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光纖光譜儀 | 溫漂及溫度補償
發布日期:2024-07-16 15:46:11


電子元器件通常都有一定的溫度系數,其輸出信號會隨溫度變化而漂移,稱為“溫漂”,為了減小溫漂,采用一些補償措施在一定程度上抵消或減小其輸出的溫漂,這就是溫度補償。針對光譜儀的溫漂情況提出以下方法,并通過實驗測試方法的可行性。

 

一、模型描述

選擇具有多個特征譜線的汞氬燈光源,能夠覆蓋波長范圍[λL,λH]。然后將光譜儀放置在可設置溫度的高低溫環境箱內,溫度調節范圍為[TL,TH],變化量為 ΔT=(TH-TL)/(M-1),其中M為光源特征峰標準點的個數,ΔT越小,精度越高,溫度適應性也就越強。

根據不同溫度下已知特征譜線標準波長與CCD上響應對應像元的位置,建立基于溫度補償的多項式關系:

AB光纖光譜儀公式.png


式中,c0~c9為多項式系數。根據不同溫度下的多組波長與對應像元數據,求解式中的c0~c9,確定像元位置、波長、溫度的三者關系。

 

二、具體定標流程

(1)定標開始時,將光譜儀置于溫度箱中,設置溫度。每個溫度點定標結束以后,溫度依次增加ΔT。

(2)進行波長定標時,接入標準光源,然后選擇對應的溫度定標點T,并記錄溫度T下的特征譜線峰值波長所對應的像元位置。

(3)判斷所有溫度點是否都已測試過,如是,則結束溫度定標的循環,進入曲面擬合過程;如否,則增加溫度ΔT,繼續進行。

(4)進行三次多項式的曲面擬合,擬合出波長定標曲線λ(x,T),得到多項式系數c0~c9,從而完成了基于溫度補償的波長定標。

 

三、實驗操作過程

1.鑒知技術SR75C光纖光譜儀波長范圍為180~340nm,線陣CCD探測器的像元總數為2048個。波長定標時,均勻選取汞氬燈的特征譜線,依據模型描述選定2-4個汞氬燈的特征波長峰值。選取溫度范圍為0℃~40℃。根據測試結果,記錄不同溫度下標準波長所對應的探測器像元位置。

AB光纖光譜儀譜圖.png

2.采用三次多項式擬合方法求解多項式系數c0~c9,擬合后查看均方根RMSE的大小,判定擬合曲線于真實曲線之間的誤差。

3.對波長定標完成后的光譜儀進行測試。分別在低溫0 ℃和高溫40℃下測量了定標后光譜儀的測試峰值波長,并將其與標準波長進行差值計算分析,此方法可以提高波長定標精度。

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