關于LED燈光學檢測準確性和一致性討論

　　因為作為光電轉換的光電倍增管本身無法區分光譜, 所以由機械裝置轉動光柵來把一定帶寬的單色光功率信號按照波長大小依次投射到輸出狹縫, 由緊貼狹縫的光電倍增管接收并把光功率信號轉換并多級放大為電信號,再由外部電路進一步放大輸出到電腦中進行處理。在這一系列過程中, 技術非常復雜。

　　此外，測量需要準確的波長掃描(這對于光譜連續的燈的測量準確性不是問題，但對分離光譜的燈的光色參數特別是色參數測量準確性很重要，例如白熾燈的色溫測量準確度很高而三基色節能燈的色溫測量準確度較差), 測量的分辨率和準確度又與輸入輸出狹縫寬度、波長定位及掃描步長關系很大。所以光電倍增管式光譜儀的測量速度較慢, 早期的光譜儀一般需2～3分鐘, 近期的也需要10秒鐘左右。

　　光電倍增管式光譜儀的測量準確度可以很高，但光電倍增管也有缺點：①靈敏度因強光照射或因照射時間過長而降低，停止照射后會部分地恢復，這種現象稱為“疲乏”。我們在對一臺使用了多年光電倍增管式光譜儀對同一白熾燈連續重復測量90分鐘試驗中，其光通量不斷單向下降達3%,但色溫變化很小在5K內(0.2%);②光陰極表面各點靈敏度不均勻;③在實際測量中施加的電壓太高會產生噪聲。

　　(2)陣列式CCD光譜儀內部的工作原理

　　與光電倍增管式不同的地方是, 陣列式CCD光譜儀由光柵把被測燈的復色光分解為按波長大小順序排列的光譜光功率信號，并一次性同時投射到可區分光譜波長的CCD陣列上, 這種一次成像接收并獲得各波長光譜光功率信號的方式替代了需要掃描依次把單色光輸入到光電倍增管中來“分時段”接收各波長光譜光功率信號。并由此不再需要光柵掃描的機械轉動裝置。所以，測量速度非常快, 可達毫秒級。目前，照明用的較好的CCD轉換器為2048位,計算可得最高波長精度為0.2 nm。各方面總體來說,目前精度還比不上光電倍增管式光譜儀。

　　CCD的缺點有：①基底噪聲較大;②暗電流與溫度關系密切，需冷卻，每降低5～7℃，暗流就減小一半，專業應用的CCD常用液氮制冷，使其溫度低于 -110℃;半導體制冷一般為-10℃至-20℃, 難以達到很高水平;③CCD器件各個像素的量子效率不一致,會造成各波長光功率大小測量誤差,這比上面提到的光電倍增管光陰極表面各點靈敏度不均勻的影響要嚴重。

　　以上兩種光譜儀內部技術上非常復雜, 各環節都有可能產生誤差, 設備成本檔次不同,誤差級別就不同, 且購買設備時已固化了的。使用設備的檢測機構和企業不可能、也不允許隨便動。除光譜儀之外, 我們在使用時更應注意避免或改進整個測量活動中可能存在的許多其它誤差源。

　　值得一提的是：對于較早期的機械掃描光電倍增管式光譜分析儀中，當用標準參考燈定標時，應調節光電倍增管的負高壓使其各光譜中的最大光功率值在電腦中掃描顯示約為20%高度，之后的測量中該負高壓調節旋鈕就不要再動了，否則需重新定標。

　　其后測量中只需調節放大率旋鈕,因為標準參考燈一般為發光效率很低的白熾燈，而被測燈或LED燈發光效率可能高于它的數倍至十數倍,不一定光通量正好接近的標準參考燈; 此外, 白熾燈的光譜與很多被測燈的差異很大。

　　所以,常常需要調節電流放大率旋鈕來防止被測光譜功率信號防止溢出。另外，應比較一下各電流放大率旋鈕的各檔位在測量同一被測燈時,其結果是否一致。當不一致時, 需要用標準參考燈在各檔位都檢測一下, 選取與計量校準值最接近的檔位。