光谱仪，分光辐射计，分光光度计，光度计，辐射计有什么不同?

那些处理光谱和光测量设备的人有时想知道光谱仪、光谱辐射计、光谱仪和光度计之间有什么区别。了解差异对于特定应用很重要，这样资金就不会浪费在无法完成工作的错误设备上。在此技术说明中，解释了差异并给出了每个类别的示例。然而，作为起点，应该提到任何名称中包含“光谱”的设备都将测量作为波长函数的参数。无论是光强度还是反射率或吸收率，它的值都是在一定范围内的每个波长上提供的。

以下是每种仪器的说明：

光谱仪

光谱仪将测量作为波长函数的光的相对强度。通常采用反射几何结构的衍射光栅用于将光分散到 CCD 相机上。每个像素将接收入射辐射的小带宽。图 1 显示了几何结构：

图 1：带有衍射光栅和 CCD 相机的光谱仪

近年来，随着数字光处理 (DLP) 技术的引入，出现了新型光谱仪。每次使用一组微镜将一小部分光谱反射到单晶探测器上，然后逐段构建完整光谱。图 2 显示了这种安排。

图 2：采用 DLP 技术的光谱仪

与阵列检测器相比，使用 DLP 技术的一个主要优势是单晶检测器的成本，特别是在 NIR 区域，远低于 InGaAs 检测器阵列，而 InGaAs 检测器阵列可能非常昂贵 。DLP 反射镜不会显着增加仪器的价格。除了成本之外，DLP 的检测器区域可以更大(几毫米而不是几十微米)，这可以提高信噪比 (SNR) 并减少由于缺陷像素和像素到像素不均匀性导致的扫描错误，因为只有使用单晶检测器。

分光辐射计

光谱辐射计是一种具有光强校准功能的光谱仪。因此，每个波长的测量光都有一个与之相关的单位。该单位可以是辐射单位，例如瓦特/平方米，也可以是光度单位，例如勒克斯，具体取决于应用或量子单位，例如μ mol/m^2/sec(用于测量光合通量密度)。

在图 3 中，显示了照明护照测量的两个结果。左图显示相对强度，右表显示以勒克斯或英尺烛光为单位的总照度。

图 3：光谱辐射计测量的强度以 Lux 为单位进行校准

在图 4 中，量子表示用于显示作为波长函数的光合光子通量密度 (PPFD)。为农业应用量身定制的 Spectrum Genius 农业照明 (SGAL) 应用程序显示了下图。图表下方的滑块可以移动，因此可以找到每个特定波长的 ppfd 值。

图 4：PPFD 图。滑块正在测量蓝色峰值 PPFD，单位为μ mol/m 2 /sec

必须注意的是，辐射辐照度单位在整个电磁范围内有效，而光度单位仅在 380-780 nm 范围内有效。因此，例如谈论 250 nm 波长的照度和勒克斯意义不大。

分光光度计

分光辐射计用于测量表面反射率，并使用反射率计算材料在一定波长范围内的吸光度。因此，分光光度计包含一个内部光源，该光源照射在物体上并测量反射率。参考光束 R 0通常是从 99% 漫反射光谱表面测量的，并记录在仪器中。通过测量反射强度，反射率由r=R/R 0的比率测量。吸光度计算为 log(1/r)，其中 r 不是百分比。图 6 显示了 900-1700 nm 范围内的分光光度计，它属于 NIR 范围并且也使用 DLP 技术。

图5：分光光度计包含内部光源并测量反射率和吸光度

也可以将线性阵列用于分光光度计，但 DLP 技术更便宜，并且单元件检测器的尺寸可能比提高信噪比的阵列元件大得多。

光度计和辐射计

光度计和辐射计都测量总光照度(以 Lux 为单位)或以 Watts/m^2 为单位的总光照度。没有测量光谱。

总结：

光谱仪、光谱辐射计和分光光度计与简单的辐射计和光度计的不同之处在于它们包含一个衍射光栅，可以将信号分成不同的波长。DLP 技术通过消除对 InGaAS 阵列检测器的需求，帮助降低了 NIR 区域光谱仪的成本。