Spektroradiometr

Radiometr (radio... va ... metr) — 1) elektromagnit nurlanish energiyasini oʻlchash uchun moʻljallangan asbob. Ishi nurlanishning issiklik taʼsiriga asoslanadi. Quyosh radiatsiyasi, infraqizil nurlanish va boshqa nurlanishlarni tadqiq qilishda qoʻllanadi (yana qarang Aktinometr, Pirgeliometr); 2) rad ioastronomiyada — radiotoʻlqinlar diapazonida (toʻlqin uzunligi 0,1 mm dan 1000 m gacha) astronomik obʼyektlarning nurlanishini tadqiq qilish uchun moʻljallangan radiotexnik qurilma. Radioteleskoplarning qabul qiluvchi qurilmasi sifatida, shuningdek, Yer sirtining issiklik haritalarini tuzishda qoʻllanadi; 3) radioaktiv manbalarning faolligi (vaqt birligi mobaynida radioaktiv yemirilish aktlari soni) ni oʻlchash uchun moʻljallangan asbob; 4) akustikada — tovush nurlanishlari bosimi (tovushning radiatsion bosimi) ni, kengroq maʼnoda — tovush maydonining baʼzi muhim koʻrsatkichlari (tovush energiyasi zichligi, tovush intensivligi va boshqalar)ni oʻlchash uchun moʻljallangan asbob.Spektroradiometr yorug'lik manbasidan chiqadigan yorug'likning to'lqin uzunligi va amplitudasini o'lchashga qodir bo'lgan yorug'likni o'lchash vositasidir. Spektrometrlar to'lqin uzunligini yorug'lik detektor massiviga tushadigan joyga qarab ajratadi, bu esa to'liq spektrni bir marta olish bilan olish imkonini beradi. Aksariyat spektrometrlarda hisoblashning asosiy o'lchovi mavjud, bu kalibrlanmagan o'qishdir va shuning uchun detektorning har bir to'lqin uzunligiga sezgirligi ta'sir qiladi. Kalibrlashni qo'llash orqali spektrometr spektral nurlanish, spektral nurlanish va yoki spektral oqim o'lchovlarini ta'minlay oladi.  Yoritish (lyuks yoki fc), Yorqinlik (Vt/sr), Yorqinlik (cd), Oqim (Lumen yoki Vatt) koʻrsatkichlarini taʼminlash uchun oʻrnatilgan yoki kompyuter dasturlari va koʻplab algoritmlar bilan ham ishlatiladi.Bunda xromatik nurlardan foydalaniladi.Spektroradiometr yorug'lik manbasidan chiqadigan yorug'likning to'lqin uzunligi va amplitudasini o'lchashga qodir bo'lgan yorug'likni o'lchash vositasidir.   

Spektrometrlar ko'plab to'lqin uzunligi diapazonlarini qamrab oluvchi ko'plab paketlar va o'lchamlarda mavjud. Spektrometrning samarali to'lqin uzunligi (spektral) diapazoni nafaqat panjara dispersiya qobiliyati bilan belgilanadi, balki detektorlarning sezgirlik diapazoniga ham bog'liq. Yarimo'tkazgichning tarmoqli bo'shlig'i bilan cheklangan kremniy asosidagi detektor 200-1100 ga javob beradi nm InGaAs asosidagi detektor esa 900-1700 gacha sezgir nm (yoki 2500 gacha nm sovutish bilan).

Laboratoriya/tadqiqot spektrometrlari odatda UV dan NIRgacha keng spektrli diapazonni qamrab oladi va kompyuterni talab qiladi. Sovutish tizimini ishga tushirish uchun yuqori quvvat talab qiladigan IR spektrometrlari ham mavjud. Ko'pgina 

Portativ qurilmalar, shuningdek, UV dan NIRgacha bo'lgan ko'plab spektral diapazonlar uchun mavjud va juda ko'p turli xil paketlar uslublari va o'lchamlarini taklif qiladi. Mini spektrometrlarni qo'lda yoki laboratoriyada ishlatish mumkin, chunki ular kompyuter tomonidan quvvatlanadi va boshqariladi va USB kabelini talab qiladi. Kirish optikasi birlashtirilgan bo'lishi mumkin yoki odatda optik tolali yorug'lik qo'llanmasi bilan biriktiriladi. Bundan tashqari, chorakdan kichikroq mikro Spektrometrlar mavjud bo'lib, ular tizimga birlashtirilishi yoki mustaqil ravishda ishlatilishi mumkin.Radiometer - bu Daniyaning ko'p millatli kompaniyasi bo'lib, u qon namunalarini olish, qon gazini tahlil qilish, transkutan monitoring, immunoassay testlari va tegishli IT boshqaruv tizimlari uchun echimlarni ishlab chiqadi, ishlab chiqaradi va sotadi.

