CN105910705B - 用于紫外光谱仪的校准光源、方法和校准光源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于紫外光谱仪的校准光源、方法和校准光源，解决现有紫外光谱仪的校准光源存在的不稳定和效率低的技术问题。包括金属壳体、恒温模块和紫外LED阵列；紫外LED阵列封装在恒温模块表面；金属壳体上设置有透射紫外光窗口；紫外LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的紫外LED；多个紫外LED的光谱可叠加为连续光谱。校准时，采用全段校准和分段校准结合的方式，在校准波段范围内，使用待校准的紫外光谱仪针对校准波点测量校准光源的波点波长、辐射能量等并执行校准。基于紫外LED的高稳定性、高纯度和在秒级可达到稳定输出的特点，该校准光源输出稳定且校准效率提高。
Description
技术领域
本发明属于紫外光谱辐射测量技术领域，具体地说，是涉及一种用于紫外光谱仪的校准光源、方法和校准光源。
背景技术
紫外光谱仪，是利用紫外光谱法工作的仪器，多用于紫外LED等光学产品的出厂前光电性能测试，其准确度决定着被测量的紫外LED的品质。
但紫外光谱仪要保持其准确度需要经常使用校准光源进行校准，因为紫外光谱仪在不同的环境温度和湿度条件下存在一定的偏差，而且层经过长时间的照射，内壁涂层反射率会发生变化。目前的校准光源多采用氘灯和低压汞灯作为标定光源。其中，低压汞灯作为一个非连续光谱光源，其主要特征波长只有253.7纳米，其他波段没有紫外能量，因此只适合作为波长标定光源。
氘灯在200纳米到400纳米的连续光谱中，峰值波长的误差比较大，不适合作为波长标定光源，可以作为辐射能量标定光源；但其寿命不足1000小时，还需要点亮5分钟才能达到稳定输出的状态，导致有效工作寿命很低，存在不稳定和效率低的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种用于紫外光谱仪的校准光源、方法和校准光源，解决现有紫外光谱仪的校准光源存在的不稳定和效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种用于紫外光谱仪的校准光源，包括金属壳体、恒温模块和紫外LED阵列；所述紫外LED阵列封装在所述恒温模块表面；所述金属壳体上设置有透射紫外光窗口；其中，所述紫外LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的紫外LED；且，多个紫外LED的光谱可叠加为连续光谱。
进一步的，每个紫外LED的峰值波长均介于200nm至400nm之间。
进一步的，所述紫外LED阵列中，每两颗相邻峰值波长的紫外LED的光谱叠加后的强度在波谷位置不低于两个相邻峰值波长对应强度平均值的5%。
进一步的，所述紫外LED阵列为两组；且，两组紫外LED阵列中，一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长与另一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长相互交叉排布。
进一步的，所述两组紫外LED阵列的光谱中，光谱曲线交点位置的强度需大于任一峰值波长强度的30%。
进一步的，所述金属壳体内还设置有低压汞灯。
进一步的，所述金属壳体内部空间填充有惰性气体、干燥空气或氮气。
提出一种用于紫外光谱仪的校准方法，使用上述用于紫外光谱仪的校准光源进行校准，包括如下步骤：开启所述用于紫外光谱仪的校准光源，以使得所述紫外LED阵列在所述恒温模块加热后稳定在标称温度；测量所述紫外LED阵列中每颗紫外LED的辐射能量以及所有紫外LED的辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准；测量所述紫外LED阵列中每颗紫外LED的峰值波长和/或半波宽，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行标准。
进一步的，在开启所述用于紫外光谱仪的校准光源之后，所述方法还包括：测量所述紫外LED阵列中设定波长段内每个波长LED对应的辐射能量和辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准；测量所述紫外LED阵列中所述设定波长段内每点的波长，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准。
