光纤光谱仪|温漂及温度补偿

光纤光谱仪|温漂及温度补偿

电子元器件通常都有一定的温度系数，其输出信号会随温度变化而漂移，称为“温漂”，为了减小温漂，采用一些补偿措施在一定程度上抵消或减小其输出的温漂，这就是温度补偿。针对光谱仪的温漂情况提出以下方法，并通过实验测试方法的可行性。

一、模型描述

选择具有多个特征谱线的汞氩灯光源，能够覆盖波长范围［λL，λH］。然后将光谱仪放置在可设置温度的高低温环境箱内，温度调节范围为［TL，TH］，变化量为 ΔT=（TH-TL）/（M-1），其中Ｍ为光源特征峰标准点的个数，ΔＴ越小，精度越高，温度适应性也就越强。

根据不同温度下已知特征谱线标准波长与CCD上响应对应像元的位置，建立基于温度补偿的多项式关系：

式中，c0～c9为多项式系数。根据不同温度下的多组波长与对应像元数据，利用最小二乘法求解式中的c0～c9，最终确定像元位置、波长、温度的三者关系。

二、具体定标流程

（1）定标开始时，将光谱仪置于温度箱中，设置温度。每个温度点定标结束以后，温度依次增加ΔT。

（2）进行波长定标时，接入标准光源，然后选择对应的温度定标点Ｔ，并记录温度Ｔ下的特征谱线峰值波长所对应的像元位置。

（3）判断所有温度点是否都已测试过，如是，则结束温度定标的循环，进入曲面拟合过程；如否，则增加温度ΔT，继续进行。

（4）进行三次多项式的曲面拟合，拟合出波长定标曲线λ（x，T），得到多项式系数c0～c9，从而完成了基于温度补偿的波长定标。

三、实验操作过程

1.鉴知技术SR75C光纤光谱仪波长范围为180～340nm，线阵CCD探测器的像元总数为2048个。波长定标时，均匀选取汞氩灯的特征谱线，依据模型描述选定2-4个汞氩灯的特征波长峰值。选取温度范围为0℃～40℃。根据测试结果，记录不同温度下标准波长所对应的探测器像元位置。

2.采用基于最小二乘法的三次多项式拟合方法求解多项式系数c0～c9，拟合后查看均方根RMSE的大小，判定拟合曲线于真实曲线之间的误差。

3.对波长定标完成后的光谱仪进行测试。分别在低温0 ℃和高温40℃下测量了定标后光谱仪的测试峰值波长，并将其与标准波长进行差值计算分析，此方法可以提高波长定标精度。