微型光纖光譜儀的行業(yè)應用

HY-UVA6000微型光譜儀的應用領(lǐng)域非常廣泛，如農業(yè)、天文、汽車(chē)、生物、化學(xué)、鍍膜、色度計量、環(huán)境檢測、薄膜工業(yè)、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、拉曼光譜、半導體工業(yè)等。下面介紹一些典型應用。

1．顏色測量–色度儀,色度計
一般來(lái)說(shuō)，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實(shí)驗布局，比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長(cháng)范圍在380到780nm，分辨率（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續光源和白色反射瓦。對于測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥(niǎo)類(lèi)羽毛顏色等不同的應用可以使用不同的光纖探頭。應用反射光譜的顏色測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

2．紫外/可見(jiàn)吸收光譜測量
液體的吸收率測量可以用不同的實(shí)驗布局和波長(cháng)范圍來(lái)實(shí)現，如使用浸入型光纖探頭或流動(dòng)樣品池進(jìn)行在線(xiàn)吸收率測量，或使用樣品固定器進(jìn)行樣品的吸收率測量。對于測量紫外/可見(jiàn)波長(cháng)范圍的光譜儀，可以選擇波長(cháng)范圍200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素燈作為光源。不同的應用可以選擇不同的光纖探頭。吸收率測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

3．發(fā)射光譜測量
發(fā)射光譜測量可以用不同的實(shí)驗布局和波長(cháng)范圍來(lái)實(shí)現，還要用到余弦校正器或積分球。發(fā)射光譜測量可以在紫外/可見(jiàn)和可見(jiàn)/近紅外波長(cháng)范圍內測量。
對于發(fā)射光譜的絕對測量，光譜儀可以配置成波長(cháng)范圍從200-400nm或350-1100nm，或組合起來(lái)實(shí)現紫外/可見(jiàn)200-1100nm，并可以在定標實(shí)驗室里進(jìn)行輻射定標。定標后的實(shí)驗布局不能改變，如光纖和勻光器都不能更改。
為了使實(shí)驗布局更靈活，用可見(jiàn)/近紅外定標光源或紫外/可見(jiàn)/近紅外定標光源可以在用戶(hù)現場(chǎng)進(jìn)行定標。定標并載入輻射定標數據。發(fā)射光譜測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

4．LED測量
最簡(jiǎn)單而且迅速地測量LED的整個(gè)光通量的方法就是使用一個(gè)積分球，并把它連接到一個(gè)光譜儀上。該系統可以用鹵素燈進(jìn)行定標，然后用軟件從測量到的光譜分布計算出相關(guān)參數，并實(shí)現輻射量的絕對測量。所測光源的光譜發(fā)光強度還可以用μW/cm2/nm來(lái)計算、顯示并存儲。另外的窗口還可以顯示大約10個(gè)參數：輻射量μW/cm2, μJ/cm2, μW或μJ；光通量lux或lumen，色軸X, Y, Z, x, y, z, u, v和色溫。LED測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

5．薄膜厚度測量
膜厚測量系統基于白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，分辨率為1nm。薄膜測量在半導體晶片生長(cháng)過(guò)程中經(jīng)常被用到，因為等離子體刻蝕和淀積過(guò)程需要監控；其它應用如在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學(xué)膜層也需要測量膜層厚度。配套的應用軟件包括豐富的各種常用材料和膜層的n值和k值，可以實(shí)現膜層厚度的在線(xiàn)監測，并可以輸出到Excel文件進(jìn)行過(guò)程控制。薄膜厚度測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

6．真空室鍍膜過(guò)程監控
光纖光譜儀為真空室內鍍膜過(guò)程的監控提供了一種靈活的測量手段，它可以方便地把光引入并引出真空室或潔凈工作倉，同時(shí)選擇鍍膜過(guò)程分析所需要測量的參數。在實(shí)際的在線(xiàn)生產(chǎn)中，可以在工作倉中放置幾個(gè)探頭來(lái)檢測整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。圖示為真空室鍍膜過(guò)程監控的典型實(shí)驗布局。在這里一個(gè)反射型光纖探頭用來(lái)在線(xiàn)監測鍍膜過(guò)程。氘-鹵素燈發(fā)出的光被導入真空室并傳導到反射探頭上，反射光由反射探頭傳導到光譜儀中；也可以再增加一個(gè)通道作為參考測量來(lái)補償光源的波動(dòng)。

7．氧濃度傳感器
氧濃度傳感器包括一個(gè)光纖熒光探頭，探頭表面鍍有專(zhuān)利技術(shù)的膜層，并使用一個(gè)藍光LED作為激發(fā)源，還有一臺高靈敏度的微型光譜儀。該傳感器應用熒光技術(shù)測量氧的絕對含量，樣品產(chǎn)生的熒光反射回探測器上。當氣態(tài)或液態(tài)樣品中的氧擴散到探頭的膜層上時(shí)，就會(huì )使熒光猝滅，猝滅的程度與樣品中的氧的濃度是相關(guān)的。
氧濃度測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

