Arcoptix FT-NIR测量高达2500nm的太阳辐照度

Arcoptix FT-NIR测量高达2500nm的太阳辐照度

介绍

使用光谱仪测量辐射源光能的应用需要辐照度校准，因为光谱仪的未校准强度响应包括光谱仪内部光学光谱传输和探测器光谱响应的贡献。本应用说明解释了FT-NIR Rocket 0.9-2.6如何用于900-2500nm光谱范围内的辐照度测量。它演示了如何用FT-NIR Rocket测量太阳的光谱辐照度。

辐照度校准程序

所需硬件为：

• FT-NIR火箭光谱仪

• 带有校准数据的校准光源

• 带1m长光纤电缆的反射余弦接收器（type NA=0.22，芯径600µm）

校准光源

我们使用的校准源是250W卤素灯，其校准可追溯到德国计量研究所（PTB），其30cm距离处的绝对辐照度Elamp（λ）如图1所示。

辐照度校准设置

为了测量校准辐照度，FT-NIR光谱仪通过光纤连接到我们的反射模式余弦接收器。需要这件硬件来漫射光谱仪光纤输入端的光，否则耦合到光纤中的光将过于依赖于光纤相对于光源的取向。

大多数可见光谱范围光纤光谱仪的制造商都提供以传输模式工作的余弦接收器，这些接收器通常由一层薄薄的乳白色玻璃或PTFE类材料制成。虽然它们在可见光范围内是一个很好的解决方案，但透射模式余弦接收器在近红外范围内会受到色度效应的影响：它们的响应不再是近红外波长入射角的余弦函数，因为随着衍射效应减小到约1/λ4，漫射器变得部分透明，根据光散射物理学。我们的反射模式余弦接收器克服了这些限制，在高达2500nm的近红外范围内提供了良好的余弦响应。如需更多信息，请阅读本文。

光谱仪的反射余弦接收器固定在摄影三脚架上，放置在距离校准卤素灯30厘米的标称距离处，如图2所示。

图2-辐照度校准设置，包括Arcoptix反射余弦接收器

在获取校准灯的光谱后，可以通过简单的除法计算所有报告波长下的光谱仪响应率R（λn）：

其中 Slamp(λn) 是光谱仪测得的原始光谱（即来自光谱仪的 “计数”），以及 Elamp(λn) 是校准灯的辐照度光谱，通常必须在光谱仪网格λn 上重新插值。

上述程序的实验数据如图 3 所示。请注意，该辐照度校准程序已在光谱仪软件中预设。我们展示校准细节只是为了让大家更容易理解校准过程。

图3-使用卤素灯校准FT-NIR。上图：校准灯辐照度和灯的原始光谱。下图：光谱仪的计算响应率。

室外太阳辐照度测量

完成校准程序后，我们将硬件放在建筑物的屋顶上，对太阳光谱进行室外测量，如图4所示。安装在摄影三脚架上的反射余弦接收器朝向太阳。

图4-室外太阳辐照度测量。光谱仪、摄影三脚架上的反射余弦接收器和笔记本电脑。

光谱仪记录太阳的原始光谱，然后将其乘以光谱仪的光谱响应率，得到绝对辐照度：

如图5所示，显示了我们的系统测量的原始光谱（上图）和太阳的绝对辐照度光谱。

图5-原始和校准的太阳光谱（辐照度）

请注意，光谱没有噪声。光谱中的尖锐特征是由于气体的窄吸收和仪器相对较高的分辨率（8cm-1）。图6显示了根据ASTM G173-03（参考太阳光谱辐照度标准表）以相当分辨率（1nm至1700nm，高于此极限5nm）拍摄的太阳光谱的相同部分。相同的光谱结构很容易识别。

图6-根据ASTM G173-03的太阳光谱（倾斜）