还提出一种校准光源，包括金属壳体、恒温模块和全波段LED阵列；所述全波段LED阵列封装在所述恒温模块表面；所述金属壳体上设置有透射全波段光窗口；其中，所述全波段LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的LED芯片；且，多个LED芯片的光谱可叠加为全波段连续光谱。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的用于紫外光谱仪的校准光源、方法和校准光源中，采用紫外LED构成紫外LED阵列，该LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的紫外LED，且多个紫外LED的光谱可叠加为连续光谱，从而形成为校准光源；紫外LED是一类稳定高效的固体光源，光谱的纯度好，开关反应速度快，秒级可达稳定输出状态，且寿命长、性能稳定，而紫外LED芯片的寿命更长，稳定度更好，因此其组成的校准光源也具备性能稳定和输出高效的技术效果，仅在数秒内即可达到稳定状态，使得校准过程短而有效，有利于生产企业提高生产效率；而恒温模块的作用能使光源在开机后迅速稳定在标称温度下，进一步保证了校准光源的高效和稳定性，从而解决了现有校准光源存在的不稳定和效率低的技术问题。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1 为本申请实施例提出的用于紫外光谱仪的校准光源的俯视结构图；
图2为本申请实施例提出的用于紫外光谱仪的校准光源的剖视图；
图3为本申请实施例提出的用于紫外光谱仪的校准光源的光谱曲线图；
图4为本申请实施例提出的用于紫外光谱仪的校准方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
如图1和图2所示，本申请提出的用于紫外光谱仪的校准光源，包括金属壳体11、恒温模块12和紫外LED阵列。
紫外LED阵列封装在恒温模块12表面；金属壳体11上设置有透射紫外光窗口13；透射紫外光窗口13与金属壳体11之间、金属壳体11与恒温模块13之间均采用无机金属焊接；金属壳体11内部空间或为真空，或者填充有例如惰性气体、氮气、干燥空气等的气体。
紫外LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的紫外LED14；且，多个紫外LED14的光谱可如图3中曲线1所示的叠加为连续光谱。
紫外LED是一类稳定高效的固体光源，光谱的纯度好，开关反应速度快，秒级可达稳定输出状态，且寿命长、性能稳定，而紫外LED芯片的寿命更长，稳定度更好，因此其组成的校准光源也具备性能稳定和输出高效的技术效果，仅在数秒内即可达到稳定状态，使得校准过程短而有效，有利于生产企业提高生产效率；而恒温模块的作用能使光源在开机后迅速稳定在标称温度下，进一步保证了校准光源的高效和稳定性，从而解决了现有校准光源存在的不稳定和效率低的技术问题。
本申请实施例中，每个紫外LED的峰值波长均介于200nm至400nm之间，主要是针对200纳米到400纳米的紫外光谱仪校准标定。当然，也可以根据实际测量需求界定紫外LED的峰值波长范围，本申请实施例不予限制。
为保证测量精度，降低噪声的影响，在紫外LED阵列中，如图3的A点所示，每两颗相邻峰值波长的紫外LED的光谱叠加后的强度不低于两个相邻峰值波长对应强度均值的5%。
为提高测量精度和准确度，还可以采取在恒温模块上封装两组或更多组紫外LED阵列。如图3所示，为两组紫外LED阵列组成校准光源的光谱曲线图，包括曲线1和曲线2，这两组紫外LED阵列中，一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长与另一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长相互交叉排布；例如，1组的紫外LED阵列中排布峰值波长为200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm和400nm等11个按照20nm间隔递增排列的紫外LED，2组的紫外LED阵列中排布峰值波长为210nm、230nm、250nm、270nm、290nm、310nm、330nm、350nm、370nm和390nm等10个按照20nm间隔递增排列的紫外LED。此时，在两组紫外LED阵列的光谱中，曲线1和曲线2光谱曲线交点位置的强度大于任一峰值波长强度的30%，能提高测量的准确度；而峰值波长间隔越小，也即紫外LED颗数越多，测量精度也就越高。
