JJF 1329-2011 瞬态光谱仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

—

JJF13292011

瞬态光谱仪校准规范

CalibrationSecificationforInstantaneousSectralInstruments

pp

ㅤㅤㅤㅤ

2011-12-28发布2012-03-28实施

国家质量监督检验检疫总局发布

—

JJF13292011

瞬态光谱仪校准规范췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍

췍

췍췍

췍—췍

췍

CalibrationSecificationforInstantaneousJJF13292011

p췍

췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍

SpectralInstruments

,

本规范经国家质量监督检验检疫总局于年月日批准并自

20111228

年月日起施行。

2012328

ㅤㅤㅤㅤ

—

JJF13292011

目录

范围……………………()

11

引用文件………………()

21

术语……………………()

31

概述……………………()

41

计量特性………………()

52

紫外瞬态光谱仪……………………()

5.12

可见光瞬态光谱仪…………………()

5.22

近红外瞬态光谱仪…………………()

5.32

校准条件………………()

63

环境条件……………()

6.13

测量标准及设备……………………()

6.23

校准项目和校准方法…………………()

74

校准项目……………()

7.14

校准方法……………()

7.24

复校时间间隔…………()

87

ㅤㅤㅤㅤ()

附录A校准证书内页格式……………8

附录校准原始记录格式……………()

B9

附录测量不确定度评定……………()

C10

—

JJF13292011

瞬态光谱仪校准规范

1范围

-4

本规范适用于波长范围为250nm~1750nm、所测光源的闪光时间≥1×10s的

。。

瞬态光谱仪的校准其他型式的瞬态光谱仪可参照本规范进行校准

2引用文件

本规范引用下列文件:

—光谱辐射亮度标准灯

JJG3832002

—发射光谱仪

JJG7682005

—光学辐射计量名词术语及定义

JJF10322005

:脉冲光辐射源光谱辐射测定(

CIE1051993SectroradiometrofPulsedOtical

pyp

)

RadiationSources

,;

凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范凡是不注日期的引用文

,()。

件其最新版本包括所有的修改单适用于本规范

3术语

ㅤㅤㅤㅤ

3.1瞬态光谱instantaneoussectrum

p

具有瞬时特征的按波长或频率次序排列的电磁波序列。

3.2闪光时间flashintime

g

一次间歇发光所持续的时间。

4概述

-4

,

瞬态光谱仪是用于测量闪光时间≥1×10s的瞬态光源光谱特性的仪器其核心

。,

技术是瞬态光电摄谱技术和杂散次级光谱滤除技术根据波长划分瞬态光谱仪分为紫

、、。

外瞬态光谱仪可见光瞬态光谱仪近红外瞬态光谱仪

。,

瞬态光谱仪的组成如图所示入射狭缝接收被测光源的入射光入射光经平面

11

,,

反射镜反射后被第一球面反射镜准直成平行光然后被平面闪耀光栅分光成一

234

,、

束平直光谱线再经过第二球面反射镜把紫外可见或近红外线光谱经滤光片滤除后

5

,,

准确地成像在线阵探测器的光敏面上经过线阵探测器转化为电信号

CCD6CCD6

,

由驱动放大电路和高速数据采集存储系统处理信号经计算机对数据处理

CCD789

和标定后显示所测光谱等参数。

1

—

JJF13292011

图瞬态光谱仪组成示意图

1

—入射狭缝;—平面反射镜;—第一球面反射镜;—平面闪耀光栅;—第二球面反射镜;

12345

—线阵CCD探测器;—驱动放大电路;—高速数据采集存储系统;—计算机

67CCD89

5计量特性

5.1紫外瞬态光谱仪

ㅤㅤㅤㅤ

波长范围:250nm~380nm;

波长最大允许误差:±0.5nm;

响应时间:<1s;

积分时间线性:>90%;

光谱辐亮度测量扩展不确定度:();

