Spectrometrele cu fibră optică utilizează de obicei fibra optică ca cuplor de semnal, care va fi cuplată fotometric la spectrometru pentru analiza spectrală. Datorită confortului oferit de fibra optică, utilizatorii pot fi foarte flexibili în construirea unui sistem de achiziție a spectrului.
Avantajul spectrometrelor cu fibră optică este modularitatea și flexibilitatea sistemului de măsurare. Microspectrometru cu fibră opticăde la MUT din Germania este atât de rapid încât poate fi utilizat pentru analize online. Și datorită utilizării detectoarelor universale cu costuri reduse, costul spectrometrului este redus și, prin urmare, costul întregului sistem de măsurare este redus.
Configurația de bază a spectrometrului cu fibră optică constă dintr-o rețea de difracție (grilling), o fantă (fantă) și un detector. Parametrii acestor componente trebuie specificați la achiziționarea unui spectrometru. Performanța spectrometrului depinde de combinarea precisă și calibrarea acestor componente; după calibrarea spectrometrului cu fibră optică, în principiu, aceste accesorii nu pot suferi nicio modificare.
Introducere în funcție
grătar
Alegerea rețelei de spectrometrie depinde de intervalul spectral și de cerințele de rezoluție. Pentru spectrometrele cu fibră optică, intervalul spectral este de obicei între 200 nm și 2500 nm. Datorită cerinței de rezoluție relativ mare, este dificil să se obțină un interval spectral larg; În același timp, cu cât este mai mare cerința de rezoluție, cu atât fluxul luminos este mai mic. Pentru cerințele de rezoluție mai mică și interval spectral mai larg, rețeaua de 300 linii/mm este alegerea obișnuită. Dacă este necesară o rezoluție spectrală relativ mare, aceasta poate fi obținută prin alegerea unei rețele cu 3600 linii/mm sau prin alegerea unui detector cu o rezoluție mai mare a pixelilor.
fantă
O fantă mai îngustă poate îmbunătăți rezoluția, dar fluxul luminos este mai mic; Pe de altă parte, fantele mai largi pot crește sensibilitatea, dar în detrimentul rezoluției. În funcție de cerințele diferitelor aplicații, se selectează lățimea adecvată a fantei pentru a optimiza rezultatul general al testului.
sondă
Detectorul determină într-un fel rezoluția și sensibilitatea spectrometrului cu fibră optică. Regiunea sensibilă la lumină a detectorului este în principiu limitată, fiind împărțită în mai mulți pixeli mici pentru o rezoluție ridicată sau împărțită în pixeli mai puțini, dar mai mari, pentru o sensibilitate ridicată. În general, sensibilitatea detectorului CCD este mai bună, astfel încât se poate obține o rezoluție mai bună fără o oarecare sensibilitate. Datorită sensibilității ridicate și a zgomotului termic al detectorului InGaAs în infraroșu apropiat, raportul semnal-zgomot al sistemului poate fi îmbunătățit eficient prin intermediul refrigerării.
Filtru optic
Datorită efectului de difracție multietajată al spectrului în sine, interferența difracției multietajate poate fi redusă prin utilizarea filtrului. Spre deosebire de spectrometrele convenționale, spectrometrele cu fibră optică sunt acoperite cu un strat protector pe detector, iar această parte a funcției trebuie instalată din fabrică. În același timp, stratul protector are și funcție antireflexie și îmbunătățește raportul semnal-zgomot al sistemului.
Performanța spectrometrului este determinată în principal de intervalul spectral, rezoluția optică și sensibilitate. O modificare a unuia dintre acești parametri va afecta, de obicei, performanța celorlalți parametri.
Principala provocare a spectrometrului nu este de a maximiza toți parametrii în momentul fabricației, ci de a face ca indicatorii tehnici ai spectrometrului să îndeplinească cerințele de performanță pentru diferite aplicații în această selecție spațială tridimensională. Această strategie permite spectrometrului să satisfacă clienții pentru un randament maxim cu o investiție minimă. Dimensiunea cubului depinde de indicatorii tehnici pe care spectrometrul trebuie să îi atingă, iar dimensiunea sa este legată de complexitatea spectrometrului și de prețul produsului spectrometru. Produsele spectrometre ar trebui să îndeplinească pe deplin parametrii tehnici solicitați de clienți.
Gama spectrală
SpectrometreSpectrometrele cu un interval spectral mai mic oferă de obicei informații spectrale detaliate, în timp ce intervalele spectrale mari au un interval vizual mai larg. Prin urmare, intervalul spectral al spectrometrului este unul dintre parametrii importanți care trebuie specificați clar.
Factorii care afectează intervalul spectral sunt în principal rețeaua de difracție și detectorul, iar rețeaua și detectorul corespunzătoare sunt selectate în funcție de diferite cerințe.
sensibilitate
Vorbind despre sensibilitate, este important să se facă distincția între sensibilitatea în fotometrie (cea mai mică intensitate a semnalului pe care o are unspectrometrupoate detecta) și sensibilitatea în stoichiometrie (cea mai mică diferență de absorbție pe care o poate măsura un spectrometru).
a. Sensibilitate fotometrică
Pentru aplicații care necesită spectrometre de înaltă sensibilitate, cum ar fi fluorescența și Raman, recomandăm spectrometrele SEK cu fibră optică răcite termic, cu detectoare CCD bidimensionale de 1024 pixeli răcite termic, precum și lentile de condensare a detectoarelor, oglinzi aurii și fante largi (100 μm sau mai mari). Acest model poate utiliza timpi de integrare lungi (de la 7 milisecunde la 15 minute) pentru a îmbunătăți puterea semnalului și poate reduce zgomotul și îmbunătăți gama dinamică.
b. Sensibilitate stoichiometrică
Pentru a detecta două valori ale ratei de absorbție cu amplitudine foarte apropiată, este necesară nu doar sensibilitatea detectorului, ci și raportul semnal-zgomot. Detectorul cu cel mai mare raport semnal-zgomot este detectorul CCD cu matrice bidimensională de 1024 pixeli, refrigerat termoelectric, din spectrometrul SEK, cu un raport semnal-zgomot de 1000:1. Media imaginilor spectrale multiple poate, de asemenea, îmbunătăți raportul semnal-zgomot, iar creșterea numărului mediu va determina creșterea raportului semnal-zgomot la viteza rădăcinii pătrate; de exemplu, media de 100 de ori poate crește raportul semnal-zgomot de 10 ori, ajungând la 10.000:1.
Rezoluţie
Rezoluția optică este un parametru important pentru măsurarea capacității de divizare optică. Dacă aveți nevoie de o rezoluție optică foarte mare, vă recomandăm să alegeți o rețea de difracție cu 1200 linii/mm sau mai mult, împreună cu o fantă îngustă și un detector CCD de 2048 sau 3648 pixeli.
Data publicării: 27 iulie 2023