光譜儀原理是將復(fù)色光分離成光譜的光學(xué)儀器，主要由棱晶或衍射光柵等構(gòu)成。用戶使用光譜儀時首先需要掌握的知識就是光譜儀原理，今天小編就來具體介紹一下，希望可以幫助到大家。
光譜儀概述：
光譜儀以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置。其構(gòu)造由一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)，一個成像系統(tǒng)和一個或多個出射狹縫組成。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區(qū)域，并在選定的波長上(或掃描某一波段)進行強度測定。分為單色儀和多色儀兩種。
光譜儀原理：
根據(jù)現(xiàn)代光譜儀器的工作原理,光譜儀可以分為兩大類:經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀.經(jīng)典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器;新型光譜儀器是建立在調(diào)制原理上的儀器.經(jīng)典光譜儀器都是狹縫光譜儀器.調(diào)制光譜儀是非空間分光的,它采用圓孔進光.
根據(jù)色散組件的分光原理,光譜儀器可分為:棱鏡光譜儀,衍射光柵光譜儀和干涉光譜儀.光學(xué)多道分析儀OMA(OpticalMulti-channelAnalyzer)是近十幾年出現(xiàn)的采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,它集信息采集,處理,存儲諸功能于一體.由于OMA不再使用感光乳膠,避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理,測量工作,使傳統(tǒng)的光譜技術(shù)發(fā)生了根本的改變,大大改善了工作條件,提高了工作效率;使用OMA分析光譜,測量準確迅速,方便,且靈敏度高,響應(yīng)時間快,光譜分辨率高,測量結(jié)果可立即從顯示屏上讀出或由打印機,繪圖儀輸出。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量,分析及研究工作中,特別適應(yīng)于對微弱信號,瞬變信號的檢測.
光譜儀又稱分光儀，廣泛為認知的為直讀光譜儀。由一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)，一個成像系統(tǒng)和一個或多個出射狹縫組成。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區(qū)域，并在選定的波長上（或掃描某一波段）進行強度測定。
光譜儀的八大維修技巧：
1、“先易后難”：先解決比較容易的問題，再逐步處理比較棘手的故障。
儀器發(fā)生故障時，尤其是發(fā)生比較復(fù)雜的綜合性故障，對于解決這種故障應(yīng)該先從比較容易解決的故障入手，如：檢修儀器的電路板，應(yīng)先檢查電阻、電容、電感、二極管、三極管、保險絲、接插件、指示燈、開關(guān)等，在排除這些元件故障后，再檢查集成電路、大功率管、功率模塊、專用傳感器、微處理器IC、接口IC、存儲器IC等。
2、“先簡后繁”，先從簡單的器件或部位下手，再進入復(fù)雜繁瑣的電路或線路。
在維修電路時，根據(jù)儀器的電路原理，先從簡單的電路開始進行，如指示燈不亮、按鍵失靈或接觸不良、電壓電流表無指示或指示異常、電源插頭插座松動、保險絲是否熔斷、開關(guān)接觸是否可靠等。在此基礎(chǔ)上進一步維修復(fù)雜的而繁瑣主電路或線路，如變壓器、繼電器、接觸器、電磁閥、壓力傳感器、過壓（限壓）保護開關(guān)、流量傳感器等主控電路或線路。
3、“先軟后硬”，先檢查軟件程序運行是否正常，再分析硬件運行是否有問題。
隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，電腦在光譜儀中應(yīng)用，使儀器的檢測水平大幅度的提高，功能更趨近于智能化，許多故障都是通過電腦自帶的故障診斷程序，進行綜合全面的檢測，如當儀器顯示真空不良、溫度異常、壓力異常、無積分信號、通訊中斷等顯示時，我們必須是在此基礎(chǔ)之上，順藤摸瓜沿電腦指示的異常信息，去檢查所對應(yīng)的硬件，這樣可以很快的找到故障的根源，縮短維修時間，提高工作效率。