本申请实施例中提出的用于紫外光谱仪的校准光源中，如图1和图2所示，还包括低压汞灯15，该低压汞灯15设置在金属壳体内，例如图中所示的呈环形排布的紫外LED阵列中心点位置。当然，本申请实施例提出的校准光源还包括必要的电路以及电信号接口，本申请实施例不予详述。
基于上述提出的用于紫外光谱仪的校准光源，本申请还提出一种用该校准光源来校准紫外光谱仪的校准方法，如图4所示，包括如下步骤：
步骤S41：开启用于紫外光谱仪的校准光源，以使得紫外LED阵列在恒温模块加热后稳定在标称温度。
这里的标称温度为设定值。当紫外LED阵列为一组时，开启校准光源也即开启了紫外LED阵列和恒温模块；当紫外LED阵列为两组时，可以在开启校准光源之后，先启动一组紫外LED阵列，在进行了后续校准后再开启第二组重复校准步骤，或者同时开启两组紫外LED阵列均可，本申请实施例不予限制。
步骤S42：测量紫外LED阵列中每颗紫外LED的辐射能量以及所有紫外LED的辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准。
这里的标称值为统称，对于测量波段范围内，例如200nm至400nm，每个波长点都对应有辐射能量标称值，所有波长点对应辐射能量的总和为总辐射能量标称值。
而在该全紫外波段范围内，为了简化测量步骤，可以仅测量紫外LED阵列中每颗紫外LED的辐射能量和所有紫外LED的总辐射能量。
校准时，使用紫外光谱仪测量该校准光源，针对每颗紫外LED测量辐射能量，以及测量所有紫外LED的总辐射能量，并分别将测量值与已有的标称值作对比，若存在测量值与标称值的误差大于规定阈值的情况，则根据现有方案针对误差点执行校准，以保证后续使用其测量紫外产品时的测量准确度。例如，若测量峰值波长为200nm的紫外LED的辐射能量与其标称值的误差大于规定阈值，则需要针对200nm峰值波长的辐射能量执行校准。
步骤S43：测量紫外LED阵列中每颗紫外LED的峰值波长和/或半波宽，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行标准。
同步骤S42，这里的标称值也为统称，对于测量波段范围内，例如200nm至400nm，每颗紫外LED的光谱都对应有峰值波长标称值，每颗紫外LED的光谱都对应有半波宽标称值。
校准时，在该全紫外波段范围内，使用紫外光谱仪测量该校准光源中的紫外LED阵列，针对每颗紫外LED测量其波长峰值和半波宽，并分别将测量值与已有的标称值作对比，若存在测量值与标称值的误差大于规定的阈值情况，则根据现有方案针对误差点执行校准，以保证后续使用其测量紫外产品时的测量准确度。例如，若测量峰值波长为200nm的紫外LED的峰值波长为195nm，与标称值200nm的误差为5nm，大于阈值2nm，则需对200nm波长测量点进行校准。
以上为针对全段进行测量校准的步骤，但若在小波段范围内出现测试偏低以及偏高的情况，而偏低和偏高的情况正好在全紫外波段差不多抵消，则使用全段测量校准发现不了此类问题。
因此在步骤S41之后，相对于全段校准，还可以实施分段校准的步骤，分段校准的步骤如下：
步骤S51：测量紫外LED阵列中设定波长段内每点波长对应的辐射能量和辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准。
步骤S52：测量紫外LED阵列中设定波长段内每点波长对应的辐射能量和辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准。
同步骤S42和步骤S43，这里的标称值也为统称，对于分段测量的波段范围内，例如200nm至250nm，300nm至330nm等分段范围内，每点波长都对应有辐射能量标称值和波长标称值。
在300nm至330nm小波段范围内做校准时，使用紫外光谱仪测量该校准光源，针对300nm、301nm、302nm……、329nm和330nm等每个波点，测量每个波点的辐射能量和波长，并分别将测量值与已有的标称值作对比，若存在测量值与标称值的误差大于规定阈值的情况，则根据现有方案针对误差点执行校准，以保证后续使用其测量紫外产品时的测量准确度。
