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德國恩德斯豪斯E+H光譜分析儀的工作原理
光譜分析儀簡稱光譜儀,，是將成分復(fù)雜的復(fù)合光分解為光譜線并進(jìn)行測量和計算的科學(xué)儀器,，被廣泛應(yīng)用于輻射度學(xué)分析,、顏色測量,、化學(xué)成份分析等領(lǐng)域,，在冶金,、地質(zhì),、水文,、醫(yī)藥、石油化工,、環(huán)境保護(hù),、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(nèi)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(fù)色光分解成一系列獨立的單色光，然后進(jìn)行測量和計算,。
E+H光譜分析儀一般由分光系統(tǒng),、接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其工作原理是將光源發(fā)出的復(fù)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(jìn)行測量,，獲得光譜功率(輻射)分布，再計算出色品坐標(biāo),、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(jié)構(gòu)，稱為單色儀或多色儀,。單色儀是輸出單色譜線的光學(xué)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(jù)處理系統(tǒng)對測量信號進(jìn)行計算處理,，各部分相對獨立,。多色儀在結(jié)構(gòu)上與探測器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)緊密結(jié)合，通?？梢灾苯虞敵龉庾V測量數(shù)據(jù),。
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(nèi)主要有PMT光譜儀和CCD光譜儀兩種，在紫外,、近紅外范圍內(nèi)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(jié)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(xì)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(jìn)入,，一般位于準(zhǔn)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(gòu)成,，分為固定狹縫,、單邊可調(diào)非對稱式狹縫和雙邊可調(diào)對稱狹縫幾種。用于光色測量的亮度計中,，兩個狹縫通常設(shè)計為等寬,，且不能自行調(diào)節(jié)。在用于材料分析的亮度計中,，狹縫往往設(shè)計成可由儀器自動調(diào)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(zhuǎn)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(shù)，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(zhuǎn)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(nèi)的波長性。
1,、光電倍增管探測器
接收系統(tǒng)負(fù)責(zé)將光信號轉(zhuǎn)為電信號,，主要包括光電探測器、放大器,、A/D轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)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(cè)窗型(Side-on)兩種結(jié)構(gòu),，內(nèi)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(chǎn)生光電效應(yīng),，激發(fā)出的光電子被聚焦到倍增系統(tǒng),，經(jīng)過一連串的二次發(fā)射使得電子倍增,，后到達(dá)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(yīng)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(lǐng)域的研究工作,。
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