1、ICS 17.180.20 K 70 道昌中华人民圭七-、和国国家标准GB/T 28208-2011 脉冲光辐射源光谱辐射测量方法Spectroradiometry of pulsed optical radiation sources (CIE 105-1993 ,MOD) 2011-12-30发布2012-09-01实施明。由18;，Ji;llfUfJ町呻扩. 9 数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检蔑总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 28208-2011 目次前言.皿引言.N l 范围.2 规范性引用文件3 术语和定义4 测量方法25 测量设备.2 5.1 阵列型光谱辐射计系
2、统的基本要素25.2 光谱辐射计的其他性能要求6 测量不确定度来源.6. 1 杂散辐射-6.2 波长定标.5 6. 3 偏振误差-6.4 非线性6.5 暗电流67 测量结果的表述.6 附录A(资料性附录)本标准与CIE105-1993的章节编号对照情况7附录B(资料性附录)本标准与CIE105-1993的技术性差异及其原因. 8 附录C(资料性附录)脉冲光源对测量系统的要求附录D(资料性附录)阵列探测器10附录E(资料性附录)测量结果的图像表示. . 12 附录F(资料性附录)脉冲LED光源的实测方法I GB/T 28208-2011 目IJi=i 本标准依据GB/T1.1一2009和GB/T
3、20000. 2-2009的规则编写。本标准使用重新起草法修改采用CIE105-1993(脉冲光辐射源光谱辐射测量方法。本标准与CIE105-1993相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本标准与CIE105-1993的章节标号对照一览表。本标准与CIE105-1993相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧也空白位置的垂直单线(I )进行了标示，附录B中给出了相应技术性差异及其原因的一览表。本标准由中国轻工业联合会提出。本标准由全国照明电器标准化技术委员会光辐射测量分技术委员会(SAC/TC224/SC 3)归口。本标准起草单位:杭州远方光电信息股份有限公司、中国计量科学研究院、
4、北京半导体照明科技促进中心、广州威凯检测技术研究院、哈尔滨照明检测中心、扬州市产品质量监督检验所。本标准主要起草人:李倩、刘慧、阮军、刘跃占、平立、张晓光。阳山GB/T 28208-2011 51 脉冲光辐射源广泛用于多个领域和多种设备中，例如LED、照相机的电子闪光单元、飞机和紧急交通工具的信号灯、影印机、色度计和脉冲发光显示等。而且脉冲LED光源已开始大规模应用到照相机电子闪光单元、信号灯等领域中，它也是未来发展的趋势。因此，对脉冲光辐射源的瞬态光谱特性测量的需求越来越广，业界迫切需要相关标准以规范脉冲光源的测量。本标准旨在规范脉冲光辐射源的瞬态光谱特性的测量。由于该测量领域的变化和创新非
5、常迅速，尤其是在探测器和仪器技术方面，所以本标准着重强调测量方法而非具体的仪器技术。本标准在附录F中列举了一个可操作的测量脉冲LED光源的方法，但并不表示，该方法是得到满意结果的唯一方法。本标准适用于多种类型的脉冲光辐射测量，如:带快门的稳态光辐射;带开关电路的稳态光辐射如闪光白炽灯或发光二极管(LED); 一一绕一个与光轴垂直的轴转动的定向稳态光辐射;一-1iJ气或其他气体混合物放电产生的单次或重复性脉冲光辐射。由于脉冲激光辐射具有相干性和窄带特性，需要特殊的测量技术，因此本标准不涉及脉冲激光辐射的测量。N GB/T 28208-2011 脉冲光辐射源光谱辐射测量方法1 范围本标准规定了脉冲
6、光辐射源的光谱辐射特性和瞬态光谱特性的测量方法。本标准适用于LED、照相机的电子闪光单元、飞机和紧急交通工具的信号灯、影印机、色度计和脉冲发光显示器等脉冲光辐射源。本标准不适用于脉冲激光辐射的测量。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。CIE 17.4-1987 国际照明词汇CInternationalLighting Vocabulary) CIE 59一1986偏振:定义和术语，仪器偏振(Polarization:Definition and nomenc
