那些處理光譜和光測量設(shè)備的人有時想知道光譜儀、光譜輻射計、光譜儀和光度計之間有什么區(qū)別。了解差異對于特定應(yīng)用很重要，這樣資金就不會浪費在無法完成工作的錯誤設(shè)備上。在此技術(shù)說明中，解釋了差異并給出了每個類別的示例。然而，作為起點，應(yīng)該提到任何名稱中包含“光譜”的設(shè)備都將測量作為波長函數(shù)的參數(shù)。無論是光強度還是反射率或吸收率，它的值都是在一定范圍內(nèi)的每個波長上提供的。

以下是每種儀器的說明：

光譜儀

光譜儀將測量作為波長函數(shù)的光的相對強度。通常采用反射幾何結(jié)構(gòu)的衍射光柵用于將光分散到 CCD 相機上。每個像素將接收入射輻射的小帶寬。圖 1 顯示了幾何結(jié)構(gòu)：

圖 1：帶有衍射光柵和 CCD 相機的光譜儀

近年來，隨著數(shù)字光處理 (DLP) 技術(shù)的引入，出現(xiàn)了新型光譜儀。每次使用一組微鏡將一小部分光譜反射到單晶探測器上，然后逐段構(gòu)建完整光譜。圖 2 顯示了這種安排。

圖 2：采用 DLP 技術(shù)的光譜儀

與陣列檢測器相比，使用 DLP 技術(shù)的一個主要優(yōu)勢是單晶檢測器的成本，特別是在 NIR 區(qū)域，遠(yuǎn)低于 InGaAs 檢測器陣列，而 InGaAs 檢測器陣列可能非常昂貴 。DLP 反射鏡不會顯著增加儀器的價格。除了成本之外，DLP 的檢測器區(qū)域可以更大(幾毫米而不是幾十微米)，這可以提高信噪比 (SNR) 并減少由于缺陷像素和像素到像素不均勻性導(dǎo)致的掃描錯誤，因為只有使用單晶檢測器。

分光輻射計

光譜輻射計是一種具有光強校準(zhǔn)功能的光譜儀。因此，每個波長的測量光都有一個與之相關(guān)的單位。該單位可以是輻射單位，例如瓦特/平方米，也可以是光度單位，例如勒克斯，具體取決于應(yīng)用或量子單位，例如μ mol/m^2/sec(用于測量光合通量密度)。

在圖 3 中，顯示了照明護(hù)照測量的兩個結(jié)果。左圖顯示相對強度，右表顯示以勒克斯或英尺燭光為單位的總照度。

圖 3：光譜輻射計測量的強度以 Lux 為單位進(jìn)行校準(zhǔn)

在圖 4 中，量子表示用于顯示作為波長函數(shù)的光合光子通量密度 (PPFD)。為農(nóng)業(yè)應(yīng)用量身定制的 Spectrum Genius 農(nóng)業(yè)照明 (SGAL) 應(yīng)用程序顯示了下圖。圖表下方的滑塊可以移動，因此可以找到每個特定波長的 ppfd 值。

圖 4：PPFD 圖。滑塊正在測量藍(lán)色峰值 PPFD，單位為μ mol/m 2 /sec

必須注意的是，輻射輻照度單位在整個電磁范圍內(nèi)有效，而光度單位僅在 380-780 nm 范圍內(nèi)有效。因此，例如談?wù)?250 nm 波長的照度和勒克斯意義不大。

分光光度計

分光輻射計用于測量表面反射率，并使用反射率計算材料在一定波長范圍內(nèi)的吸光度。因此，分光光度計包含一個內(nèi)部光源，該光源照射在物體上并測量反射率。參考光束 R 0通常是從 99% 漫反射光譜表面測量的，并記錄在儀器中。通過測量反射強度，反射率由r=R/R 0的比率測量。吸光度計算為 log(1/r)，其中 r 不是百分比。圖 6 顯示了 900-1700 nm 范圍內(nèi)的分光光度計，它屬于 NIR 范圍并且也使用 DLP 技術(shù)。

圖5：分光光度計包含內(nèi)部光源并測量反射率和吸光度

也可以將線性陣列用于分光光度計，但 DLP 技術(shù)更便宜，并且單元件檢測器的尺寸可能比提高信噪比的陣列元件大得多。

光度計和輻射計

光度計和輻射計都測量總光照度(以 Lux 為單位)或以 Watts/m^2 為單位的總光照度。沒有測量光譜。

總結(jié)：

光譜儀、光譜輻射計和分光光度計與簡單的輻射計和光度計的不同之處在于它們包含一個衍射光柵，可以將信號分成不同的波長。DLP 技術(shù)通過消除對 InGaAS 陣列檢測器的需求，幫助降低了 NIR 區(qū)域光譜儀的成本。