那些處理光譜學(xué)和光測(cè)量設(shè)備的人有時(shí)會(huì)想知道光譜儀、光譜輻射度計(jì)、光譜儀和光度計(jì)之間有什么區(qū)別。了解這些差異對(duì)于特定應(yīng)用非常重要,這樣資金就不會(huì)浪費(fèi)在無法完成工作的錯(cuò)誤設(shè)備上。本技術(shù)說明解釋了這些差異并給出了每個(gè)類別的示例。然而,作為起點(diǎn),應(yīng)該提到的是,任何名稱中包含“光譜”的設(shè)備都會(huì)測(cè)量作為波長(zhǎng)函數(shù)的參數(shù)。無論是光強(qiáng)還是反射率或吸收率,都在一定范圍內(nèi)的每個(gè)波長(zhǎng)處提供其值。因此,諸如光度計(jì)之類的儀器只能測(cè)量某種物質(zhì)的總量,而不能測(cè)量每個(gè)波長(zhǎng)的單獨(dú)值。
光譜儀可以測(cè)量光的相對(duì)強(qiáng)度作為波長(zhǎng)的函數(shù)。通常采用反射幾何結(jié)構(gòu)的衍射光柵用于將光分散到 CCD 相機(jī)上。每個(gè)像素將接收小帶寬的入射輻射。圖 1 顯示了幾何形狀:
近年來,隨著數(shù)字光處理 (DLP) 技術(shù)的引入,新型光譜儀應(yīng)運(yùn)而生。一次使用一個(gè)微鏡陣列將一小部分光譜反射到單元件探測(cè)器上,然后逐段構(gòu)建完整光譜。圖 2 顯示了這種布置。
與陣列探測(cè)器相比,使用 DLP 技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是單晶探測(cè)器的成本(特別是在 NIR 區(qū)域)遠(yuǎn)低于 InGaAs 探測(cè)器陣列,后者可能相當(dāng)昂貴 。 DLP 鏡不會(huì)顯著增加儀器的價(jià)格。除了成本之外,DLP 的檢測(cè)器面積可以更大(幾毫米而不是幾十微米),這可以提高信噪比 (SNR),并且可以減少由于缺陷像素和像素間不均勻性而導(dǎo)致的掃描錯(cuò)誤,因?yàn)閮H使用單元件檢測(cè)器。
光譜輻射計(jì)是具有光強(qiáng)度校準(zhǔn)功能的光譜儀。因此,每個(gè)波長(zhǎng)的測(cè)量光都會(huì)有一個(gè)與之相關(guān)的單位。該單位可以是輻射計(jì)量單位,例如瓦特/平方米,也可以是光度計(jì)量單位,例如勒克斯,具體取決于應(yīng)用或量子單位,例如μ mol/m^2/sec(用于測(cè)量光合通量密度)。
圖 3 顯示了照明通行證的兩個(gè)測(cè)量結(jié)果。左圖顯示相對(duì)強(qiáng)度,右表顯示以勒克斯或英尺燭光為單位的總照度。
在圖 4 中,量子表示用于顯示光合光子通量密度 (PPFD) 作為波長(zhǎng)的函數(shù)。專為農(nóng)業(yè)應(yīng)用量身定制的 Spectrum Genius 農(nóng)業(yè)照明 (SGAL) 應(yīng)用程序如下圖所示。圖表下方的滑塊可以移動(dòng),因此可以找到每個(gè)特定波長(zhǎng)的 ppfd 值。
該應(yīng)用程序還測(cè)量 400-700 nm 范圍內(nèi)的總 PPFD,在本例中該值為 267 μ mol/m 2 /sec
必須注意的是,輻射輻照度單位在整個(gè)電磁范圍內(nèi)有效,但光度單位僅在 380-780 nm 范圍內(nèi)有效。因此,談?wù)?250 nm 波長(zhǎng)的照度和勒克斯意義不大。
光譜輻射計(jì)用于測(cè)量表面反射率,并使用反射率計(jì)算材料在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度。因此,分光光度計(jì)包含一個(gè)內(nèi)部光源,照射在物體上并測(cè)量反射率。參考光束R 0通常從99%漫反射光譜儀表面測(cè)量并記錄在儀器中。通過測(cè)量反射強(qiáng)度,通過r=R/R 0的比率來測(cè)量反射率。吸光度計(jì)算為 log(1/r),其中 r 不是百分比。圖 5 顯示了 900-1700 nm 范圍內(nèi)的分光光度計(jì),該分光光度計(jì)屬于 NIR 范圍,并且也使用 DLP 技術(shù)。
分光光度計(jì)也可以使用線性陣列,但 DLP 技術(shù)更便宜,并且單元件檢測(cè)器的尺寸可能比陣列單元大得多,從而提高了信噪比。
光度計(jì)和輻射計(jì)都測(cè)量總光照度(以勒克斯為單位)或總光輻照度(以瓦特/米^2為單位)。沒有測(cè)量光譜。
總之,分光計(jì)、分光輻射計(jì)和分光光度計(jì)與簡(jiǎn)單的輻射計(jì)和光度計(jì)的不同之處在于,它們包含一個(gè)衍射光柵,可以將信號(hào)分解為不同的波長(zhǎng)。 DLP 技術(shù)消除了對(duì) InGaAS 陣列探測(cè)器的需求,有助于降低近紅外區(qū)域光譜儀的成本。
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