用国产单色仪快速组织自动光谱辐射计

　　1　引言

　　随着国民经济和科学技术的发展,在生活、工作及社会交往中,人们对光源不再只满足强弱的要求,还要求照明光源的色温、光效以及显色指数的更高指标。特别是加入WTO后,国际贸易竞争中,这些参数是不可缺少的。但是在工业生产中,为测量这些参数而进口一台自动光谱辐射计,是非常昂贵的。

　　如果自己研制一台自动光谱辐射计,采用进口单色仪比同样性能的国产单色仪贵五到十倍。就工业应用来说,国产单色仪完全能满足要求。北京光学仪器厂所属的北京通州光电子技术开发部生产的WDM3宽波段扫描单色仪可满足要求,和单色仪配套的自动扫描控制系统还具有光电倍增管用高压电源、测量用I/V转换、放大量、A/D变换器的功能,通过RS232接口与微连接,很容易用该设备组织一台自动光谱辐射计,配上适当的微机软件可测量白炽光源、放电光源、荧光灯等的光谱辐照度、光谱辐亮度、相对光谱辐射分布、色坐标、色温、相关色温、显色指数重要参数。

　　2　自动光谱辐射计组成

　　自动光谱辐射计的光学装置示意图如图1所示。当用自动光谱辐射计测量面辐射源光谱辐亮度时,被测辐射源通过两块凹面反射镜成像在单色仪的入射狭缝上,经单色仪分光得到单色辐射,输入到光电倍增管,光电倍增管的高压电源由单色仪自动测控系统的高压稳压电源提供。光电倍增管的输出电流I(λ)与单色仪出射狭缝的输出辐通亮Φ(λ)图成正比。

　　测量近似点光源的光谱辐照度,单色仪的入射光路如图1的左上角所示。光源照射到一块MgO漫射板上,凹面反射镜成像系统把漫射板成像到单色仪的入射狭缝上。其它方面与测量光谱辐亮度相同。如果用积分球代替漫射板漫射性能更好,但辐射能量损失要大得多,对仅仅测量强光源较合适。测量光谱辐亮度时,入射光路的两块凹面反射镜,可以减少象散象差,相对孔径与单色仪的相对孔径一致。北京通州光电子技术开发部的单色仪可同时按Czerny-Turner结构安装3块光栅,选择不同的光栅,能覆盖200nm到20μm的波长范围,可见光的应用可只用11200/mm光栅。单色仪的焦距为300mm,波长准确度为0.1nm,相对孔径F/6,杂散光5×10-4,线色散2.7nm/mm.光电倍增管使用具有S20光谱响应的阴极,可测量的波长范围从200nm到900nm。为了压低杂散辐射及消除二级以上光谱的影响,光路中插入了前截止滤光片。

　　单色仪的自动测控系统由微处理器、步进电机驱动器、高压稳压电源、I/V转换器、放大器、A/D转换器、RS232接口、控制键盘及显示电路组成(图2所示)。高压稳压电源输出稳定的负高压,供给光电倍增管,电压由-300V到-1000V可调。光电倍增管经I/V转换器放大器和A/D转换器转换成数字信号后,以位LED显示,并送入单片微控制器。