4、“先外后內(nèi)”，先檢查儀器外圍設(shè)施，再檢查儀器本身。
儀器突然整機停電不工作了，首先檢查儀器的外圍情況，如冷卻水是否中斷，水泵或水閘閥是否異常，燃氣或輔助氣氣壓是否偏低或過高，電磁閥是否失電或斷路，電氣開關(guān)或空氣開關(guān)是否跳閘，各外部接插件是否脫落等。然后再尋找儀器本身內(nèi)部的問題。
5、“先輔后主”，先解決儀器輔助設(shè)備問題，再解決儀器主機問題。
大型儀器往往是一套完整的體系，有許多輔助設(shè)備為其服務(wù)，當儀器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)當在先檢查電腦、打印機、穩(wěn)壓器、真空泵、空壓機等輔助設(shè)施完好的情況下，再看儀器主機工作運行情況，這樣才能保證整個儀器系統(tǒng)的完整正常的運行。
6、“先人后機”，先排除人為失誤，在檢查儀器工作情況。
任何儀器都是靠人來操作的，所以在儀器出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯或是異常時，首先判斷是否存在人為的問題，如在操作程序時是否輸錯數(shù)據(jù)，敲錯鍵盤，點錯鼠標，調(diào)錯氣壓表或流量計指示，忘記打開或多打開某個開關(guān)，看錯某些標志等。在嚴格按操作程序操作，并排除人為誤操作的基礎(chǔ)上，再分析儀器自身運行是否存在問題。
7、“先主后次”，即先解決主要矛盾，后解決次要矛盾。
先解決主要問題，讓儀器工作起來，再解決次要問題，完善儀器各項功能。如有時儀器測得的數(shù)據(jù)不是很準確可靠，說明儀器存在某些隱患或故障，有些故障是要在儀器通電工作情況下才能去診斷，儀器無法通電工作，有些故障是無法判斷的，特別是現(xiàn)在許多儀器的故障都是通過電腦程序自動診斷出來的。所以只有先讓主機工作起來，在進行主機以外（或輔助的）次要的故障的維修，包括一些對主機影響不大輔助功能。
8、“先靜后動”，先檢查靜態(tài)器件和參數(shù)，再檢查動態(tài)器件和參數(shù)。
有些器件及參數(shù)是工作在靜態(tài)的，如開關(guān)通斷、電阻值、電容容量、電路工作點、限壓閥觸點、過壓過流保護觸點等，這些器件及參數(shù)可以直接測量的，檢查比較容易，所以可以先進行直觀檢查。對于一些動態(tài)數(shù)據(jù)如電壓、電流、壓力、流量、溫度、濕度、數(shù)據(jù)通訊等。在排除靜態(tài)元件或參數(shù)無異常之后。再進行動態(tài)數(shù)據(jù)（參數(shù)）的檢查，此工作一般都是在儀器開機狀態(tài)下進行。
光譜學(xué)測量的基礎(chǔ)是測量光輻射與波長的對應(yīng)關(guān)系。一般來說，光譜學(xué)測量的直接結(jié)果是由很多個離散的點構(gòu)成曲線，每個點的橫坐標（X軸）是波長，縱坐標（Y軸）是在這個波長處的強度。因此，一個光譜儀的性能，可以粗略地分為下面幾個大類：
1.波長范圍（在X軸上的可以測量的范圍）；
2.波長分辨率（在X軸上可以分辨到什么程度的信號變化）；
3.噪聲等效功率和動態(tài)范圍（在Y軸上可以測量的范圍）；
4.靈敏度與信噪比（在Y軸上可以分辨到什么程度的信號變化）；
5.雜散光與穩(wěn)定性（信號的測量是否可靠？是否可重現(xiàn)）；
6.采樣速度和時序精度（一秒鐘可以采集多少個完整的光譜？采集光譜的時刻是否精確？）
1.波長范圍
波長范圍是光譜儀所能測量的波長區(qū)間。常見的光纖光譜儀的波長范圍是400nm-1100nm，也就是可以探測可見光和一部分近紅外的光。使用新型探測器可以使這個范圍拓展至200nm-2500nm，即覆蓋紫外、可見和近紅外波段。光柵的類型以及探測器的類型會影響波長范圍。一般來說，寬的波長范圍意味著低的波長分辨率，所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數(shù)間做權(quán)衡。如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率，則需要組合使用多個光譜儀通道（多通道光譜儀）。
