光谱产品,精益求精


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包括近红外光谱仪系列产品、光源和激光器、光纤和探头、光路配件等光谱测量全系列产品

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光纤型光谱仪
带壳体光纤型近红外光谱仪
光纤型近红外光谱仪尺寸图
水质检测光纤光谱仪

SPEC-CDS350W是谱研互联针对水质检测领域开发的一款高信噪比光纤光谱仪,采用先进的模拟电路滤波技术,整体信噪比得到进一步提升。对于日本滨松的2048像素CMOS探测器做了紫外增强镀膜,同时在光学镜片组上普遍采用了紫外增强和均衡镀膜工艺,并选用了进口的高品质UV光栅,明显提升了紫外波段的响应灵敏度,同时做了消二级衍射处理,对于气体、水质、液相等对紫外敏感的应用领域极为实用。

本产品默认配置为190-840nm,25μm狭缝,600lines/mm光栅,闪耀波长为300nm,光学分辨率约为0.8nm。最短积分时间为60us,可配合氙灯做超快频触发。其他波段可按需定制。

一、产品特点

  • 紫外增强,高灵敏度。从探测器到主要镜片组,均做了紫外增强镀膜,明显提升了紫外响应灵敏度。
  • 模拟滤波,噪声更小。对电路噪声做了精细反馈和滤波控制处理,电路板自带噪声几乎为零。
  • 高速电路,高频触发。最短积分时间为60us,可配合氙灯做超快频触发。
  • 免费软件,反馈升级。倾听用户反馈,持续升级软件,免费开放给客户使用。
  • 二次开发,全面适配。支持Windows(C++、C#、Labview、Matlab、Qt)、Linux、Keil单片机等各种开发平台和语言。

二、应用场景

        光纤型近红外光谱模块或光谱仪,主要结合光纤搭建透射或反射光路,用于接收获取近红外光谱。该型号无内置光源,需要外接光源,可根据实际应用场景需求,搭建各类光路。

  • 比色皿支架光路。测量比色皿溶液的透射率或吸光度,对应于国标中的分光光度法。
  • 浸入式探头光路。把探头投掷到溶液中,让溶液充满测量口,测量透射率或吸光度。
  • 固体透射光路。测量表面平整的镜片镀膜、塑料、油墨孔等光谱透过率分布。
  • 反射探头或反射积分球光路。测量物体表面光谱反射率分布,如膜厚、颜色、成分等检测。
  • 积分球光路。测量光源波长分布、半高宽、颜色坐标、光功率等。

三、技术参数

项目 参数 描述
产品型号 SPEC-CDS350W 水质高性能光纤光谱仪
波长范围 200-1100nm 现货默认波长范围,其他范围需定制
光学分辨率 Typ. 0.8nm 常用峰值波长半高宽表示
波长精度 Typ.±0.1 nm 测量峰值与校准样品峰值的波长偏差
信噪比 500:1 满量程相对强度值与系统电子噪声波动值的比值
狭缝尺寸 25μm 光谱仪入光口狭缝,影响灵敏度和分辨率
探测器 日本滨松S11639-2048 高灵敏度2048像素探测器
模数转换 16位ADC 数值范围0-65535
光学接口 SMA905 光纤光谱仪行业通用接口
通讯接口 TypeC、RS232 支持TypeC型USB通信,接口更稳固
工作功率 1.5W 5V,Max500mA
工作温度 -20~60℃ 高低温箱非极限测试
尺寸 100*65*33mm 有方便固定的螺丝孔位
重量 305g 净重

四、原理介绍

4.1 光纤光谱仪组成原理

        光纤光谱仪常用Czerny-Turner结构,入射光经狭缝后,经过镜片组后照射到光栅,光栅分光后,不同波长打在线阵探测器的不同像素上,再进行ADC转换解析成光谱曲线。内部工作原理图如下:

光谱仪内部光路原理

        1. 入射光接口。将光纤连接到光谱仪,与入口狭缝精确对准。 具有良好的位置重复性和机械强度,作为通用光学连接器,它支持8μm至2000μm的光纤直径。

        2. 狭缝。主要作用是限制进入光谱仪的光的量。光谱仪厂家一般提供多种狭缝可选,常用宽度从10μm-200μm不等。狭缝宽度在确定光谱仪分辨率和灵敏度方面至关重要,通常是狭缝越宽灵敏度越高,但光学分辨率就越小。

        3. 长通滤光片。入射口滤光一般用于过滤短波波段,当光谱仪未加消阶衍射滤光片时,可起到消阶作用。对于特定应用场景,有时为了均匀光谱曲线,也会换成特定分布的滤光片。