Fon 
Spektroradiometriya sohasi tor to'lqin uzunliklari oralig'ida mutlaq radiometrik miqdorlarni o'lchash bilan bog'liq.  Spektrni tor tarmoqli kengligi va to'lqin uzunligi o'sishi bilan namuna olish foydalidir, chunki ko'p manbalarda chiziqli tuzilmalar mavjud . Ko'pincha spektroradiometriyada spektral nurlanish kerakli o'lchovdir. Amalda, o'rtacha spektral nurlanish o'lchanadi, matematik jihatdan taxminiy ko'rinishda ko'rsatiladi:

 

Qayerda  spektral nurlanish,  to'lqin uzunligi oralig'idagi manbaning nurlanish oqimi ( SI birligi: vatt, Vt)  (SI birligi: metr, m), sirt maydoniga hodisa,  (SI birligi: kvadrat metr, m 2 ). Spektral nurlanish uchun SI birligi Vt/m 3 ni tashkil qiladi. Biroq, ko'pincha maydonni santimetr va to'lqin uzunligini nanometrlarda o'lchash foydaliroq bo'ladi, shuning uchun spektral nurlanishning SI birliklarining pastki ko'pliklari ishlatiladi, masalan, mkW/sm 2 nm 

Spektral nurlanish umuman sirtda nuqtadan nuqtaga o'zgarib turadi. Amalda, nurlanish oqimining yo'nalishga, sirtdagi har bir nuqtada manba tomonidan ajratilgan qattiq burchakning o'lchamiga va sirtning yo'nalishiga qarab qanday o'zgarishiga e'tibor berish muhimdir. Ushbu mulohazalarni hisobga olgan holda, ushbu bog'liqliklarni hisobga olish uchun tenglamaning yanada qat'iy shaklini qo'llash ko'pincha oqilona bo'ladi 

E'tibor bering, "spektral" prefiksi "spektral kontsentratsiya" iborasining qisqartmasi sifatida tushunilishi kerak, bu CIE tomonidan "ma'lum bir to'lqin uzunligining har ikki tomonida cheksiz kichik diapazonda olingan radiometrik miqdorning koeffitsienti" sifatida tushuniladi va aniqlanadi., diapazon bo'yicha".

Spektral quvvat taqsimoti 
Manbaning spektral quvvat taqsimoti (SPD) ma'lum bir to'lqin uzunligi va maydonda sensorga qancha oqim yetib borishini tavsiflaydi. Bu o'lchanayotgan radiometrik miqdorga har bir to'lqin uzunligi hissasini samarali ifodalaydi. Manbaning SPD odatda SPD egri chizig'i sifatida ko'rsatiladi. SPD egri chiziqlari yorug'lik manbasining rang xususiyatlarining vizual tasvirini ta'minlaydi, ko'rinadigan spektr bo'ylab turli to'lqin uzunliklarida manba chiqaradigan nurlanish oqimini ko'rsatadi  Bu shuningdek, yorug'lik manbasining ranglarni ko'rsatish qobiliyatini baholashimiz mumkin bo'lgan metrikdir., ya'ni ma'lum bir rangli stimulni ma'lum bir yoritgich ostida to'g'ri ko'rsatish mumkinmi degan savol tug`iladi albatta.