2.波長分辨率
顧名思義，波長分辨率描述了光譜儀能夠分辨波長的能力，經(jīng)常用的光譜儀的波長分辨率大約為1nm，即可以區(qū)分間隔1nm的兩條譜線。Avantes公司可以提供的較高的波長分辨率為0.025nm。波長分辨率與波長的取樣間隔（數(shù)據(jù)的x坐標的間隔）是兩個不同概念。一般來說，高的波長分辨率意味著窄額度波長范圍，所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數(shù)間做權(quán)衡。如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率，則需要組合使用多個光譜儀通道（多通道光譜儀）。
3.噪聲等效功率和動態(tài)范圍
當信號的值與噪聲的值相當時，從噪聲中分辨信號就會非常困難。一般用與噪聲相當?shù)男盘柕闹担ü庾V輻照度或光譜輻亮度）來表征能一個光譜儀所能夠測量的最弱的光強(Y軸的最小值)。噪聲等效功率越小，光譜儀就可以測量更弱的信號。狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型等等參數(shù)都會影響噪聲等效功率。因為這些參數(shù)也會影響波長范圍和波長分辨率，用戶需要在這些指標間做出取舍。對探測器制冷（Avantes公司的制冷型光譜儀）有助于減小探測器的熱噪音，優(yōu)化探測器檢測弱光的能力。
動態(tài)范圍描述一個光譜儀所能夠測量到的較全的信號與最弱的信號的比值。較全的信號為光譜儀在信號不飽和情況下，所能測量的最大信號值，最弱的信號用上述的噪聲等效功率衡量。動態(tài)范圍主要受制于探測器的類型。傳統(tǒng)上，動態(tài)范圍是影響測量方便性的一個很關(guān)鍵的指標，但目前大部分光纖光譜儀都可以通過調(diào)整積分時間的方式等效地擴大動態(tài)范圍，因此，動態(tài)范圍一般不會對用戶的測量帶來困擾。
4.靈敏度與信噪比
靈敏度描述了光譜儀把光信號變成電子學(xué)信號的能力，高的靈敏度有助于減小電路本身的噪聲對結(jié)果影響。狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型以及電路的參數(shù)都會影響靈敏度。衍射效率高的光柵和量子效率高的探測器都有利于提高光譜儀的靈敏度。人為地調(diào)高前置放大電路的放大倍數(shù)也會提高名義上的靈敏度，但并不一定有助于實際的測量。寬的狹縫會改善靈敏度，但也會降低分辨率，因此，需要用戶綜合考慮和權(quán)衡。
光譜儀的信噪比定義為：光譜儀在強光照射下，接近飽和時的信號的平均值與信號偏離平均值的抖動值（以標準偏差橫向）的比。需要注意的是，因為定義中沒有對光源做任何限制，使用這個定義所測量到的信噪比并不能等同于用戶在實際實驗中所能實現(xiàn)的信噪比。光譜儀的信噪比主要受探測器限制。通過光譜儀電路的平均功能累加信號，可以提高實際測量中的信噪比。
5.干擾與穩(wěn)定性
實際光譜儀與理想光譜儀的重要區(qū)別之一是其內(nèi)部存在雜散光等干擾。雜散光會影響信號的準確性，并對測量弱信號帶來麻煩。特殊設(shè)計的低雜散光光路能夠降低光路中的雜散光。
光譜儀的光路和探測器都不可避免地隨著環(huán)境而變化，例如，環(huán)境溫度的變化會導(dǎo)致光譜儀波長（X軸）的漂移。對光路和探測器做特殊處理能夠增強光譜儀的長期穩(wěn)定性。然而，這些特殊處理會增加光譜儀的硬件成本。
6.采樣速度和時序精度
Avantes公司的標準光譜儀可以在一秒鐘內(nèi)采集約900幅完整的光譜。當需要研究在更短時間內(nèi)的光譜變化時，更快速的光譜儀可以在一秒鐘內(nèi)采集高達8000幅光譜。然而，這些光譜儀往往在波長分辨率等指標上不能與標準光譜儀媲美，用戶也必須綜合考慮各個指標。
光譜儀必須具備好的時序性能方能捕捉到很短的脈沖信號。不同類型的光譜儀的時序精度差別很大，性能好的可以到納秒量級的時間精度，而性能差的只能到毫秒量級的時間精度。
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