光纤光谱仪|温漂及温度补偿
电子元器件通常都有一定的温度系数,其输出信号会随温度变化而漂移,称为“温漂”,为了减小温漂,采用一些补偿措施在一定程度上抵消或减小其输出的温漂,这就是温度补偿。针对光谱仪的温漂情况提出以下方法,并通过实验测试方法的可行性。
一、模型描述
选择具有多个特征谱线的汞氩灯光源,能够覆盖波长范围[λL,λH]。然后将光谱仪放置在可设置温度的高低温环境箱内,温度调节范围为[TL,TH],变化量为 ΔT=(TH-TL)/(M-1),其中M为光源特征峰标准点的个数,ΔT越小,精度越高,温度适应性也就越强。
根据不同温度下已知特征谱线标准波长与CCD上响应对应像元的位置,建立基于温度补偿的多项式关系:
式中,c0~c9为多项式系数。根据不同温度下的多组波长与对应像元数据,利用最小二乘法求解式中的c0~c9,最终确定像元位置、波长、温度的三者关系。
二、具体定标流程
(1)定标开始时,将光谱仪置于温度箱中,设置温度。每个温度点定标结束以后,温度依次增加ΔT。
(2)进行波长定标时,接入标准光源,然后选择对应的温度定标点T,并记录温度T下的特征谱线峰值波长所对应的像元位置。
(3)判断所有温度点是否都已测试过,如是,则结束温度定标的循环,进入曲面拟合过程;如否,则增加温度ΔT,继续进行。
(4)进行三次多项式的曲面拟合,拟合出波长定标曲线λ(x,T),得到多项式系数c0~c9,从而完成了基于温度补偿的波长定标。
三、实验操作过程
1.鉴知技术SR75C光纤光谱仪波长范围为180~340nm,线阵CCD探测器的像元总数为2048个。波长定标时,均匀选取汞氩灯的特征谱线,依据模型描述选定2-4个汞氩灯的特征波长峰值。选取温度范围为0℃~40℃。根据测试结果,记录不同温度下标准波长所对应的探测器像元位置。
2.采用基于最小二乘法的三次多项式拟合方法求解多项式系数c0~c9,拟合后查看均方根RMSE的大小,判定拟合曲线于真实曲线之间的误差。
3.对波长定标完成后的光谱仪进行测试。分别在低温0 ℃和高温40℃下测量了定标后光谱仪的测试峰值波长,并将其与标准波长进行差值计算分析,此方法可以提高波长定标精度。
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