وظيفة مطياف الألياف الضوئية

عادةً ما تستخدم مقاييس طيف الألياف الضوئية الألياف الضوئية كمقرنة للإشارة، والتي سيتم قياسها ضوئيًا مقترنة بمقياس الطيف للتحليل الطيفي. ونظرًا لراحة الألياف الضوئية، يمكن للمستخدمين أن يتمتعوا بمرونة شديدة لبناء نظام اكتساب الطيف.

تتمثل ميزة مطياف الألياف الضوئية في نمطية ومرونة نظام القياس. الصغيرمطياف الألياف الضوئيةمن MUT في ألمانيا سريع جدًا بحيث يمكن استخدامه للتحليل عبر الإنترنت. وبسبب استخدام أجهزة الكشف العالمية منخفضة التكلفة، يتم تقليل تكلفة جهاز المطياف، وبالتالي يتم تقليل تكلفة نظام القياس بأكمله

يتكون التكوين الأساسي لمطياف الألياف الضوئية من شبكة وشق وكاشف. يجب تحديد معلمات هذه المكونات عند شراء مطياف. يعتمد أداء مقياس الطيف على التركيبة الدقيقة لهذه المكونات ومعايرتها، وبعد معايرة مطياف الألياف الضوئية، من حيث المبدأ، لا يمكن أن تحتوي هذه الملحقات على أي تغييرات.

مقدمة الوظيفة

صريف

يعتمد اختيار الشبكة على النطاق الطيفي ومتطلبات الدقة. بالنسبة لمقاييس طيف الألياف الضوئية، يتراوح النطاق الطيفي عادةً بين 200 نانومتر و2500 نانومتر. ونظرًا لمتطلبات الدقة العالية نسبيًا، فمن الصعب الحصول على نطاق طيفي واسع؛ وفي الوقت نفسه، كلما زادت متطلبات الدقة، قل التدفق الضوئي. بالنسبة لمتطلبات الدقة المنخفضة والنطاق الطيفي الأوسع، فإن صريف 300 خط / مم هو الخيار المعتاد. إذا كانت هناك حاجة إلى دقة طيفية عالية نسبيًا، فيمكن تحقيق ذلك عن طريق اختيار شبكة ذات 3600 خط / مم، أو اختيار كاشف بدقة بكسل أكبر.

شق

يمكن أن يؤدي الشق الأضيق إلى تحسين الدقة، ولكن تدفق الضوء أصغر؛ ومن ناحية أخرى، فإن الشقوق الأوسع يمكن أن تزيد من الحساسية، ولكن على حساب الدقة. في متطلبات التطبيقات المختلفة، يتم تحديد عرض الشق المناسب لتحسين نتيجة الاختبار الإجمالية.

التحقيق

يحدد الكاشف في بعض النواحي دقة وحساسية مطياف الألياف الضوئية، وتكون المنطقة الحساسة للضوء في الكاشف محدودة من حيث المبدأ، وهي مقسمة إلى العديد من البكسلات الصغيرة للحصول على دقة عالية أو مقسمة إلى بكسلات أقل ولكن أكبر للحصول على حساسية عالية. بشكل عام، حساسية كاشف CCD أفضل، لذا يمكنك الحصول على دقة أفضل بدون حساسية إلى حد ما. بسبب الحساسية العالية والضوضاء الحرارية لكاشف InGaAs في الأشعة تحت الحمراء القريبة، يمكن تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء للنظام بشكل فعال عن طريق التبريد.

مرشح بصري

وبسبب تأثير الحيود متعدد المراحل للطيف نفسه، يمكن تقليل تداخل الحيود متعدد المراحل باستخدام المرشح. على عكس مقاييس الطيف التقليدية، يتم تغليف مقاييس الطيف الضوئي بالألياف الضوئية على الكاشف، ويجب تثبيت هذا الجزء من الوظيفة في مكانه في المصنع. وفي الوقت نفسه، يتمتع الطلاء أيضًا بوظيفة مقاومة الانعكاس ويحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في النظام.