Xatolik manbalari 
Berilgan spektrradiometrik tizimning sifati uning elektronikasi, optik komponentlari, dasturiy ta'minoti, quvvat manbai va kalibrlash funktsiyasidir. Ideal laboratoriya sharoitida va yuqori malakali mutaxassislar bilan o'lchovlarda kichik (bir necha o'ndan bir necha foizgacha) xatolarga erishish mumkin. Biroq, ko'p amaliy vaziyatlarda, 10 foiz darajasida xatolik ehtimoli bor  Jismoniy o'lchovlarni o'tkazishda bir necha turdagi xatolar mavjud. O'lchov aniqligining cheklovchi omillari sifatida qayd etilgan uchta asosiy xato turi tasodifiy, tizimli va davriy xatolardir.Bu xatoliklar ko`pgina muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. 

 Tasodifiy xatolar bu o'rtacha o'zgarishlardir. Spektroradiometrik o'lchovlar bo'lsa, buni detektor, ichki elektronika yoki yorug'lik manbasining o'zidan shovqin deb hisoblash mumkin. Ushbu turdagi xatolarga uzoqroq integratsiya vaqtlari yoki bir nechta skanerlash orqali qarshi kurashish mumkin.
 Tizimli xatolar bashorat qilingan "to'g'ri" qiymatga ofsetdir. Tizimli xatolar odatda ushbu o'lchovlarning inson komponenti, qurilmaning o'zi yoki eksperimentning o'rnatilishi tufayli yuzaga keladi. Kalibrlash xatolari, noto'g'ri yorug'lik va noto'g'ri sozlamalar kabi narsalar mumkin bo'lgan muammolardir.
 Davriy xatolar takrorlanuvchi davriy yoki psevdo-davriy hodisalardan kelib chiqadi. Harorat, namlik, havo harakati yoki o'zgaruvchan tok shovqinidagi o'zgarishlar davriy xato deb tasniflanishi mumkin.
 Ko`pgina ma`lumotlar olish jarayonida statistik xatolarga yo`l qo`yiladi. 

Ushbu umumiy xato manbalariga qo'shimcha ravishda, spektroradiometriyadagi xatoning bir nechta aniq sabablari quyidagilardan iborat:

 O'lchovning ko'p o'lchovliligi. Chiqish signali bir necha omillarga bog'liq, jumladan, o'lchangan oqimning kattaligi, uning yo'nalishi, qutblanishi va to'lqin uzunligi taqsimoti.
 O'lchov vositalarining noto'g'riligi, shuningdek, ushbu asboblarni kalibrlash uchun ishlatiladigan standartlar butun o'lchash jarayoni davomida kattaroq xatolikka olib keladi va
 Ko'p o'lchovlilik va qurilma beqarorligi xatosini kamaytirishning xususiy usullari. 

Kaliforniyada joylashgan yorug'lik o'lchash asboblari ishlab chiqaruvchisi Gamma-scitific tizimi kalibrlash, dasturiy ta'minot va quvvat manbai, optika yoki o'lchash dvigatelining o'zi tufayli ularning spektroradiometrlarining aniqligi va ishlashiga ta'sir qiluvchi etti omilni sanab o'tadi.

Ta'riflar

Adashgan yorug'lik 
Adashgan yorug'lik - noto'g'ri detektor elementiga etib boradigan to'lqin uzunligidagi kiruvchi nurlanish. U detektor massivining pikseli yoki elementi uchun mo'ljallangan spektral signal bilan bog'liq bo'lmagan xato elektron hisoblarni yaratadi. Bu yorug'likning tarqalishi va nomukammal optik elementlarning aks etishi, shuningdek, yuqori darajadagi diffraktsiya effektlaridan kelib chiqishi mumkin. Detektordan oldin tartibni saralash filtrlarini o'rnatish orqali ikkinchi tartib effektini olib tashlash yoki hech bo'lmaganda keskin kamaytirish mumkin.

Si detektorlarining ko'rinadigan va NIRga nisbatan sezgirligi UV diapazonidagidan deyarli kattaroqdir. Bu shuni anglatadiki, UV spektral pozitsiyasidagi piksellar o'zlarining ishlab chiqilgan spektral signallariga qaraganda ko'rinadigan va NIRdagi adashgan nurga kuchliroq javob beradi. Shu sababli, UV mintaqasidagi adashgan yorug'lik ta'siri ko'rinadigan va NIR piksellariga qaraganda ancha muhimroqdir. To'lqin uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, bu holat yomonlashadi.