7、lature, instrument polarization) CIE 63-1984 光源的光谱辐射测量(Thespectroradiometric of light sources) 3 术语和定义CIE 17.4-1987中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1 多色仪polychromator 一种能将复合光色散为多个单色光谱辐射，并聚焦于多通道探测器的光学装置。3.2 阵列探测器aay detector 一种探测器元件的物理排列组合，能够接收和探测多色仪的输出。在某些情况下，其他光学元件可以是阵列的一部分，例如将光辐射藕合到阵列探测器的光纤面板。3.3 像章pixel 阵列
8、探测器或显示元件中的最小单元，是一个独t的传感器或显示元件。注:在本标准中，像素是阵列探测器中的最小单元。3.4 有效闲光持续时间effective flash duration (10.5) 闪光强度自上升至其峰值强度一半到下降至其峰值强度一半之间的时间间隔。3.5 总闪光持续时间total flash duration (to. 1 ) 闪光强度自上升至其峰值强度的10%到衰减至其峰值强度的10%之间的时间间隔。3.6 动态范围dynamic range 系统或元件的给定最大信号容量水平与其噪声水平的比值。动态范围可用1: 10x (x是一个正GB/T 28208-2011 数)、分贝或比
9、特来表示。3. 7 3.8 时间分解测量time resolved measurement 在给定的持续时间内，以短时间间隔测量辐射度量的方法。时间积分测量time integrated me副urement时间分解测量对时间的积分。4 测量方法应使用阵列型光谱辐射计测量脉冲光辐射掘的光谱辐射，见附录C。测量前应该对阵列型光谱辐射计进行波长定标和线性检查(参见6.2波长定标和6.4非线性)。应使用标准光源定标光谱辐射计系统。必须保证标准光源的校准数据溯源于国家计量标准。测量准确度取决于测量系统(多色仪和探测器)在整个测量周期内保持充分稳定的程度。测定脉冲光源的光谱时，依次点亮标准光源和待测光源
10、，并在光谱范围内测量仪器对光源的响应。通常先测量标准光源，再测量一个或多个待测光源。结束测量步骤时，应该测量另一个标准光源或者重复测量第一个标准光源以检查系统的漂移。然后比较仪器在光谱范围内对标准光源和被测光源的响应。如果待测的不是相对光谱功率而是绝对光谱能量时，应对非脉冲标准光源进行时间归一化，因此必须知道探测器/数据获取系统的积分时间(输入信号被积分的有效时间)。标准光源产生的有效光谱辐射能量Q可以通过式(1)得到:Q二二 t . ( 1 ) 式中:也一一标准光源的光谱辐射功率，焦尔每纳米(J nm-I); t 一一阵列探测器/数据获取系统的积分时间，单位为秒(5)。注:因为标准光源输出连
11、续的光谱辐射功率(单位:Wnm-吁，而脉冲光源的每一个脉冲发出一定量的光谱辐射能世(单位:J.nm吵，所以在绝对测量中必须解决单位上的差异。因为1W=l J l，所以两单位的差异仅与时间有关。测量中，应通过设置来获取最佳信号幅度，以便在阵列探测器中的任一像素不出现饱和的情况下，尽可能地获取较强的信号。因为信噪比会随着测量次数的平方根而提高，可以通过多次测量求平均的方式改善信噪比。阵列型光谱仪宜具有用户自设置积分时间功能，用来优化标准光源信号。注:阵列型光谱辐射计的信噪比取决于A/D转换器的分辨率、探测器温度、背景信号水平和多色仪的输出量。在波长较短的区域，探测器的光谱响应度较低，用作标准光源的