上述这种全段校准和分段校准相结合的方式可以有效发现避免由于某一波段微小变化造成的误差，提高校准的准确度。
上述，本申请实施例提出的用于紫外光谱仪的校准光源和校准方法中，使用紫外LED阵列组成校准光源，紫外芯片的发光功率稳定且比较接近，封装后测试每颗紫外LED峰值波长对应的辐射强度偏差在10%以内，能够保证其作为校准光源的稳定性和准确度；紫外LED采用无机封装，寿命大于3000小时，相比于氘灯，寿命大大提高，且紫外LED在秒级即可达到稳定输出，从而有效工作寿命也增长。金属壳体与恒温模块之间、透射紫外光窗口与金属壳体之间均采用无机金属焊接的方式，抗紫外老化密封性良好。全段校准结合分段校准的校准步骤，起到减小校准误差的效果。且，本申请提出的校准光源可以不仅仅作为校准光源，也可以用于其他类似的紫外光谱分析仪器。
参照上述提出的紫外光谱仪的校准光源的设计思路，本申请实施例还提出一种全波段光的校准光源，能够作为包括可见光和非可见光在内的全波段光谱的校准光源，具体的，包括金属壳体、恒温模块和全波段LED阵列；全波段LED阵列封装在恒温模块表面；金属壳体上设置有透射全波段光窗口；其中，全波段LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的LED芯片；且，多个LED芯片的光谱可叠加为全波段连续光谱。具体该校准光源的使用方法同紫外光谱仪的校准光源的使用方法相同，此处不予赘述。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.用于紫外光谱仪的校准光源，其特征在于，包括金属壳体、恒温模块和紫外LED阵列；
所述紫外LED阵列封装在所述恒温模块表面；所述金属壳体上设置有透射紫外光窗口；
其中，所述紫外LED阵列包含多个峰值波长按照设定纳米间隔递增排列的紫外LED；且，多个紫外LED的光谱可叠加为连续光谱;
所述紫外LED阵列为两组；且，两组紫外LED阵列中，一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长与另一组紫外LED阵列中所有紫外LED的峰值波长相互交叉排布;所述两组紫外LED阵列的光谱中，光谱曲线交点位置的强度需大于任一峰值波长强度的30%。
2.根据权利要求1所述的用于紫外光谱仪的校准光源，其特征在于，每个紫外LED的峰值波长均介于200nm至400nm之间。
3.根据权利要求1所述的用于紫外光谱仪的校准光源，其特征在于，所述金属壳体内还设置有低压汞灯。
4.根据权利要求1所述的用于紫外光谱仪的校准光源，其特征在于，所述金属壳体内部空间填充有惰性气体、干燥空气或氮气。
5.用于紫外光谱仪的校准方法，其特征在于，使用如权利要求1-4任一项权利要求所述的用于紫外光谱仪的校准光源进行校准，包括如下步骤：
开启所述用于紫外光谱仪的校准光源，以使得所述紫外LED阵列在所述恒温模块加热后稳定在标称温度；
测量所述紫外LED阵列中每颗紫外LED的辐射能量以及所有紫外LED的辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准；
测量所述紫外LED阵列中每颗紫外LED的峰值波长和/或半波宽，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行标准。
6.根据权利要求5所述的用于紫外光谱仪的校准方法，其特征在于，在开启所述用于紫外光谱仪的校准光源之后，所述方法还包括：
测量所述紫外LED阵列中设定波长段内每点波长对应的辐射能量和辐射总能量，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准；
测量所述紫外LED阵列中所述设定波长段内每点的波长，并在测量值与标称值误差大于阈值时执行校准。
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- 2016-06-08 CN CN201610409357.4A patent/CN105910705B/zh active Active
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