自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

光谱测量具有测量范围大、测量速度快、分析精度高等特点。 可对不同吸收光谱、反射光谱、辐射光谱等多种光谱进行定性和定量分析。 微型光纤光谱仪具有许多大型光谱仪所不具备的优点，如重量轻、体积小、检测速度快、使用方便、可集成化、大批量生产、成本低等，这使得微型光谱仪具有在各个领域都有广泛的应用。 应用前景。

精度始终是决定测量仪器的关键。 对于光谱仪，我们分析的是被测样品在每个光波长下吸收或反射的光强。 但实际的光谱仪在设计和制造上会存在一定的误差，很难用简单的光栅公式直接预测波长的具体位置。

在实际的微型光纤光谱仪中，光的波长是由CCD像素反射的，因此在实际测量中光纤光谱仪的优缺点?，由于环境和时间的影响，会引起光波长与像素之间的变化。 光谱仪中每个CCD像素对应的实际光波长必须准确确定，否则会降低测量的精度。 因此，为了获得准确的测量结果，光谱仪在使用前必须经过严格的校准，以确定CCD像素与光波长的对应关系。

1. 光谱仪校准技术

CCD采集的数据是以通道为接收单位，一个通道接受一个数据，即CCD采集的数据与通道的序号一一对应。 对于光谱测量，我们需要获得相对能量与波长之间的对应关系。 因此，根据CCD像素数确定相应的波长是一项必不可少的工作。 即在光谱仪的日常使用中，应定期进行校准。 以达到准确测量的目的。

由于选择线性校准算法作为波长校准方法会产生较大误差，因此根据经验采用高阶拟合算法，三阶拟合可以满足光谱测量的精度要求。 光谱仪中 CCD 阵列的每个像素点都有其确定的数目。 若从0开始，到n结束，则标定方程，即任意X编号的CCD阵列像素与其对应的波长λ之间的关系如下：

λ(X)=C0+C1X+C2X2+C3X3

式中：C0为X=0时，即编号为0的CCD像素对应的波长； C1、C2、C3分别为一阶系数、二阶系数、三阶系数。 由于标准光源可以发出一定波长的标准线光谱，因此利用标准光源的标准线光谱可以测量出对应的阵列[X，λ(X)]，以及像素与波长的对应关系可根据上式建立 ，即可确定C0、C1、C2、C3的系数值，从而实现CCD像素与波长的匹配，得到校准方程和拟合曲线。

2. 校准和实验分析

常用的光谱仪波长校准是利用特征光谱在CCD对应像素点上找到对应位置，采用多项式拟合等方法实现波长校准。 目前应用最广泛的方法是Z最小二乘法的三次多项式拟合。 该方法的目的是获得最小的偏差平方和。

式中a0、a1、a2、a3为拟合系数，x1、x2、……、x6为实测像素数，y1、y2、……、y6为拟合波长。 y=a0+a1x+a2x2+a3x3中的拟合系数是用Matlab软件编程求解得到的。 采用美国海洋光学公司生产的HG-1汞-氩校准光源（光谱图如图1所示）对光谱仪进行波长校准。 波长校准使用的数据和经过拟合比较后得到的数据如表2所示。

图1 HG-1谱图

表 2 波长校准数据

波长标定后，将光谱仪与美国Ocean Optics公司生产的USB4000光纤光谱仪进行对比。

表3 测量波长对比数据

图4 实测光谱

从表2可以看出，光谱仪经过波长校准后效果良好，波长与标准波长的相对误差控制在0.05 nm以内。 与美国Ocean Optics公司生产的USB4000光纤光谱仪相比，从表3可以看出波长的相对误差高了一个数量级，但是图4的分析表明自行设计的光纤光谱仪在紫外检测方面较弱。 主要原因是东芝公司生产的TCD1304AP在紫外波段的灵敏度较弱（图5），所以需要在CCD表面贴上或镀上一层紫外感光膜。

图5 TCD1304AP的灵敏度曲线

3、校准结果验证

为了验证最终标定结果的准确性，本文在实验结果重新标定后的AvaSpec-2048微型光纤光谱仪上进行了验证实验，即测量标准He-Ne激光器的光谱曲线（ 632.80nm),并将得到的实测谱线与标准谱线进行对比,验证校准实验结果的准确性。

4.验证实验组成和过程

验证实验装置及其组成如图6所示。其组成主要包括氦氖激光器（632.80nm）、衰减器、光纤、光谱仪（AvaSpec-2048）和计算机。

图6 验证实验装置示意图

实验过程如下：

首先根据实验装置设置实验，完成激光衰减线接收，将光谱仪与电脑连接。 打开AvaSoft720USB2软件，让光谱仪实时采集光谱信息并调整光谱仪的积分时间，使通过标定实验结果重新标定的光谱仪能够准确测量He-Ne激光器的谱线。 然后用AvaSoft720USB2软件中的快捷键找到谱线峰值对应的光波长，即He-Ne激光器的测量波长。 在 Z 之后，获得表 7 中所示的测量波长。

5、校准结果精度对比

上述验证实验结果得到的波长校准结果对照表如表7所示。

表7 波长校准结果对照表

综上所述

从验证实验结果可以看出，设计搭建的光纤光谱仪校准实验系统能够准确实现光谱仪的波长校准，确定CCD像素点与光波长的对应关系。 采用两种不同的数据处理方法得到不同的校准方程，通过实验误差对比验证得到最佳校准方程光纤光谱仪的优缺点?，完成了光谱仪的精确校准，保证了光谱仪在使用过程中的测量精度要求。