12、自炽鸽丝灯的光谱输出也较低，对信噪比影响较大。5 测量设备5. 1 阵列型光谱辐射计系统的基本要素5. 1. 1 概述如图l所示，阵列型光谱辐射计系统由下列几个要素组成:一一输入光学系统;一一多色仪和阵列探测器;一一数据获取系统(测量探测器输出量的电子部分和数据处理系统)。2 GB/T 28208-2011 阵列型光谱辐射计系统可采用下列结构，也可采用其他结构，见图10脉冲光源输入光学系统多色仪和阵列探测器数据获取系统图1典型阵列型光谱辐射计系统的示意图5. 1. 2 输入光学系统输入光学系统收集光源发出的辐射并将其藕合到多色仪/探测器系统。由于来自多色仪人射狭缝的光辐射直接成像到阵列探测器的
13、像素上，因此应使辐射光源均匀照射入射狭缝。通常使用积分球或漫射板获取均匀光辐射。注:积分球或漫射板还可起到消除辐射偏振的作用。积分球内表面涂层或漫反射板的表面材料至少应在测量波长范围内不发射荧光。当被强紫外辐射照射时，某些材料在近紫外和蓝光区域的光谱反射特性可能发生不可逆转的变化，且变化程度取决于辐照水平和照射时间的长短，因此应经常校准以避免产生测量误差。输入光学系统可采用图2-图4所示的形式，也可采用其他形式。图2使用积分琼作为光谱辐照度测量的光学输入系统的一种形式图3使用积分球作为光谱辐照度测量的光学输入系统的另一种形式3 GB/T 28208-2011 图4使用漫反射板作为光谱辐照度测量
14、的光学输入系统5. 1. 3 多色仪多色仪可采用棱镜或光栅作为分光元件。使用光栅多色仪时，应使用截止滤色片滤除二级及以上衍射辐射。注:使用截止滤色片将使测量范围严格受限，单次测量中最大可测波长必须小于最短波长的两倍，例如，当滤色片不允许波长比可测最短波长还小的辐射通过时，单次测量的波长范围可能是350nm-700 nm或380nm-760 nm. 如果在单次脉冲中，测量波长跨度超过1: 2，可使用披长测量范围不同的两个或多个多色仪，此时必须将入射光分为两束，分别进入两个多色仪。或者可在一个多色仪中使用两列探测器，每一列前放置不同的滤色片。还可在多色仪的单个阵列探测器前设置一个连续的契形干涉滤色
15、片。为避免测量误差，截止滤色片应不发射荧光且具有优良的光学品质，即元气泡、条纹和其他瑕疵。5. 1. 4 阵列探测器阵列探测器具有两种基本类型:离散型和集成型，详见附录D。对于离散型阵列探测器，像素的数目应是(m/n)十l或更多，其中m是波长区域，n是所需的波长间隔。理想状态下，两个独立的像素之间无间隙，以便阵列探测器能够在其可探测的整个波长区间上接收包括任意谱线在内的所有辐射。在离散型和集成型两种阵列型探测器中，每一个像素都应具备良好的频率响应、线性，并且阵列中所有像素点的辐射度特性宜一致。对于瞬态光谱的测量，如果分辨率要达到10阳，频率响应必须超过1MHz。为减小背景噪声，可使用冷却水循环
16、和/(或)础耳帖制冷器等来冷却探测器。注:在这种情况下，除非控制探测器周围的湿度，否则冷凝是一个严重问题，所以有些探测器在真空中工作，而有些探测器需要用干燥的氮气不断换气。5. 1. 5 数据获取系统5. 1. 5. 1 概述数据获取系统主要是系统内的放大器和信号转换器。5. 1. 5. 2 采样和保持放大器(S/H放大器放大器的采集时间、缝隙时间和缝隙延迟时间必须短。可参考下列典型值:采集时间:小于200ns; 4 GB/T 28208-20门一一缝隙时间:小于2ns; 缝隙延迟时间:小于5ns o 5. 1. 5. 3 模数转换器A/D转换器的转换时间必须短。一种称为快闪式的特殊转换器尤其
17、适合目前的应用。注:分辨率和转换时间通常逆相关;因此选择A/D转换器时，需要折中考虑分辨率和转换时间。在A/D转换器引起的测量误差中，非线性因素最重要，因为在脉冲辐射测量中，几乎不可能补偿线性误差。另一个重要的误差因素是温度变化引起的放大器增益漂移和补偿电压漂移，可使用热电控制器减小温度变化。5.2 光谱辐射计的其他性能要求5.2. 1 入射狭缝和探测器布置使用棱镜多色仪应注意带宽随波长的变化:波长越大，在给定狭缝下的带宽越宽。一个适宜的解决方法是随波长不同而改变像素宽度。使用光栅多色仪时应注意z尽管在小角度偏离范围内，光辐射的色散充分稳定，但在波长区间的两端，如从350nm700 nm，带宽
