[实用新型]一种光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光谱辐射测试领域，尤其是涉及一种能够将光电倍增管的绝对灵敏度在大动态范围内进行校正的光谱仪。

背景技术

光谱仪测量光谱辐射的原理一般为：被测入射光照射在单色仪的入射狭缝中，单色仪将被测光分成在一定波长范围内的单色光后，让一定带宽内的单色光从出射狭缝依次射出并照射到光电传感器件上，光电传感器件所产生的信号与照射在其上的光线的强度成正比。此信号与已知光谱功率分布的标准光源的信号相比较，便可得到被测光的光谱功率分布。由于光谱仪可以用来测量光的光谱功率分布，因此，被广泛应用于颜色测量、元素鉴定、化学分析等领域。

光谱仪中的光电传感器件一般为光电倍增管(PMT)，它具有低噪声、高灵敏度、快速响应等优点，非常适合作为光谱仪中的光电传感器件。但是，光电倍增管对温度的影响比较敏感，其稳定性较差，并且负高压电源的不稳定也会造成光电倍增管响应的不稳定；另外，在实际使用中光电倍增管的绝对灵敏度(即信号与光线强度的比值)存在非线性的问题，绝对灵敏度会随入射光强度变化而变化，信号不与光线强度成严格正比关系，这些都会给光谱辐射测量带来误差。

为了提高光谱仪的测量精度，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的实施方案。例如，美国专利文献公开了一种提高光电倍增管稳定性的方法及其实施装置〔U.S.Pat.No.5,079,424〕，该方案在光电倍增管旁边设置了一个发光二极管，发光二极管发出恒定的参考光照射在光电倍增管上，用以调节光电倍增管灵敏度使其稳定。该方案提高了光电倍增管的工作稳定性，但是由于其采用的基准是恒定的，因而无法解决光电倍增管响应非线性的问题，也无法实现大的动态测量范围。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能够有效提高工作稳定性，对光电倍增管的绝对灵敏度进行线性校正，进而提升测量准确度，实现大动态测量范围的光谱仪；解决了现有技术中所存在的光电倍增管响应不稳定、绝对灵敏度存在非线性、动态范围小，测量精确度差等技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本光谱仪，包括一个用于将被测光线分成单色光的单色仪，一个用于接收单色光的光电倍增管，单色仪与光电倍增管光学连接，所述的光电倍增管通过一个信号处理电路与微控制器电连接，其特征在于，它还包括一个用于产生参考光的参考光源，参考光源与微控制器相联，且所述的参考光源为发光二极管。

发光二极管是一种基于PN结的半导体器件，是一种宽禁带量子发光器件，其优点在于：光谱功率分布比较狭窄，是一种准单色光，一般光电传感器件的光谱灵敏度在发光二极管发射光谱范围内都相对比较平坦；发光二极管的光输出功率与其驱动电流具有较好的线性关系，大功率的发光二极管可实现较大动态范围的光输出；随着光输出功率的变化，在结温控制的条件下发光二极管的相对光谱功率分布基本不变；并且只要驱动电流稳定，发光二极管的光输出能保持非常稳定。这些特性都是其他光源无法比拟的，因此在这里发光二极管是理想的参考光源，可大大减少校正过程中的系统误差。

在上述的光谱仪中，在上述的光谱仪中，还包括一个用于接收参考光的参考探测器，参考探测器与所述的参考光源光学连接，所述的参考探测器为硅光电二极管。在工作时，参考探测器的信号通过一信号处理电路处理和转换后传送到微控制器。

硅光电二极管是一种基于PN结的半导体感光器件，其灵敏度一般比光电倍增管小，而单色仪的出射光的强度一般较弱，因此一般情况下硅光电二极管难以替代光电倍增管作为光谱仪的光电传感器件。但硅光电二极管具有非常低的温度敏感性(好的硅光电二极管可达到约0.1％/℃)和长期稳定性(好的硅光电二极管可达到＜1％/年)，并且具有大跨度范围内良好的线性响应(好的硅光电二极管可达到7个数量级范围内线性＜0.2％)，因此在这里也可以使用硅光电二极管作为一个理想的参考探测器。将恒温控制的硅光电二极管作为光量子比例接收参考探测器，配合大范围光功率输出的大功率发光二极管，可实现对光电倍增管绝对灵敏度在大跨度动态范围内的精确校正。

上述的光谱仪可由两种方案实现：(1)不设置参考探测器，参考光源的参考光强度通过其工作电路的电流等电参数获得；(2)设置参考探测器，参考光源的参考光强度通过参考探测器测量得到。