仪器内部）。
零线混为一谈）； • 将光纤的一端（出光口为矩形端）插入 PMS-50 主机的导光纤维接口，另一
端插入荧光粉激发装置接口或积分球接口，并用 螺钉拧紧，要注意光纤不能 弯曲过大，以免断丝; • 5、 测电光源时，将光通量探头置于积分球接口上，用于监视被测光源的稳 定性；测荧光粉时，将光通量探头置于激发装置上，用于监视紫外灯的 稳定 性。 • 6、 将温度探头的一头接于 PMS-50 主机的温度信号输入接口，另一头接积 分球温度接口。
• 发光体颜色与某一温度下的黑体辐射颜色最接近，则称该 黑体的温度 为发光体的相关色温。
• CIE 1960 UCS 均匀色品图上，通过发光体的色品坐标点向黑体轨迹 作垂线，得到垂足点所对应的黑体温度即为该发光体的相关色温。
• 测得发光体的色品坐标即可计算出其相应的相关色温。 相同色品坐标 的荧光粉或荧光灯照明物体时有的荧光粉或荧光灯的颜色显现能力较 强，即显色指数高，反之，显色指数低。
电光源测试系统的组成
• 电光源测试系统 = 基本系统 ＋ 积分球 ＋ 稳定电源 ＋ 智能电量测量 仪 光通量测试时, 积分球是必备的,根据被测光源的大小,可选择直径 1 米到 2米的积分球, 积分球内必须涂以中性的漫反射, 积分球内的遮挡 物必须减到最 低程度,而且被测灯的光谱类型、形状，在可能的条件 下, 最好与光通量标准灯 一致。
• 稳定电源用于给光源一个稳定的工作条件,一般使用稳定度较好的交流 稳压 源(稳定度优于 1%,有条件使用稳定度优于 0.1%的电源则更佳)， 在测试灯管时， 配备基准镇流器，使灯管工作在给定的基准工作条件 下。
• 智能电量测量仪（数字功率计）用于测试电光源的工作电压、电流、 功率、 功率因数，本公司所配备的电测仪器能测真有效值，适用于非 正弦波的畸变波形 测量，准确度较高。
• 标准光源装置实际上包括标准光源、标准光源供 电电源、标准电阻、数字电压表
光通量定标
•
a、把标准光源的供电电源接到积分球的输入（原先的接线必须拆去）， • 再把标准光源安装到积分球中。 • b、在标准灯点亮之前，把积分球关闭。然后选择“测试”菜单，指向 “光
通量定标”，弹出光通量对话框，点击“校零”按钮， 仪器自动进行光通量 校零。 • c、在开电流源的电源之前，应将电流源的输出电流调到最小，然后再 开机， 目的是为了防止开机时电流过大而损坏标准灯和影响灯的数 据。然后再慢慢 将电流调上去，调节到标准值的 80%，预热二十分钟， 千万不能将电流值超 过标准光源标定电流值的 5%，否则标准光源有 可能被毁坏或数据不准。 • d、预热结束后，再将电流调到标定值，等待灯稳定后开始定标。 • e、光通量定标时,点击“光通量标定”按钮，仪器完成定标操作；可以 点击 “光通量检验”按钮，检验定标是否正确。确定定标好之后， 存盘退出，也 可以取消退出 • f、注意：如果使用非标准 A 光源的灯当作光通量标准灯(比如荧光灯管) 定标 时，请先在光通量定标前，点击“测试”按钮测试光通量标准 灯的光谱，再 在光通定标时选择对应的光通量标准灯类型，进行定 标。
得的 光电流为 Iphs(λ)： • Iphs(λ)=PS(λ)·ρ(λ)·τ(λ)·T(λ)·S(λ) • =PS(λ)·K(λ) (8) 那么测量系统的光谱响应常数： • K(λ)=Iphs(λ)/PS(λ) (9)
得到被测光源光谱功率分布 P(λ)：
• P(λ) = Iph(λ) =K (λ)Iph(λ)
• 电光源测试时，光源必须先经一段时间的老炼（一般为 100 小时）， 在测试前也必须先点亮一段时间（一般为 30 分钟），同时要注意点 灯的 位置、方向等因素，因为光源在不同条件下，测试结果是不一样 的，尤其是气体 放电灯，工作条件对其发光影响甚大。一般情况下， 反映测试结果不一致， 往往是因为灯的工作条件不一致造成的。
• 可计算特殊显示指数 R15： R15=(1004.6ΔE15)
• 其中，ΔE15 为被测光源和相同色温的黑体 辐射大于 5000K 时,为平均日光辐
• 试验色 1-8 号求得的 8 个特殊显色指数之 和的平均值称为一般显色指数 Ra:
• Ra = 1/8 ∑Ri只要测得被测对象的相对光谱 功率分布就可以计算出其色品坐标、相关 色温和显色指数。
• K 值进行标定，并计算出 Y 值即可测 得其 光通量、照度、亮度等光度学参数。
系统工作图
基本原理
• 测得被测体的光谱功率分布 P(λ)(即在每一 光谱 下测其能量值)
• 计算出被测光源的颜色参数：色品坐标 （x,y）和（u,v），相关色温 TC,显色指 数 Ra、Ri(1-15),峰值波长及半宽度