18、会有所变化。5.2.2 动态范围光谱辐射计的动态范围取决于所用探测器和A/D转换器。6 测量不确定度来源6. 1 杂散辐射可使用自炽鸽丝灯和设置在多色仪入射狭缝前的多个锐截止型滤色片来确定杂散辐射。滤色片应在波长截止点以上到约3000nm的范围内透射，而在波长截止点以下部分强烈吸收。仪器在截止区域上记录到的任何信号都是波长大于截止波长的杂散辐射。可采用截止波长均匀分布的一组滤色片来确定光谱范围内的杂散光特性。注1:理想情况下，阵列探测器中的每一个像索仅接收一定窄带宽的单色辐射，带宽由多色仪的色散和像素本身的间隔和大小决定。而实际上，可能存在其他波长的杂散辐射，在光谱的蓝光和紫外区域，由于光源的
19、输出和探测器的灵敏度相对较小，杂散辐射问题尤其突出。在这种情况下，来自长波部分的即使很少量的杂散辐射，都会对输出信号起到明显的作用。注2:可从某些专业的光学滤色片制造商处获取截止波长在300nm-700 nm的光谱范围内间隔排列的适宜的滤色片组合。注3:多色仪的设计不好通常会引起极大的杂散辐射，且几乎无法补偿。6.2 波长定标仪器投入使用前必须进行波长刻度的定标。所需擅长准确度取决于具体应用。温度可能影响波长定标，如果仪器不在温控环境中，应检查温度对波长定标的影响。在进行多色仪波长刻度定标前，应将仪器调节至最大光谱分辨率。可使用一个或多个激发谱线精确可知的低压光谱灯进行定标。低压隶灯可提供多条
20、有用谱线。注:在波长定标过程中，暂时移走所有的截止滤色片将用到一级和二级的衍射线，由此在原始谱线的波长二倍处产生额外的参考点。谱线的输出信号是原始谱线强度、光栅效率和探测器的光谱响应度的函数。一般两条充分分开的光谱线足以定标光栅多色仪的波长刻度。但在实际情况中，由于光谱散射的GB/T 28208-20门线性并不理想，所以应使用其他谱线进行检验。用户可通过一系列在光谱范围内间隔分布的谱线来修正波长偏差。如使用曲线拟合方法来表示波长和刻度读数之间的关系，应尽可能采用低阶方程，以免高阶方程可能导致的严重误差。所测定标谱线的数量宜超过方程阶数的3倍或4倍。577 nm和579nm柔双线的双谱线可用于检
21、验光谱辐射计系统的分辨率。6.3 偏振误差多色仪的透射特性依赖于入射光的偏振，由于定标光源和待测未知光源在辐射偏振特性上常常存在较大差异，从而引起误差。推荐将人射光路中的积分球或漫射板作为消偏振器以减小因偏振引起的误差。关于偏振的更多信息可参阅C1E59-1986 a 6.4 非线性在像素未饱和情况下，大多数二极管阵列探测器在给定波长的输入功率与对应像素的输出信号之间呈线性关系。必须确定使系统为线性时人射辐射功率的范围，且注意使用时不应超过该范围。6.5 暗电流暗电流可能会在输出信号中占到很大比重，尤其是当人射辐射功率较低时。应测量暗电流且将其从信号读数中减去。除暗电流以外，还应注意在离散型和
22、集成型阵列探测器系统存在下列噪声:一一放大噪声;-一温度噪声;一一复位(读取)噪声。注:某些商用仪器能自动执行去暗电流过程。集成型阵列探测器所采用的扫描结构的类型决定了系统中存在的噪声大小和类型。7 测量结果的表述6 宜用一系列以整数波长为中心的等间距的数据来表示光谱功率测量结果。示WIJ: 一二间隔1nrn:400 ,401 ,402 ,403 ,404 ,. 一一间隔5nrn :400 ,405 ,410 ,415 ,420 ,. 一间隔10nrn:400 ,410 ,420 ,430 ,440 ,. 注:通常采用简单的算法来进行带间的功率修正，尽管这可能会增大测量的不确定度。某些商用系统
23、可以自动执行修正过程。对于包括白光光源在内的大多数应用场合，5nm的带宽和波长间隔可提供足够的分辨率。可用图像来表示光谱功率的测量结果，见附录E。元论采用何种表示形式，应采用适宜的SI单位来表示测量结果以保持统一。GB/T 28208-20门附录A(资料性附录)本标准与CIE105-1993的章节编号对照情况本标准与CIE105-1993相比在结构上有较多调整，具体章条编号对照情况见表A.10表A.1本标准与CIE105一1993的章条编号对照情况表本标准章条编号对应的CIE105-1993章条编号引言1. 1，去掉了原文关于CIE63和设备要求的描述范围Summary和1.1的部分2 6 3