يتم تحديد أداء المطياف بشكل أساسي من خلال النطاق الطيفي والدقة البصرية والحساسية. عادةً ما يؤثر أي تغيير في إحدى هذه المعلمات على أداء المعلمات الأخرى.

التحدي الرئيسي الذي يواجه مقياس الطيف لا يتمثل في تعظيم جميع المعلمات في وقت التصنيع، ولكن في جعل المؤشرات الفنية للمطياف تلبي متطلبات الأداء للتطبيقات المختلفة في هذا الاختيار الفضائي ثلاثي الأبعاد. تتيح هذه الإستراتيجية للمطياف إرضاء العملاء لتحقيق أقصى عائد مع الحد الأدنى من الاستثمار. ويعتمد حجم المكعب على المؤشرات الفنية التي يحتاج المطياف إلى تحقيقها، ويرتبط حجمه بتعقيد المطياف وسعر منتج المطياف. يجب أن تلبي منتجات المطياف المعايير الفنية المطلوبة من قبل العملاء بشكل كامل.

النطاق الطيفي

مطيافمع نطاق طيفي أصغر عادة ما يعطي معلومات طيفية مفصلة، ​​في حين أن النطاقات الطيفية الكبيرة لها نطاق بصري أوسع. لذلك، يعد النطاق الطيفي للمطياف أحد العوامل المهمة التي يجب تحديدها بوضوح.

العوامل التي تؤثر على النطاق الطيفي هي بشكل أساسي الشبكة والكاشف، ويتم اختيار الشبكة والكاشف المقابلين وفقًا لمتطلبات مختلفة.

حساسية

عند الحديث عن الحساسية، من المهم التمييز بين الحساسية في القياس الضوئي (أصغر قوة إشارة يمكن أن تكون أمطيافيمكن اكتشافها) والحساسية في قياس العناصر الكيميائية (أصغر فرق في الامتصاص يمكن أن يقيسه مقياس الطيف).

أ. الحساسية الضوئية

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مقاييس طيفية عالية الحساسية، مثل الفلورسنت ورامان، نوصي باستخدام مقاييس طيف الألياف الضوئية المبردة حراريًا SEK مع كاشفات CCD ذات مصفوفة ثنائية الأبعاد مبردة حراريًا بدقة 1024 بكسل، بالإضافة إلى عدسات تكثيف الكاشف، ومرايا ذهبية، وشقوق واسعة ( 100 ميكرومتر أو أوسع). يمكن لهذا النموذج استخدام أوقات تكامل طويلة (من 7 مللي ثانية إلى 15 دقيقة) لتحسين قوة الإشارة، ويمكنه تقليل الضوضاء وتحسين النطاق الديناميكي.

ب. حساسية العناصر الكيميائية

من أجل الكشف عن قيمتين لمعدل الامتصاص بسعة قريبة جدًا، لا يلزم حساسية الكاشف فحسب، بل يلزم أيضًا نسبة الإشارة إلى الضوضاء. الكاشف الذي يتمتع بأعلى نسبة إشارة إلى ضوضاء هو كاشف CCD ذو المصفوفة ثنائية الأبعاد المبردة حرارياً بـ 1024 بكسل في مطياف SEK مع نسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ 1000:1. يمكن أن يؤدي متوسط ​​الصور الطيفية المتعددة أيضًا إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وزيادة العدد المتوسط ​​ستؤدي إلى زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء عند سرعة الجذر التربيعي، على سبيل المثال، يمكن لمتوسط ​​100 مرة زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء 10 مرات، لتصل إلى 10000:1.

دقة

تعد الدقة البصرية معلمة مهمة لقياس قدرة التقسيم البصري. إذا كنت بحاجة إلى دقة بصرية عالية جدًا، فنوصيك باختيار شبكة ذات 1200 خط/مم أو أكثر، بالإضافة إلى فتحة ضيقة وكاشف CCD بدقة 2048 أو 3648 بكسل.