U=8%k=2

相对光谱功率测量扩展不确定度:()。

U=5%k=2

5.2可见光瞬态光谱仪

波长范围:380nm~780nm;

波长最大允许误差:±1.0nm;

响应时间:<1s;

积分时间线性:>90%;

光谱辐亮度测量扩展不确定度:();

U=5%k=2

相对光谱功率测量扩展不确定度:();

U=3%k=2

色温最大允许误差:±20K;

色品坐标最大允许误差(,):。

ΔxΔy±0.008

5.3近红外瞬态光谱仪

波长范围:780nm~1750nm;

波长最大允许误差:±2.0nm;

响应时间:<1s;

2

—

JJF13292011

积分时间线性:>90%;

光谱辐亮度测量扩展不确定度:();

U=8%k=2

相对光谱功率测量扩展不确定度:()。

U=5%k=2

:,。

注以上指标不是用于合格性判别仅供参考

6校准条件

6.1环境条件

环境温度:(),相对湿度:。

6.1.120±5℃≤85%

电源供电要求:()。

6.1.2220±10V

,,、

6.1.3环境应清洁无腐蚀性气体周围无影响仪器正常工作的振动和电场磁场的

干扰。

6.1.4要求测量环境为光暗室。

6.2测量标准及设备

6.2.1校准装置

、,。

校准装置包括标准光源系统入射光路两部分见图2

ㅤㅤㅤㅤ

图瞬态光谱仪校准装置示意图

2

—标准钨带灯;—汞灯;—精密转盘;—第一平面反射镜;—第一离轴抛物面镜;—第二离轴抛物面镜;

123456

—第二平面反射镜;—斩波器;—分束器;—被校瞬态光谱仪;—探测器;—示波器

789101112

:、、。

标准光源系统由汞灯标准钨带灯灯架及精密转盘等组成高压汞灯和低压汞

。,。

灯各一只采用光谱辐亮度已标定的标准钨带灯其色温为2856K

:、、、。

入射光路由平面反射镜离轴抛物面镜斩波器分束器和示波器组成斩波器

,。,

频率连续可调示波器采样带宽为300MHz整个光路要用漫反射比低的屏蔽箱罩住

以屏蔽杂散光。

6.2.2供电设备

,,

标准钨带灯采用直流稳流电源供电电流连续可调10min内输出电流变化应不

大于0.02%。

3

—

JJF13292011

7校准项目和校准方法

7.1校准项目

瞬态光谱仪的校准项目见表1。

表校准项目一览表

1

序号校准项目

1波长示值误差

2响应时间

3积分时间线性

4光谱辐亮度示值

5相对光谱功率示值

6色温示值误差

7色品坐标示值误差

7.2校准方法

7.2.1波长示值误差

波长示值误差由式()表示:

1

()

Δλλλ1

=-

s

ㅤㅤㅤㅤ

式中:———被校瞬态光谱仪对汞灯波长次测量的算术平均值,;

λ6nm

———汞灯标准峰值波长值,。

λnm

s

瞬态光谱仪波长示值误差校准步骤如下:

),

1启动计算机到工作状态根据被校光谱仪的波长范围选择低压汞灯或高压汞灯

。,,

作为波长标准打开伺服电机开关计算机控制伺服电机转动精密转盘将所选低压汞

,;

灯或高压汞灯移入光路打开汞灯的电源开关

),,

把被校瞬态光谱仪放置在如图所示的位置调节光路保证汞灯入射光被准

22

,;

确地会聚到被校瞬态光谱仪的狭缝位置打开瞬态光谱仪的电源开关

),,

3打开操作软件设置被测参数为相对光谱功率计算机控制被校瞬态光谱仪进

,,;

行汞灯相对光谱功率测量取次测量平均值作为最终结果给出波长示值误差

6

4)关闭汞灯电源开关和瞬态光谱仪电源开关;