24、 1. 3 4 2.3 5. 1. 1 2.1的悬空段部分5. 1. 2-5. 1. 5 2. 1. 1-2. 1. 4的部分5.2 2.2 6 3 7 4的部分附录A附录B附录C1. 2 附录D2.1.3的部分附录E4的部分附录F5 7 GB/T 28208-2011 附录B(资料性附录)本标准与CIE105一1993的技术性差异及其原因表B.1给出了本标准与CIE105-1993的技术性差异及其原因。表B.1本标准与CIE105-1993的技术性差异及其原因本标准章节编号技术性差异原因3.1 将原定义同时产生多单色通道的光学器件使表达更加确切易懂修改为现有定义增加z脉冲光源的辐射持续时间非
25、常短暂，使4 用多色仪系统的阵列型光谱辐射计适合于脉冲使标准更加让容易理解光辐射源的光谱辐射测量，详见附录C5. 1. 1 改变了图1中的光源表示方法使光源的表示方法更加通用删除:14-位高分辨率的转换器转换时间相对较所述内容已经过时，现有技术已有大幅l5. 1. 5. 3 长(大约10s)，而8-位低分辨率的转换器转换时间小于1s提升删除z但通常在1: 10 (40 dB)的水平。产生光电流的PIN硅光电二极管的动态范围能高达5.2.2 1 : 106 (60 dB)。工作在放电模式(光电流时间积所述内容已经过时，现有技术已有大幅分)的集成型阵列探测器的典型动态范围为提升1 : 103 (3
26、0 dB) 0 A/D转换器的动态范围(分辨率)的典型值为8位14位(24dB42 dB) 删除:但对于LED等彩色光源，宜采用如1nm 最近的国际研究表明5nm已经足够7 等更窄的带宽(参见CIE127-2007) 附录E将图E.1和图E.2中的光谱改为典型白光元论现在还是未来，脉冲LED的测量应LED的光谱用将更为广泛附录F将测量光源从缸气闪光灯改为脉冲LED无论现在还是未来，脉冲LED的测量应用将更为广泛8 GB/T 28208-2011 附录C(资料性附录)脉冲光源对测量系统的要求C.1 概述脉冲光源的辐射持续时间非常短暂，因此需要采用特殊设备，并需要合理使用。C.2 单色仪系统使用单
27、色仪系统时，需要用逐个波长的方法来测量脉冲光源。通常情况下，脉冲光源的辐射输出变化非常快速，可在数十毫秒甚至更短的时间内从0%增加到100%，而在这么短的时间内，单色仪系统只能扫描极窄的光谱范围。单色仪系统在单个脉冲中一般只获取某个设定波长的辐射度参数(如光谱辐亮度和辐照度)。在使用单色仪系统时，必须使脉冲光源重复工作，在所需测量的光谱范围内，通过一系列离散的波长设置，逐个披长进行测量以获取脉冲光辐射源完整的光谱功率分布。使用单色仪系统测量脉冲光源要求光探测器系统的长期稳定性良好，并且脉冲光源的脉冲与脉冲之间的短期和长期变化可以忽略。虽然通过仔细挑选，现代光探测系统能做到非常稳定，但目前大多数
28、用于研究和工业中的脉冲光源的稳定性并不好，即使使用高精度供电电源，光源脉冲与脉冲之间的短期变化最好地仅能达到1%左右，长期变化会达到几个百分点，而商用脉冲光源，如照相机电子闪光单元，短期闪光间的变化能在几个百分点，长期变化相应更大。因此推荐使用一个稳定的监视探测器，用以检查和补偿脉冲与脉冲之间的辐射输出变化。监视探测器的光谱响应度最好与测量仪器的光谱响应度相匹配。然而，如果连续闪光的相对光谱功率分布发生变化，则监视探测器是无法补偿输出变化的。C.3 多色仪系统如果要使脉冲辐射光源的测量不确定度小于几个百分点，就必须同时测量整个波段范围。实现上述测量，需要使用多色仪系统，也称为阵列型光谱辐射计，
29、由多色仪、阵列探测器和与之匹配的数据获取系统组成。测量脉冲光源的瞬态光谱特性时，多色仪系统中的阵列探测器必须具备快速频率响应(响应时间短)以跟上辐射强度的快速变化。但如果只测量时间积分的光谱能量分布，而且阵列探测器的输出又正比于入射到探测器上的辐射功率对时间的积分，上述频率响应要求就不必严格满足。9 GB/T 28208-2011 D.1 离散型阵列探测器附录D(资料性附录)阵列探测器离散型由多个独立的感光元件形成阵列排布，感光元件(像素)的数量相对较少，但尺寸相对较大，可同时处理每一个感光元件的输出信号。平面型PIN硅光电二极管具有很高的频率响应和良好的线性，最适合用于离散型阵列探测器。D.
