基于线阵CCD的光谱标定方法研究.pdf

产业与科技论坛 2016 年 第 15 卷 第 24 期 基于线阵 CCD的光谱标定方法研究 □曹　 亮 【内容摘要】CCD光谱感应接受器件作为光谱分析的重要部分,具有宽光谱高分辨的响应特性。 CCD各个位置光敏像元转换 的电信号需要与所接收的光谱波长和光通量形成对应关系,对其响应进行定标。 采用标准低压汞灯光源进行特性 谱线定标分析,利用最小二乘法对特定光谱谱线完成拟合。 经过实验数据分析,结果表明该定标方法重复性高,稳 定性好,可以达到光谱分析的目的。 【关键词】CCD;最小二乘法;光谱定标 【作者简介】曹亮(1988.2~),男,长春理工大学助理实验师;研究方向:仪器科学与技术开发 　 　 一、引言 CCD探测器光谱响应范围(200nm ~1,100nm),所以可以用 通常光谱分析仪器由光源系统、分光系统和探测系统三 汞灯的六条特征谱线完成波长的标定。 找到标准光谱波长 部分组成。 由光源发出的光入射到需要分析的样品表面,通 及波峰值与CCD像元的对应关系,使用最小二乘法对三阶多 过光的色散原理分析光谱特性。 光源可以作为发射光源照 项式完成拟合。 射到需要分析的样品,也可以本身作为被分析的目标。 照明 (二)光谱辐射定标。 光谱仪器可以检测出所测目标光 系统需要设计完善准确,提高光源发射光强度。 光源发出的 谱的光强分布。 探测到的是对应波长的光信号,经过转换得 光束经过分光系统和准直系统处理,把发散光束转换成入射 到电压信号,即: 到色散元件的平行光束,再经过光的色散,发射出不同波长 U(λ)=k(E)(λ)T(λ)△λ (1) 的单色光并分别成像在焦平面上[1~5] 。 光谱仪器的探测系 那么光谱值为: 统功能是接收分出来的单色光,并响应到每个光谱,最后进 U(λ) E(λ)= △λ (2) 行处理和分析。 其中一般分光系统分光元件是与探测系统 kT(λ)S(λ) 的探测元件放置在一起的。 光谱分析仪器的探测系统由目 T(λ)代表光谱透射比率,(λ)代表的光谱响应灵敏度, 视、摄谱和光电系统三部分组成[6~9] 。 采用探测系统可测量 △λ代表光谱波长划分宽度。 需求光谱的辐射强度和波长。 得到需要检测的未知光源的光谱分布: U(λ) E (λ) 目前线阵CCD作为一种光电检测元件被广泛应用到光 3 E(λ)= = U (λ)=kU(λ) (3) kT(λ)S(λ)△λ U (λ) 5 谱分析测量仪器当中。 光电耦合器件(Charge Coupled De- 3 vice)有线阵和面阵之分,可以把光子信息转换成电信号,实 其中,求得系数就标志着完成仪器的光谱定标。 [10] 图1所示为标准标定光谱能量强度与波长对应的相对 现光电的检测 。 由于它具有器件微型化、处理速度快、测 量精度高等优点,因此在很多测量检测仪器当中应用广 辐射能量图。 [11] 泛 。 本文基于线阵CCD利用最小二乘法对响应光谱进行 标定,包括波长定标和辐射通量定标,最终实现宽光谱分析 的需求。 二、CCD在光谱仪中的工作原理 CCD 图像传感器基本结