8．寶石成分檢測
顏色是判斷鉆石成色的決定因素之一，天然鉆石和人造鉆石可以用波長(cháng)范圍在400-750nm的光檢測出來(lái)。在天然Ia類(lèi)鉆石的吸收譜中可以發(fā)現415nm和478nm的特征波長(cháng)，而人造鉆石在該波長(cháng)處則沒(méi)有吸收峰。人造鉆石中可以探測到592nm和741nm的波長(cháng)。而且天然鉆石和人造鉆石的吸收峰幅值相差近10倍。當然其它寶石也可以用這種方法檢測，如紅寶石、紫翠玉、藍寶石等。寶石成分檢測的典型實(shí)驗布局如圖所示。

9．熒光測量–熒光光譜儀系統
在許多應用領(lǐng)域如生物學(xué)（葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素）、生物醫學(xué)（惡性病的熒光診斷）和環(huán)境應用中都需要用到熒光檢測技術(shù)。熒光檢測通常需要高靈敏度光譜儀。在大多數應用中熒光能量?jì)H為激發(fā)光能量的3%，波長(cháng)要長(cháng)于激發(fā)光，而且時(shí)散射光。在熒光測量系統中，一定要避免激發(fā)光進(jìn)入到光譜儀中。熒光測量的典型實(shí)驗布局如圖所示。

10．生物醫學(xué)應用
在過(guò)去的十年中，許多用戶(hù)進(jìn)行了血成分分析的非侵入式和侵入式的光譜學(xué)測量手段，測量了許多重要的醫學(xué)指標，如組織和紋理中的氧濃度、血色素、細胞色素和水濃度等。非侵入式檢測系統包括微型光纖光譜儀、鹵鎢燈和反射型光纖探頭，而侵入式檢測系統則使用了一根植入于導管中的特殊的反射型光纖探頭。
在需要連續測量氧濃度、血色素的氧化和去氧化過(guò)程的醫學(xué)應用中，該系統得到了成功的應用。 生物醫學(xué)應用的典型實(shí)驗布局如圖所示。

11．拉曼光譜測量
拉曼光譜儀系統是一臺高度集成化而且價(jià)格很低的系統，適用于需要拉曼測量的應用領(lǐng)域。拉曼系統包括半導體激光器，光纖光譜儀，和多種可選光纖探頭和Raman應用軟件。
拉曼光譜儀系統有量個(gè)基本型：1。低成本非冷卻型，分辨率25cm-1。2。高性能TE致冷型，分辨率10cm-1。
拉曼光譜儀系統特別適用于反應過(guò)程監控、產(chǎn)品識別、遙感，水溶液、凝膠體和其它介質(zhì)中高散射粒子的判定。拉曼光譜儀系統的光源也可以選擇50mW或100mW的532nm固體綠光激光器、氬離子激光器或HeNe激光器。

12．顏色混合及匹配
主要的應用領(lǐng)域是印刷業(yè)、印染業(yè)和繪畫(huà)業(yè)。它的主要功能是創(chuàng )建一個(gè)新顏色與數據庫中的已知顏色進(jìn)行比對并進(jìn)行校正，也可以創(chuàng )建一個(gè)新顏色來(lái)與著(zhù)色文件中的顏色進(jìn)行比對。

13．材料（金屬/非金屬）成分檢測
LIBS（激光誘導熒光）技術(shù)是基于激光束聚焦到被測樣品上所產(chǎn)生的物質(zhì)電離過(guò)程，電子的再結合會(huì )發(fā)光，對該光譜進(jìn)行分析研究可以得到被測物質(zhì)的成分。
LIBS技術(shù)最初是由美國Los Alamos國家實(shí)驗室的David Cremers研究小組在二十多年前發(fā)明的。從此以后，LIBS技術(shù)成功地被用于痕量元素的檢測和惡劣環(huán)境下的在線(xiàn)成分分析等應用中。
根據所分析的元素不同，LIBS技術(shù)可以探測ppm到ppt級的含量。而且不需要對所測樣品進(jìn)行預加工（如拋光，溶解等），可以分析固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)樣品。
LIBS是一款結構緊湊、操作簡(jiǎn)便、分析結果準確的分析系統。它把高能激光束聚焦到樣品上，然后同軸收集產(chǎn)生的信號光，并用高分辨率、多通道、快觸發(fā)型光譜儀進(jìn)行分析。

14．園藝測量
園藝測量光譜儀被開(kāi)發(fā)用于測量溫室中可見(jiàn)光和近紅外光區域內的光強度和光譜分布。
光的強度和光強的譜線(xiàn)分布是影響植物的生長(cháng)和光合作用的非常重要的因素。對于光強度，可以通過(guò)經(jīng)由輻射校準過(guò)的準確地測量出光子數和其他參數，專(zhuān)門(mén)針對園藝學(xué)測量。光譜儀可以通過(guò)藍牙接口無(wú)線(xiàn)連接到遠程計算機。計算機可以用來(lái)控制溫室中濾光鏡的移動(dòng)或者控制特殊的燈泡。