30、2 集成型阵列探测器集成型阵列探测器将一个固态感光元件(光电二极管)和一个扫描结构结合到一个完整的封装中。扫描结构存在多种类型自扫描、电荷藕合器件CCCD)等。扫描结构均采用电荷存储原理以提高灵敏度，但各不同类型使用其特有方式来探测和读取信息。自扫描集成型探测器使用光电二极管收集电荷，利用数字移位寄存器顺次访问二极管。这种设置具有量子效率高、动态范围宽、暗电流低且设计灵活的特点。电荷藕合集成型阵列使用场致光电探测器收集电荷，以及采用模拟移位寄存器。其瞬态噪声和固定模式下的噪声非常低，但动态范围和光谱纯度不如自扫描探测器好。应当注意，因为积分时间通常较长，典型值为几十个微秒(尽管某些特制的探测器
31、积分时间较短)，所以此类探测器不是非常适合时间分解测量。对于测量重复性脉冲辐射，推荐使用门控的集成型阵列探测器。D.3 阵列探测器示意图图D.l和图D.2为离散型和集成型阵列探测器的原理图。3|77 口口口口时口旦J卢口口口109 mrn 由82个PIN硅光电二极管组成的探测器阵列结构图图D.1定制离散型阵到探测器的示意图10 GB/T 28208-20门A:27 mm40 mm; B:2Sm像素数量，3.2mm(l28像素)25.6 mm(l 024像素)。| 广了|一忖气古_I EE田.N王Si02 王三二YN Si PL11 集成型阵列灵敏面放大图商用集成型阵列探测器的示意图图D.2GB
32、/T 28208-20门附录(资料性附录)测量结果的图像表示E 与一系列的表格相比，图像具有更易吸收大量信息的优点。对于时间分解光谱，图像表示尤其有用。测量结果可建立成三维显示图(如图E.l)，或表示成与一连串不同时刻的对应的一系列二维曲线(如图E.2)。相对辐照度脉冲辐射光源的瞬态光谱特性的三维表征图E.l时间:5ms 时间:10 ms 时间:15 ms 时间:20ms 波长范围:380 om 780 nm 带宽:2.5nm 波长间隔:10m 相对辐照度800 单次脉冲在不同时刻的相对光谱辐照度分布700 600 波长10m500 400 圄E.212 GB/T 28208-2011 附录F
33、(资料性附录)脉冲LED光源的实测方法F. 1 测量原理F. 1. 1 概述以下给出一种可实测在脉冲下工作的LED的光谱辐射能量的方法。本方法仅作为指导和对现有技术水平的举例，并不阻碍其他方法的发展和使用以及采用改进的技术和仪器。本方法使用带CCD且在输入光学系统中使用积分球的多色仪。积分球的输入端口即为整个光谱辐射计系统的测量输入端口。至少包括以下步骤zu 可溯源的标准光源的测量(定标hb) 待测(样品)光源的测量;c) 可溯源的标准光源的重复测量;d) 对步骤a)、b)和c)的校零测量。注:目前高精度光谱辐射计由于零位稳定，测量复现性好，上述步骤c)和d)可以省去。F. 1. 2 使用非脉
34、冲标准灯作为参考因为目前商用标准光源只有在连续模式下(即非脉冲)点亮的鸽丝灯，所以当进行绝对测量时，需要补偿标准光源的连续特征与待测光源(样品光源)的脉冲特性之间的差异。在光谱辐射计的测量端口，标准光源提供了已知的光谱辐射照度(测量单位W.m-2 nm-I)，而脉冲LED光源产生一个脉冲的光谱辐射曝光量(剧量单位J m - 2 nm -1 )。绝对测量要求解决单位之间的差异。然而，当阵列探测器/数据获取系统的积分时间是已知常量时，这就是一个简单的问题。标准光源产生的光谱辐射曝光量H(单位J.m-2.nm-l)由式(F.l)给山H=E t 式中:EI.一一标准源产生的光谱辐射照度，单位为瓦每平方