UV signallarining kichik qismi bilan keng diapazonli yorug'likni o'lchashda adashgan yorug'lik ta'siri ba'zan UV diapazonida ustun bo'lishi mumkin, chunki detektor piksellari allaqachon manbadan etarli darajada UV signallarini olish uchun kurashmoqda. Shu sababli, QTH standart chiroq yordamida kalibrlash 350 dan past bo'lgan katta xatolarga (100% dan ortiq) ega bo'lishi mumkin. nm va Deuterium standart chiroq bu mintaqada aniqroq kalibrlash uchun talab qilinadi. Aslida, ultrabinafsha nurlanish zonasida mutlaq yorug'likni o'lchash, agar bu piksellardagi elektron hisoblarning aksariyati adashgan yorug'lik (haqiqiy UV nuri o'rniga uzoqroq to'lqin uzunligi urishi) natijasida bo'lsa, to'g'ri kalibrlash bilan ham katta xatolarga olib kelishi mumkin.

Kalibrlash xatolari 
Spektrometrlar uchun kalibrlashni taklif qiladigan ko'plab kompaniyalar mavjud, ammo barchasi bir xil emas. Kalibrlashni amalga oshirish uchun kuzatilishi mumkin bo'lgan, sertifikatlangan laboratoriyani topish muhimdir. Kalibrlash sertifikatida ishlatiladigan yorug'lik manbasi (masalan: halogen, deyteriy, ksenon, LED) va har bir diapazon (UVC, UVB, VIS..), har bir to'lqin uzunligi nm yoki to'liq spektr uchun kalibrlashning noaniqligi ko'rsatilishi kerak. o'lchandi. Shuningdek, u kalibrlash noaniqligi uchun ishonch darajasini ko'rsatishi kerak.

Noto'g'ri sozlamalar 
Kamera kabi, ko'pchilik spektrometrlar foydalanuvchiga to'planishi kerak bo'lgan namunalar miqdori va ta'sir qilish vaqtini tanlash imkonini beradi. Integratsiya vaqtini va skanerlash sonini belgilash muhim qadamdir. Juda uzoq integratsiya vaqti to'yinganlikka olib kelishi mumkin. (Kamera fotosuratida bu katta oq nuqta ko'rinishida ko'rinishi mumkin, bu yerda spektrometrda bo'lgani kabi cho'kish yoki cho'qqini kesish kabi ko'rinishi mumkin) Juda qisqa integratsiya vaqti shovqinli natijalarni keltirib chiqarishi mumkin (kamera fotosuratida bu qorong'i bo'ladi. yoki loyqa maydon, bu spektrometrda bo'lgani kabi tik yoki beqaror ko'rsatkichlar ko'rinishi mumkin).

EHM vaqti - o'lchov paytida yorug'lik sensorga tushadigan vaqt. Ushbu parametrni sozlash qurilmaning umumiy sezgirligini o'zgartiradi, chunki kamera uchun ta'sir qilish vaqtini o'zgartirish. Minimal integratsiya vaqti har bir skanerlash uchun kamida .5 ms va maksimal taxminan 10 daqiqa bilan asbobga qarab o'zgaradi. Amaliy sozlama yorug'lik intensivligiga qarab 3 dan 999 ms gacha oshishi mumkin.

Integratsiya vaqti maksimal hisobdan oshmaydigan signal uchun sozlanishi kerak (16-bitli CCD 65,536, 14-bitli CCD-da 16,384). To'yinganlik integratsiya vaqti juda yuqori o'rnatilganda sodir bo'ladi. Odatda, maksimaldan taxminan 85% gacha bo'lgan eng yuqori signal yaxshi maqsad bo'lib, yaxshi S / N nisbatini beradi. (masalan: mos ravishda 60K yoki 16K soni)

Skanerlar soni qancha o'lchov o'rtacha hisoblanishini ko'rsatadi. Boshqa narsalar teng bo'lsa, to'plangan spektrlarning Signal-to-Shovqin nisbati (SNR) o'rtacha hisoblangan N skanerlar sonining kvadrat ildiziga yaxshilanadi. Misol uchun, agar 16 ta spektral skanerlash o'rtacha hisoblansa, SNR bitta skanerdan 4 marta yaxshilanadi.

