光纤光谱仪辐照度测量

光纤光谱仪辐照度测量

辐照度量学是光学和辐射度量学的一个分支，主要研究辐射能在物体表面上的分布和变化。其核心概念之一是辐射照度（Irradiance），也称为辐照度，它表示受照面单位面积上接收到的辐射通量，单位是瓦每平方米（W/㎡）。辐射照度是描述物体表面单位时间内单位面积接收辐射能多少的物理量，对于理解辐射能的传输、转换和利用具有重要意义。

辐射测量可以用于测量发光光源，也可以用于测量反射光。例如太阳光谱研究，获得太阳光谱的能量分布、测量太阳、大气的辐照能量或者照射到物体上反射的二次辐照。LED光源参数测试与质量检测等。

光纤光谱仪的辐照度测量原理：

测待测物品:辐照度测量需要一已知辐射能量分布的标准光源，通过经过定标的标准光源以及光纤光谱仪即可测得待测物的光谱辐射能量分布曲线，通过辐射能量分布曲线可进一步计算出辐照度、辐射通量等参数。

测待测光源:利用鉴知技术的光谱仪对光的响应特点模拟出待测光源的辐射能量分布，从而计算辐照度、亮度等参数。

相对辐射测量：样品的辐射光谱与具有黑体辐射能量分布(归一件化为1)的标准灯辐射光谱的比值。需将标准灯先行置于光路中，测得其光谱为本次测量的参考光谱，然后再用待测辐射源代替标准灯。只校准峰形，没有物理量，只有相对强度100%。

绝对辐射测量：标准光源是一个理想灰体，采用已知光谱输出(单位:uW/cm2/nm)的卤钨灯光源来对光谱仪进行绝对辐射定标。绝对辐射定标把光谱仪探测器采集到的光谱还原成实际的光谱分布(光谱的形状和大小)，定标后光谱的强度坐标就不再是一个相对强度，而是实际的辐照强度。修改光谱的形状和幅度，从而校正仪器的响应函数，可测绝对强度。

一般来说测量系统由光谱仪、光纤、积分球或余弦矫正器、计算机组成，系统测量待测光源前需要使用标准光源定标。

辐照度系统搭建构成：

*需要注意，当系统的配置更改以后，系统被视为一套新的系统，需要重新定标，因此，不要在定标完成以后做光纤插拔行为。

辐照度测量系统通常包括以下几个部分：

光源发射：使用已知辐照度的标准光源（如钨灯、氘灯等）发射稳定的光谱。

光纤传输：光线通过光纤传输到光谱仪的输入端，光纤作为信号耦合器件，确保光信号的高效传输。

光谱仪主体：包括光栅、狭缝、探测器等部件。光栅用于分散光线，狭缝限制入射光范围，探测器将光信号转换为电信号。

数据采集与处理系统：负责接收探测器输出的电信号，进行放大、模数转换和数据处理，最终得到辐照度值。

光信息采集：余弦校正器：使用余弦辐射探头进行光采集的优点是系统搭建方便，采集模块体积小，采集面积广，性价比高；缺点是对环境要求较高，需全暗环境，且测试精度较积分球测试差，受外界影响波动比较大。积分球：使用积分球搭建测试优势在于抗干扰，内部暗环境，光照均匀，测试数据准确，误差小，重复性高，但价格较为昂贵。

辐射通量与光通量之间的关系：

V(λ): 视见函数，无量纲相对数值。

Km:  Km=683lm/w最大光谱效能，单位:流明/瓦(lm/W)。

光度学参数可由测得辐照度量学相关参数换算得到。

辐照度测量特点：

高精度：光纤光谱仪能够提供高精度的辐照度测量，满足科研和工业应用的需求。

宽光谱范围：能够测量从紫外到红外的宽光谱范围内的辐照度。

快速响应：光谱仪能够快速响应光信号的变化，实现实时测量。

非接触测量：通过光纤传输光信号，实现非接触式测量，避免对被测物体的干扰。

辐照度测量在多个领域有重要应用，包括但不限于：

科学研究：为光学、材料科学、生命科学等领域的研究提供基础数据支持。

工业应用：在光伏、环境监测、材料检测等行业中发挥重要作用，提高产品质量和生产效率。

能源评估：在太阳能等可再生能源的评估和开发中，辐照度测量是评估资源潜力和系统性能的关键指标。

环境保护：通过监测环境中的辐射污染情况，为环境保护和污染治理提供科学依据。