微型光谱仪波长标定的主要方法
2021-10-21
来源:光电资讯
微型光谱仪在设计完成后,标定是光谱仪的一个重要步骤。微型光谱仪的标定是确定仪器输入像元点序号与输出波长的对应关系。
目前光谱仪标定主要有两种方法:光学方程计算法,波长标定实验法。
(1)光学方程计算法光学方程计算法是根据光谱仪的光学结构设计来推导出像元与波长之间的对应关系。
该方法主要基于光栅方程演算,平行光照射到光栅上会发生衍射,衍射角的正弦与波长成正比关系。光栅方程的公式为:
其中,m为干涉级,d是划痕间距即光栅常数,α为入射角,β为衍射角,λ为波长。
通过衍射角和波长的对应关系计算得出波长与像元的关系方程,但是该方法受零件加工和安装误差的影响,计算出关系公式误差较大。
(2)波长标定实验法波长标定实验法是采用特征光谱在光电传感器对应的像元点上找到相应的位置,并采用多项式拟合等方法来实现波长的标定。
该方法通过标准标定光源的已知特征谱线与谱线峰值对应的像元点来建立波长标定的多项式数值模型;根据拟合得到的数学模型,可以将所有像元点对应的波长值计算出来。
波长标定实验法主要有三个步骤:
①选取谱线使用汞氩灯、氖灯或氘灯等标准光源,选取一组已知波长的特征峰,要求这些已知波长特征峰波长均匀覆盖在光谱仪的工作波长范围内,数量越多越好,同时要求谱线间隔要大于光谱仪的分辨率。
②测量像元对应的位置该步骤是通过光谱仪获取标准光源已知波长特征峰所在的像元位置。该步骤的核心问题是寻峰算法的设计,通过寻峰算法找到特征光谱峰值所在的像元位置。
③数据拟合根据测量获得的一组数据(xi,λi),使用曲线拟合方法找到两个变量之间的拟合函数关系式,常用的数据拟合方法有三次样条插值法、MIN二乘法等。
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