S/N nisbati spektrometrning toʻliq shkalasiga yetib boradigan kirish yorugʻlik darajasida oʻlchanadi. Bu yorug'lik darajasida signal sonining Cs (odatda to'liq masshtabda) RMS (o'rtacha o'rtacha kvadrat) shovqiniga nisbati. Bu shovqin Nd qorong'u shovqinni, kirish yorug'ligi va o'qilgan shovqin bilan hosil bo'lgan hisoblar bilan bog'liq tortishish shovqinini Ns o'z ichiga oladi. Bu yorug'lik o'lchovlari uchun spektrometrdan olish mumkin bo'lgan eng yaxshi S / N nisbati.

U qanday ishlaydi 
Spektroradiometrik tizimning asosiy komponentlari quyidagilardan iborat:

 Manbadan elektromagnit nurlanishni to'playdigan kirish optikasi (diffuzerlar, linzalar, optik tolali yorug'lik yo'riqnomalari)
 Kirish teshigi spektrometrga qancha yorug'lik tushishini aniqlaydi. Kichikroq tirqish kattaroq aniqlikka ega, ammo umumiy sezgirligi kamroq
 Ikkinchi darajali effektlarni kamaytirish uchun tartiblash filtrlarini buyurtma qiling
 Kollimator yorug'likni panjara yoki prizmaga yo'naltiradi
 Nurning tarqalishi uchun panjara yoki prizma
 Yorug'likni detektorga to'g'rilash uchun fokuslash optikasi
 Detektor, CMOS sensori yoki CCD massivi
 Ma'lumotlarni aniqlash va saqlash uchun nazorat qilish va ro'yxatga olish tizimi.

Kirish optikasi 
Spektroradiometrning oldingi optikasi tizimga birinchi kirganda yorug'likni o'zgartiradigan linzalar, diffuzorlar va filtrlarni o'z ichiga oladi. Radiance uchun tor ko'rish maydoniga ega optika kerak. Umumiy oqim uchun integral sfera kerak. Nurlanish uchun kosinusni to'g'rilash optikasi talab qilinadi. Ushbu elementlar uchun ishlatiladigan material qaysi turdagi yorug'likni o'lchashga qodirligini aniqlaydi. Misol uchun, ultrabinafsha nurlarini o'lchash uchun shisha linzalar o'rniga kvarts, optik tolalar, teflon diffuzorlar va bariy sulfat bilan qoplangan integratsiya sharlari ko'pincha UVni aniq o'lchash uchun ishlatiladi.

Monoxromator 

Manbaning spektral tahlilini o'tkazish uchun yoritgichning spektr javobini yaratish uchun har bir to'lqin uzunligidagi monoxromatik yorug'lik kerak bo'ladi. Monoxromator manbadan to'lqin uzunliklarini tanlash va asosan monoxromatik signalni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bu asosan o'zgaruvchan filtr bo'lib, o'lchangan yorug'likning to'liq spektridan ma'lum bir to'lqin uzunligini yoki to'lqin uzunliklari bandini tanlab ajratib va uzatadi va bu hududdan tashqariga tushadigan har qanday yorug'likni istisno qiladi. 

Oddiy monoxromator bunga kirish va chiqish yoriqlari, kollimatsiyalash va fokuslash optikasi hamda difraksion panjara yoki prizma kabi to'lqin uzunligini tarqatuvchi element yordamida erishadi.  Zamonaviy monoxromatorlar diffraktsiya panjaralari bilan ishlab chiqariladi va diffraktsiya panjaralari deyarli faqat spektroradiometrik ilovalarda qo'llaniladi. Diffraktsiya panjaralari ko'p qirraliligi, past zaiflashuvi, keng to'lqin uzunligi diapazoni, arzonligi va doimiy dispersiyasi tufayli afzalroqdir.

Detektorlar 

Spektroradiometrda ishlatiladigan detektor yorug'lik o'lchanadigan to'lqin uzunligi, shuningdek, kerakli dinamik diapazon va o'lchovlarning sezgirligi bilan belgilanadi. Spektroradiometr detektorlarining asosiy texnologiyalari odatda uchta guruhdan biriga bo'linadi: fotoemissiv detektorlar (masalan, fotoko'paytiruvchi quvurlar), yarimo'tkazgichli qurilmalar (masalan, kremniy) yoki termal detektorlar (masalan, termopil).Shuningdek boshqa detektorlardan ham foydalanish mumkin. 