5)关闭计算机和伺服电机控制器电源开关。

7.2.2响应时间

。

响应时间的校准是在如图所示的瞬态光谱仪校准装置上进行的根据被校瞬态光

2

,,,

谱仪的响应时间和积分时间选择占空比符合要求的斩波器叶片并设置斩波器频率

。

保证在被校瞬态光谱仪一个积分周期内仅接收到一次脉冲光逐渐减小脉冲光的脉冲宽

,,

度用被校瞬态光谱仪测量标准钨带灯的相对光谱功率被校瞬态光谱仪能够测量到与

标准相对光谱功率分布曲线相一致的曲线所对应的最小脉冲宽度就是被校瞬态光谱仪的

。,

响应时间脉冲宽度由探测器和示波器进行测量示波器所测波形的半带宽即为瞬态光

4

—

JJF13292011

源的脉冲宽度。

瞬态光谱仪响应时间校准步骤如下:

),,

1启动计算机到工作状态打开伺服电机开关计算机控制伺服电机转动精密转

,,,

盘将标准钨带灯移入光路打开标准钨带灯的电源开关旋转标准钨带灯电源的电流

,,;

旋钮将其电流值慢慢增加到标准电流值预热30min

),,

把被校瞬态光谱仪放置在如图所示的位置调节光路保证标准钨带灯入射

22

,、;

光有效地进入被校瞬态光谱仪打开瞬态光谱仪斩波器和示波器的电源开关

),,,

3打开操作软件设置被测参数为相对光谱功率按照上述响应时间的测量方法

,;

进行被校瞬态光谱仪响应时间的校准最终给出响应时间的校准结果

),,、

4旋转标准钨带灯电源的电流旋钮将其电流值慢慢减小到零关闭标准钨带灯

瞬态光谱仪和斩波器的电源开关;

5)关闭计算机和伺服电机电源开关。

7.2.3积分时间线性

。

积分时间线性的校准是在如图所示的瞬态光谱仪校准装置上进行的改变被校瞬

2

,用被校瞬态光谱仪测量标准钨带灯的光谱

态光谱仪的积分时间值在不同的积分时间下

,

辐亮度不同积分时间下的线性因子等于标准钨带灯光谱辐亮度标准值与测量值的

L

。、、,

比值对于紫外瞬态光谱仪可见光瞬态光谱仪近红外瞬态光谱仪不同积分时间下

光谱辐亮度测量的波长可以分别选择在,,。

300nm600nm1200nm

ㅤㅤㅤㅤ:

瞬态光谱仪积分时间线性校准步骤如下

1)重复7.2.2的步骤1);

),,

把被校瞬态光谱仪放置在如图所示的位置调节光路保证标准钨带灯入射

22

,;

光有效地进入被校瞬态光谱仪打开瞬态光谱仪的电源开关

),,

3打开操作软件设置被测参数为光谱辐亮度设定被校瞬态光谱仪的最大积分

(),。

时间不能饱和计算机控制被校瞬态光谱仪测量标准钨带灯的光谱辐射亮度值保

,,。

持光源条件不变减小积分时间分别进行标准钨带灯光谱辐亮度测量动态范围不够

时可改变光源的辐射强度或通过减光的方法实现被校瞬态光谱仪积分时间的范围;

4)给出瞬态光谱仪指定波长处的不同积分时间下的线性因子;

),,

5旋转标准钨带灯的电源的电流旋钮将其电流值慢慢减小到零关闭标准钨带

灯和瞬态光谱仪电源开关;

6)关闭计算机和伺服电机电源开关。

7.2.4光谱辐亮度示值

。

光谱辐亮度示值的校准是在如图所示的瞬态光谱仪校准装置上进行的用被校瞬

2

,

态光谱仪测量标准钨带灯的光谱辐亮度取次测量的平均值作为光谱辐亮度示值最终

6

。、、

结果对于紫外瞬态光谱仪可见光瞬态光谱仪近红外瞬态光谱仪光谱辐亮度测量的

波长可以选择在,,,,,,,,

250nm300nm350nm400nm500nm600nm700nm900nm

,,,。

1050nm1200nm1550nm1700nm

瞬态光谱仪光谱辐亮度校准步骤如下:

)));

重复的步骤和

17.2.312

5

—

JJF13292011

),,

2打开操作软件设置被测参数为光谱辐亮度计算机控制被校瞬态光谱仪进行

,;

标准钨带灯光谱辐亮度测量取次测量平均值作为最终结果

6

3)把标准钨带灯指定波长处光谱辐亮度的测量结果与上一级计量机构对该标准钨

,

带灯对应波长处的光谱辐亮度的检定结果相比较给出对应波长处光谱辐亮度标准值与

测量值的比值作为修正因子;

)))。

重复的步骤和

47.2.356

7.2.5相对光谱功率示值

。

相对光谱功率示值的校准是在如图所示的瞬态光谱仪校准装置图上进行的用被

2

,

校瞬态光谱仪测量标准钨带灯的相对光谱功率分布取次测量的平均值作为相对光谱

6

。。

功率示值最终结果波长的选择与7.2.4相同

瞬态光谱仪相对光谱功率校准步骤如下:

)));

重复的步骤和

17.2.312

),,

2打开操作软件设置被测参数为相对光谱功率计算机控制被校瞬态光谱仪进

,;

行标准钨带灯相对光谱功率测量取次测量平均值作为最终结果

6

),

3把标准钨带灯指定波长处相对光谱功率的测量结果与其标准值相比较给出对

应波长处相对光谱功率标准值与测量值的比值作为修正因子;

)))。

重复的步骤和

47.2.356

7.2.6色温示值误差

色温示值误差由式()表示:ㅤㅤㅤㅤ

2

()

ΔTTT2

=-

s

式中:———被校瞬态光谱仪对标准钨带灯色温次测量的算术平均值,;

T6K

———标准钨带灯标准色温值,。

TK

s

瞬态光谱仪色温示值误差校准步骤如下:

)));

重复的步骤和

17.2.312

),,

2打开操作软件设置被测参数为色温计算机控制被校瞬态光谱仪进行标准钨

,。,

带灯色温测量并给出测量结果取次测量平均值作为色温的最终结果给出色温示

6

值误差;

)))。

重复的步骤和

37.2.356

7.2.7色品坐标示值误差

色品坐标示值误差由式()、()表示:

34

()

Δxxx3

=-

s

()

Δ=-4

s

yyy

式中:,———被校瞬态光谱仪对标准钨带灯色品坐标次测量的算术平均值;

xy6

x,———标准钨带灯标准色品坐标值。

ss

y

瞬态光谱仪色品坐标示值误差校准步骤如下:

)));

重复的步骤和

17.2.312

),,

2打开操作软件设置被测参数为色品坐标计算机控制被校瞬态光谱仪进行标

,。

准钨带灯色品坐标测量并给出测量结果取次测量平均值作为色品坐标的最终结

6

6

—

JJF13292011

,;

果给出色品坐标示值误差

)))。

重复的步骤和

37.2.356

8复校时间间隔

。,

瞬态光谱仪的复校时间间隔建议为年使用特别频繁时应适当缩短如果发现测

1

,。

量结果异常时应随时进行校准送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间

间隔。

ㅤㅤㅤㅤ

7

—

JJF13292011

附录A

校准证书内页格式

证书编号:

CertificateNo.

校准结果

ResultsofCalibration

、

一波长示值误差

、

二响应时间

测量结果不确定度

、

三积分时间线性

波长积分时间线性因子

测量结果不确定度

、

四光谱辐亮度示值

标准值示值修正因子

ㅤㅤㅤㅤ

测量结果不确定度

、

五相对光谱功率示值

标准值