35、米纳米(W.m-2 nm-I); t 一一测量积分时间，单位为秒(s. ( F. 1 ) 在采用多色仪和阵列探测器的系统中，测量积分时间就是信号被积分的有效时间。通过某些单元，用户能够自己设置积分时间。在上述情况下，标准光源和样品光源的测量积分时间不需要完全相同，但它们必须是已知的。有些情况下，积分时间最好是可调的(见F.1. 3)。F. 1. 3 辐射度分辨率的最大化在开始实际测量前，可以在光谱区间的某些点上增大信号直至仪器可获得最大可用信号，以使辐射度分辨率最大。操作者控制信号水平的X方法有多种，但是必须小心，以免使测量系统饱和。在这一点上，连续标准光源和脉冲样品光源可以区别对待，取决于具
36、体测量仪器。表F.l给出了对两种不同类型的光源进行信号优化时可用的参数。13 GB/T 28208-2011 表F.1 控制信号水平的选项参数连续标准光源否是是是是a光源的输入功率改变，则光谱功率分布一定会改变。b距离和照度之间的关系已知。F. 1. 3. 1 连续标准光源是否适用是，但两者必须相同脉冲光源否是是否是因为标准光源是在指定电流下标定的，所以不能通过调节光源功率来改变测量信号。光源和测量面之间的距离能够调整，但就绝对测量而言，必须已知距离和照度之间的关系，光源距离应足够远满足距离平方反比关系。积分球输入端口的尺寸可以有限度的调整，从而增大或减小信号。使用已经测定的一组光阑，或者易测
37、量、重复性高、可调节的机械装置，就能够在测量样品或标准光源时选择不同的有效端口尺寸。可以改变多色仪的狭缝来调节信号，但是一旦改变，测量标准光源和样品光源的狭缝必须保持相同。如果积分时间可调，在其他参数已经设定的情况下，应设置足够长的积分时间，在探测器系统不饱和情况下尽可能产生最大信号。测量(扫描)的次数通常是改善信噪比的一个附加可用参数。使用该参数时，可采用累加器对多次扫描的信号进行求和，但必须注意设置扫描的最大次数，以免超出累加器的最大容量。F. 1. 3. 2 脉冲采样光源不能通过调节脉冲光源的能量来改变测量信号，因为任何改变都有可能影响光谱分布。对于绝对测量，除非照度和距离之间的关系已知
38、，即光源服从平方反比关系，否则光源必须在被使用的距离上测量。调节积分球输入端口的面积是一个有效控制信号水平的方法，尤其是对标准光源和样品光源能够使用不同光阑尺寸。积分球效率对光阑尺寸的依赖关系必须在一个独立的步骤中确定。单脉冲下不能使用积分时间控制信号水平。为了获取典型测量，积分时间必须比脉冲持续时间更长。大多数仪器提供的几十毫秒或以上的积分时间，能够满足对大多数脉冲光源的测量需求。当光源产生重复相同的脉冲时，测量多个脉冲能够提高信噪比。然而，为了包含多个脉冲，积分时间将显著增大，背景零信号水平可能会相应地增大，这可能导致在信噪比上仅获得很小的增益，而辐射度分辨率降低，如果脉冲电源再次充电需要
39、很长时间，上述情况将尤为明显。上述问题可以通过使用累加器对多次独立扫描所得信号求和的方式来避免。使用该方法在调整各种参数时保证以下两点很重要:(1)单次积分的信号处于饱和水平以下;(2)多个离散测量的累加信号处于累加器的容量之内时。14 G/T 28208-20门F.2 测量步骤首先测量标准光源，通常是鸽丝灯，完成系统定标。标准光源应放置在距测量端口的指定距离上，从而产生已知的光谱辐照度，同时调整测量条件，在不饱和情况下产生最大信号。如上所述，积分球端口尺寸和积分时间是最基本的控制参数。在上述条件下记录标准光源的数据。因为标准光源经常使用，最佳使用条件通常是已知的，不需要多次测量。接着推荐在标