Berilgan detektorning spektral javobi uning asosiy materiallari bilan belgilanadi. Misol uchun, fotoko'paytiruvchi quvurlarda topilgan fotokatodlar quyosh nuriga chidamli bo'lishi uchun ma'lum elementlardan ishlab chiqarilishi mumkin - UV ta'siriga sezgir va ko'rinadigan yoki IQ nuriga javob bermaydi. 

CCD (Charge Coupled Device) massivlari odatda bir o'lchovli (chiziqli) yoki ikki o'lchovli (maydon) minglab yoki millionlab individual detektor elementlaridan (shuningdek, piksellar deb ataladi) va CMOS sensorlaridan iborat. Ular UV, ko'rinadigan va yaqin infra yorug'likni o'lchashga qodir bo'lgan kremniy yoki InGaAs asosidagi ko'p kanalli massiv detektorini o'z ichiga oladi.

CMOS (Qo'shimcha metall oksidi yarimo'tkazgich) sensorlari CCD dan farq qiladi, chunki ular har bir fotodiodga kuchaytirgich qo'shadi. Bu faol piksel sensori deb ataladi, chunki kuchaytirgich pikselning bir qismidir. Transistorli kalitlar o'qish vaqtida har bir fotodiodni intrapiksel kuchaytirgichga ulaydi.

Tekshirish va ro'yxatga olish tizimi 
Jurnal tizimi ko'pincha oddiygina shaxsiy kompyuterdir. Dastlabki signalni qayta ishlashda signalni ko'pincha kuchaytirish va boshqarish tizimi bilan ishlatish uchun aylantirish kerak. Monoxromator, detektor chiqishi va kompyuter o'rtasidagi aloqa liniyalari kerakli ko'rsatkichlar va xususiyatlardan foydalanishni ta'minlash uchun optimallashtirilishi kerak.  Spektroradiometrik tizimlar bilan ta'minlangan, tijoratda mavjud bo'lgan dasturiy ta'minot ko'pincha o'lchovlarni keyingi hisoblash uchun foydali mos yozuvlar funktsiyalari bilan birga saqlanadi, masalan, CIE ranglarni moslashtirish funktsiyalari va V.  egri chiziq.

Ilovalar 
Spektroradiometrlar ko'plab ilovalarda qo'llaniladi va ular turli xil texnik xususiyatlarni qondirish uchun tayyorlanishi mumkin. Misol ilovalarga quyidagilar kiradi:

 Quyosh UV va UVB nurlanishi
 LED o'lchovi
 O'lchov va kalibrlashni ko'rsatish
 CFL testi
 Yog 'chiqalarini masofadan aniqlash 

O'simliklarni tadqiq qilish va rivojlantirish

DIY quradi 
To'lqin uzunliklarini kalibrlash uchun CFL chiroq yordamida optik disk panjarasi va asosiy veb-kamera yordamida asosiy optik spektrometrni qurish mumkin.  Ma'lum spektr manbasidan foydalangan holda kalibrlash foto piksellarning yorqinligini talqin qilish orqali spektrometrni spektroradiometrga aylantirishi mumkin.  DIY qurilishiga fotosuratni qiymatga aylantirishda ba'zi qo'shimcha xato manbalari ta'sir qiladi: fotografik shovqin ( qorong'i ramkani olib tashlashni talab qiladi) va CCD-dan fotosuratga o'tkazishda chiziqli bo'lmaganlik (ehtimol , xom tasvir formati bilan hal qilinadi).

Shuningdek qarang 

 Radiometr
 Spektrometr
 Spektroradiometriya
 Spektrofotometriya

Manbalar

Havolalar 

 Yorug'likni o'lchashning asosiy printsiplari Xalqaro yorug'lik texnologiyalaridan asosiy printsiplar bo'yicha maqola
 Spektroradiometr turlari
 shbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Aminov Islom tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.
Pages with unreviewed translations