        4. 凹面反射镜。约束发散光,增加光程。

        5. 光栅。光谱仪最核心部件之一,用于把入射的复合光分成不同波长并反射。常用光栅有平面、凹面和全息光栅。光栅的线数越多,即单位面积刻线越密,光学分辨率就越高,但覆盖的波长范围就越窄。

        6. 凹面反射镜。约束发散光,增加光程。

        7. 消阶衍射滤光片。光栅分光后,会产生多阶光谱带,光谱仪使用一阶光谱带,但二阶或以上的高阶光谱带常会与一阶光谱带有重叠区域,如一个需要测200-800nm透射率的场景,光源发出的200-400nm的光,对应的二阶衍射光会落在400-800nm,与光源原本400-800nm的一阶光有重叠,此时必须把二阶以上的光谱带消除,才能得到正确的光谱,因此当一个光谱仪需要使用宽光谱时,就需要在探测器前加消阶衍射滤光片。

        8. 柱面镜。用于把光聚焦到探测器上,增强灵敏度。

        9. 线阵或面阵CCD探测器。光谱仪最核心部件之一,各像素一次接收不同波长的光,通过ADC转为数字量,再由软件构建成完整的光谱曲线。光谱仪的级别和价格大多是以探测器为依据。探测器最常用的是日本滨松的系列型号,也有少部分用日本索尼和日本东芝的某型号。

        综上可知,光纤光谱仪的设计目的,就是把原本入射的复合光,分成不同波长的光,用探测器读出并显示成按波长分布的曲线,因此可以通过光纤光谱仪来对入射光的成分分布做分析。

五、光纤光谱仪选型

5.1 光纤光谱仪选型依据

        在光谱仪选型时,首先需要考虑的是波长范围,但并非波长范围越宽越好,还需要考虑分辨率和灵敏度。光栅和狭缝尺寸对分辨率和灵敏度有显著影响,其基本规律可以做如下总结:

        1. 光栅线数越高,光学分辨率则越高,但可覆盖的波长跨度就越短。

        2. 狭缝尺寸越大,灵敏度就越高,但光学分辨率就越低。

        3. 波长范围越宽,相对光学分辨率就越低。

        然而,分辨率和覆盖范围是此消彼长的关系,不能想着200-1100nm范围,还想有0.5nm的分辨率,同时还想要50μm狭缝的灵敏度。比如同为50μm狭缝的条件下,1200线光栅,光学分辨率约0.5nm,但覆盖跨度为320nm,对于300-600nm可用,但对于300-800nm就不够了。而600线光栅,光学分辨率约1.2nm,覆盖跨度为520nm,对于300-800nm就够用了。

        那么怎么知道什么场景选择什么样的配置呢?回答这个问题,一般从分辨率和灵敏度两个来评估,进而可得出配置怎样的光栅和狭缝。

        对于分辨率,有个简单的衡量指标,即应用场景测得的光谱图是否有明显很细的线状尖峰。如果有线状尖峰,就需要高分辨率;如果是平滑的峰,就不需要高分辨率。比如测的是LED灯,或者是有机物的透射率或反射率,这类基本都是平滑的峰,对分辨率要求不高,5-20nm的分辨率一般就可以满足需求。但如果测的是原子谱,比如汞原子、金属原子、等离子体等场景,就需要高分辨率。如果需要测激光器的半高宽,也需要高分辨率。

        对于灵敏度,需要考虑能进入光谱仪入射口的光的强弱。光谱仪的响应一般是μw级别,属于很高灵敏度的设备。但有些场景,如需要搭配积分球测透射率或反射率,或需要用积分球接收的光源,如光致发光的量子产率,因为积分球的衰减倍率非常高,导致对光谱仪的灵敏度要求也更高。

5.2 光学分辨率选型

        如6.1所述,对于同一光路和探测器的光谱仪,决定光学分辨率的参数是光栅线数和狭缝尺寸,下面给出常用配置的分辨率选型表。

光纤光谱仪分辨率常用配置选型表

波长范围(nm) 光栅线数(lines/mm) 狭缝尺寸(μm) 光学分辨率(nm) 应用场景
190-380 1200 50 0.5 烟气、离子、蛋白定量分析
190-800 600 50 0.8 水质分析
350-800 600 50 0.8 LED亮度、面板、颜色测量、液体颜色
780-1100 1200 50 0.5 拉曼、光传感
200-1100nm 300 50 2.2 常规反射透射测量
在选型光谱仪时,切忌盲目追求光学分辨率,否则会牺牲波长范围和灵敏度,分辨率只要场景够用即可。光纤光谱仪应用场景非常多,有些侧重波长范围,有些侧重灵敏度,而有些侧重分辨率。对于非专业用户,最好在购买时和厂家的销售或技术人员先做沟通。