關(guān)于LED燈光學(xué)檢測準(zhǔn)確性和一致性討論

　　因?yàn)樽鳛楣怆娹D(zhuǎn)換的光電倍增管本身無法區(qū)分光譜, 所以由機(jī)械裝置轉(zhuǎn)動(dòng)光柵來把一定帶寬的單色光功率信號(hào)按照波長大小依次投射到輸出狹縫, 由緊貼狹縫的光電倍增管接收并把光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換并多級(jí)放大為電信號(hào),再由外部電路進(jìn)一步放大輸出到電腦中進(jìn)行處理。在這一系列過程中, 技術(shù)非常復(fù)雜。

　　此外，測量需要準(zhǔn)確的波長掃描(這對(duì)于光譜連續(xù)的燈的測量準(zhǔn)確性不是問題，但對(duì)分離光譜的燈的光色參數(shù)特別是色參數(shù)測量準(zhǔn)確性很重要，例如白熾燈的色溫測量準(zhǔn)確度很高而三基色節(jié)能燈的色溫測量準(zhǔn)確度較差), 測量的分辨率和準(zhǔn)確度又與輸入輸出狹縫寬度、波長定位及掃描步長關(guān)系很大。所以光電倍增管式光譜儀的測量速度較慢, 早期的光譜儀一般需2～3分鐘, 近期的也需要10秒鐘左右。

　　光電倍增管式光譜儀的測量準(zhǔn)確度可以很高，但光電倍增管也有缺點(diǎn)：①靈敏度因強(qiáng)光照射或因照射時(shí)間過長而降低，停止照射后會(huì)部分地恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為“疲乏”。我們在對(duì)一臺(tái)使用了多年光電倍增管式光譜儀對(duì)同一白熾燈連續(xù)重復(fù)測量90分鐘試驗(yàn)中，其光通量不斷單向下降達(dá)3%,但色溫變化很小在5K內(nèi)(0.2%);②光陰極表面各點(diǎn)靈敏度不均勻;③在實(shí)際測量中施加的電壓太高會(huì)產(chǎn)生噪聲。

　　(2)陣列式CCD光譜儀內(nèi)部的工作原理

　　與光電倍增管式不同的地方是, 陣列式CCD光譜儀由光柵把被測燈的復(fù)色光分解為按波長大小順序排列的光譜光功率信號(hào)，并一次性同時(shí)投射到可區(qū)分光譜波長的CCD陣列上, 這種一次成像接收并獲得各波長光譜光功率信號(hào)的方式替代了需要掃描依次把單色光輸入到光電倍增管中來“分時(shí)段”接收各波長光譜光功率信號(hào)。并由此不再需要光柵掃描的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。所以，測量速度非?？? 可達(dá)毫秒級(jí)。目前，照明用的較好的CCD轉(zhuǎn)換器為2048位,計(jì)算可得最高波長精度為0.2 nm。各方面總體來說,目前精度還比不上光電倍增管式光譜儀。

　　CCD的缺點(diǎn)有：①基底噪聲較大;②暗電流與溫度關(guān)系密切，需冷卻，每降低5～7℃，暗流就減小一半，專業(yè)應(yīng)用的CCD常用液氮制冷，使其溫度低于 -110℃;半導(dǎo)體制冷一般為-10℃至-20℃, 難以達(dá)到很高水平;③CCD器件各個(gè)像素的量子效率不一致,會(huì)造成各波長光功率大小測量誤差,這比上面提到的光電倍增管光陰極表面各點(diǎn)靈敏度不均勻的影響要嚴(yán)重。

　　以上兩種光譜儀內(nèi)部技術(shù)上非常復(fù)雜, 各環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生誤差, 設(shè)備成本檔次不同,誤差級(jí)別就不同, 且購買設(shè)備時(shí)已固化了的。使用設(shè)備的檢測機(jī)構(gòu)和企業(yè)不可能、也不允許隨便動(dòng)。除光譜儀之外, 我們在使用時(shí)更應(yīng)注意避免或改進(jìn)整個(gè)測量活動(dòng)中可能存在的許多其它誤差源。

　　值得一提的是：對(duì)于較早期的機(jī)械掃描光電倍增管式光譜分析儀中，當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)參考燈定標(biāo)時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)光電倍增管的負(fù)高壓使其各光譜中的最大光功率值在電腦中掃描顯示約為20%高度，之后的測量中該負(fù)高壓調(diào)節(jié)旋鈕就不要再動(dòng)了，否則需重新定標(biāo)。

　　其后測量中只需調(diào)節(jié)放大率旋鈕,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)參考燈一般為發(fā)光效率很低的白熾燈，而被測燈或LED燈發(fā)光效率可能高于它的數(shù)倍至十?dāng)?shù)倍,不一定光通量正好接近的標(biāo)準(zhǔn)參考燈; 此外, 白熾燈的光譜與很多被測燈的差異很大。

　　所以,常常需要調(diào)節(jié)電流放大率旋鈕來防止被測光譜功率信號(hào)防止溢出。另外，應(yīng)比較一下各電流放大率旋鈕的各檔位在測量同一被測燈時(shí),其結(jié)果是否一致。當(dāng)不一致時(shí), 需要用標(biāo)準(zhǔn)參考燈在各檔位都檢測一下, 選取與計(jì)量校準(zhǔn)值最接近的檔位。