那些處理光譜和光測(cè)量設(shè)備的人有時(shí)想知道光譜儀、光譜輻射計(jì)、光譜儀和光度計(jì)之間有什么區(qū)別。了解差異對(duì)于特定應(yīng)用很重要，這樣資金就不會(huì)浪費(fèi)在無(wú)法完成工作的錯(cuò)誤設(shè)備上。在此技術(shù)說(shuō)明中，解釋了差異并給出了每個(gè)類別的示例。然而，作為起點(diǎn)，應(yīng)該提到任何名稱中包含“光譜”的設(shè)備都將測(cè)量作為波長(zhǎng)函數(shù)的參數(shù)。無(wú)論是光強(qiáng)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(gè)波長(zhǎng)上提供的。

以下是每種儀器的說(shuō)明：

光譜儀

光譜儀將測(cè)量作為波長(zhǎng)函數(shù)的光的相對(duì)強(qiáng)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(jī)上。每個(gè)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(jī)的光譜儀

近年來(lái)，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(cè)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(cè)器相比，使用 DLP 技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是單晶檢測(cè)器的成本，特別是在 NIR 區(qū)域，遠(yuǎn)低于 InGaAs 檢測(cè)器陣列，而 InGaAs 檢測(cè)器陣列可能非常昂貴 。DLP 反射鏡不會(huì)顯著增加儀器的價(jià)格。除了成本之外，DLP 的檢測(cè)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(cuò)誤，因?yàn)橹挥惺褂脝尉z測(cè)器。

分光輻射計(jì)

光譜輻射計(jì)是一種具有光強(qiáng)校準(zhǔn)功能的光譜儀。因此，每個(gè)波長(zhǎng)的測(cè)量光都有一個(gè)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(cè)量光合通量密度)。

在圖 3 中，顯示了照明護(hù)照測(cè)量的兩個(gè)結(jié)果。左圖顯示相對(duì)強(qiáng)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(jì)測(cè)量的強(qiáng)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(zhǎng)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(dòng)，因此可以找到每個(gè)特定波長(zhǎng)的 ppfd 值。

圖 4：PPFD 圖?；瑝K正在測(cè)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(gè)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(zhǎng)的照度和勒克斯意義不大。

分光光度計(jì)

分光輻射計(jì)用于測(cè)量表面反射率，并使用反射率計(jì)算材料在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度。因此，分光光度計(jì)包含一個(gè)內(nèi)部光源，該光源照射在物體上并測(cè)量反射率。參考光束 R 0通常是從 99% 漫反射光譜表面測(cè)量的，并記錄在儀器中。通過(guò)測(cè)量反射強(qiáng)度，反射率由r=R/R 0的比率測(cè)量。吸光度計(jì)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(jì)，它屬于 NIR 范圍并且也使用 DLP 技術(shù)。

圖5：分光光度計(jì)包含內(nèi)部光源并測(cè)量反射率和吸光度

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

光度計(jì)和輻射計(jì)

光度計(jì)和輻射計(jì)都測(cè)量總光照度(以 Lux 為單位)或以 Watts/m^2 為單位的總光照度。沒(méi)有測(cè)量光譜。

總結(jié)：

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