40、准光源和测量端口之间大约一半处设置不透光的、黑色的挡板。挡板恰好足够大，正好挡住光源到测量端口的直射光。当没有光到达测量端口(除了永远存在的杂散光)时，称为标准零条件。将光源点亮到标准亮度时，在与测量标准光源本身相同的条件下(除了存在挡板)，记录此标准零数据。接下来，将待测样品光源，本例中为脉冲LED光源放置在测量端口的前面，并进行单次脉冲测量，用以优化灯到端口的距离和端口尺寸，即调节上述参数，在不致探测器饱和的情况下使信号最大化。将脉冲LED光源的多次脉冲的结合测量对提高信噪比可能有效。最合适的条件建立好后，就可以记录样品光源的数据。同上，再次在光源和测量端口的一半处设置挡板，满足样品零条件
41、测量。如果样品光源的大小或形状与标准光源存在显著差异，可能要用到物理上不同大小或形状的挡板，目的同样，是正好挡住光源到测量端口的直射光。在与样品测量本身相同的条件下，包括在积分时间内光源发射的脉冲次数和功率等，唯一的区别是两次测量中挡板是否存在，记录样品零数据。紧接着上述测量过程，在测量程序的最后重复标准光源测量和标准零测量，结果用以确定测量系统可能存在的漂移，必要时进行补偿。计算结果时采用的标准光源数据应该是初次测量和最终测量的平均值。F.3 结果的计算方法以上六次测量结合起来可以给出任意单位或相关单位的相对光谱能量分布;或在测量距离下样品光源单次脉冲的绝对光谱辐射曝光量分布，单位为J m-
42、2 nm-I 0 F. 3.1 相对光谱能量分布样品光源脉冲的相对光谱能量分布可由式CF.2)得到:X. =k 四-x时，蝠，=k .sa. .sau. E s川Xst一-x，曲.1.式中zX. 样本光源脉冲的相对光谱能量分布;Est 一一一标准光源的光谱辐照度(此情况下相对值就足够了); x. 一一样品光源的测量响应值;x . o. 一一样品光源测得的零值;Z叫一一标准光源的测量响应值;Xs曲，一一标准光源测得的零值;k一将相对光谱能量值归一化到任意给定水平的常数;Z叫-XstO.一一-采用初始和最终定标测量的平均值。 C F.2 ) 15 GB/T 28208-2011 F.3.2 绝对光
43、谱能量分布样本光源脉冲的绝对光谱能量的测量，需要知道:a) 标准光源在测量平面上产生的辐照度的绝对水平;b) 标准测量采用的积分时间;c) 标准测量和样本测量时积分球入射端口的面积，以及所用两端口在积分球效率上的最终差异;d) 使用累加器时的累计扫描次数，和/C或)单次积分内的脉冲光源的独立闪光次数。单次LED脉冲的绝对光谱能量分布可由式CF.3)得出:H._l=XsaO，)，. Ast. nst t st 回=.sa. .sau ,. .51. st .5t. Es川CF.3 ) Xst.). -XS曲，.t1皿n咀式中zH，川一一样品光源的单次脉冲产生的绝对光谱辐射曝光量;E叫一一标准光源
44、产生的绝对光谱照度;Z血，1.一一样品光源的测量响应值;Z时，一一样品光源测得的零值;Z叫一一标准光源的测量响应值;Xs川一一标准光源测得的零值EA回样品光源测量所用人射端口的面积;A 标准光源测量所用入射端口的面积; 一一单次测量内样品光源的脉冲的总次数pn 一一标准光源的累计扫描的次数;t 一一标准光源测量使用的以秒计的积分时间FZ叫-x，一一采用初始和最终定标测量的平均值。16 -FON|ONNH阁。华人民共和国家标准脉冲光辐射源光谱辐射测量方法GB/T 28208-2011 国白晤中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X 1230 1/16 印张1.5字数35千字2012年6月第一版2012年6月第一次印刷* 24.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价书号:155066. 1-44953 打印H期:2012年7月31日F002
