【 Stage-RTL反射率测试】典型配置、硬件说明、软件操作

2024-04-23 11:39:59 北京爱蛙科技有限公司


反射率为从样品表面反射出的光强相对于原始入射光强的百分比。

01

典型配置

反射率测量的典型系统配置包括光谱仪、软件、光源、光纤以及采样附件。

表1 典型系统配置

紫外/可见光波段

近红外波段

光谱仪

USB系列,HR系列, QE65000, Maya2000 Pro

NIRQUEST

软件

Oceanview 1.6.3

光源

DH-2000, HL-2000,DT-MINI-2-GS

光纤

UV-VIS XSR Polarization-resistant, UV/SR-VIS High OH content, UV-VIS High OH content, SMA905 接头

VIS-NIR Low OH content, SMA 905接头

附件

74系列准直镜, 采样平台Stage-RTL

【Stage-RTL 介绍】

Stage-RTL 型平台是一种新型采样支架,适用于分析如硅、金属、玻璃和塑料一类的材料。该平台与海洋光学的光谱仪和光源有多种组合方式,配合进行反射和传输测量。Stage-RTL 包括一个附着在基座上的可调轨夹,有三个用螺丝固定在轨夹上的设备, 包括一个带 UV-VIS 校准镜头的光纤固定器;一个反射和传送的样品盒;一个光阱用来减少背射光和环境光的影响。STAGE-RTL 型平台使用非常广泛,可以将探头放置在样品上或样品下完成反射测量;对于透过率比较高的样品,也可以添加光阱,以消除透射光对于反射测量的影响。

图 1 系统配置

表2 STAGE-RTL 型平台规格

工程规格STAGE-RTL底座尺寸:206.3 mm直径样品区域尺寸:152.4 mm直径重量:4.5 kg横杆高度:可调节至400毫米 组成部分:样品台,滑轨,基板,测量支架(光具座),准直透镜(2)和光阱准直透镜波长:200-2000 nm 台体材料:阳极氧化铝积分球适配器(可选):ISP-RTL-ADP,用于连接30毫米或50毫米的ISP系列积分球

02

硬件说明

硬件操作主要包括光谱仪、光纤、光源 和采样平台的连接,以及开机操作。 

Stage-RTL 安装步骤:

1. 将滑轨插入基板,将内六角螺钉拧入基板固定; 

2. 将反射支架套入滑轨(注意有斜面一端朝上),调整高度,以距离基板 10cm 左右为宜,拧紧螺母固定;两侧斜面出光口处拧上准直镜;

3. 将样品台套入滑轨,根据待测样品特性调整高度和准 直镜与光纤的耦合套筒,使得待测样品表面的反射光 束可以被反射探头良好接收。之后拧紧螺母固定。

4. 测量透光率比较高的样品的反射率时,建议在样品台 下方加上光阱(可选),避免透射光束对测量的影响。

图2 Stage-RTL 接口

测量系统硬件连接步骤: 

1. 固定 Stage-RTL 的样品台位置,调整上端反射支架的高度以适应样品;

2. 将光纤 A 一端接头与反射支架一侧准直镜连接,另一端的接头与光源连接;

3. 将光纤 B 一端接头与反射支架另一侧准直镜连接,另一端的接头与光谱仪连接;

4. 通过 USB 数据线连接光谱仪至 PC 端;

5. 用电源线连接光源和市电插座(注意选择带地线的国 标电源线和市电插座)。

图 3 反射支架

注意:反射支架前端通光口配合反射探头可以实现零度反射测量。

图 4  光源(以 DH2000 为例)接口

图 5 光谱仪(以 Maya2000pro 为例)

开机步骤: 

1.启动光源,预热以达到稳定状态(预热时间根据光源型号设定),Note:

a: DH2000有氘灯和卤素灯两种光源,由对应按钮分别控制通断,HL2000系列光源则只有卤素灯;

b: 标注有 open-close-TTL 的拨动开关表明光源带有电动快门控制功能,open 代表快门打开,close代表快门关闭,TTL代表软件控制模式。

2. 在PC上

03

软件操作

反射率测试的软件操作步骤:

OceanView 软件根据如下公式计算样品的反射率:

其中:

𝑆𝜆=波长λ处样品光谱的强度 

𝐷𝜆=波长λ处背景光谱的强度 

𝑅𝜆=波长λ处参考光谱的强度

在反射率模式开始前需要在原始光谱中保存一个暗光谱和一个参考光谱。软件界面介绍请见附录。具体的软件操作步骤如下:

从欢迎界面或者创建新的光谱应用,在光谱应用向导中;

2. 选择活动采集或者新建采集:

活动采集:在当前光谱仪的基础上建立该应用。

新建采集:为新建应用创建或选择光谱仪数据源。

3. 设置数据采集参数,包括积分时间(integration time), 平均次数(average)和 滑动平均 boxcar。选择是否使能“暗噪声校准”和“非线性校准”功能。设置完成后,

各个参数详细含义请参考软件手册或help菜单。或者复制打开下面链接: 

http://www.oceanoptics.cn/spectroscopy_glossary

下面是简单介绍:

积分时间:积分时间是检测器在将累积的电荷通过A/D转换器加工之前,被允许收集光子的时间长度。最小积分时间是设备支持的最短积分时间,它取决于检测器读出所有像素信息的快慢,积分时间 与数据传输速度是不同的概念。

平均次数:光谱被显示到软件里之前会采集多次,然后取平均。

滑动平均:平滑是一种可以应用于光谱的空间平均。该过程通过平均相邻像素点的值来消除噪声,因此它会以牺牲光学分辨率为代价来提高信噪比。空间平均在光谱相对平坦以及相近像元变化较小的情 况下使用是非常有效的,但由此产生是分辨率的损失会使得尖锐的光谱特征峰难以分辨。当应用空间 平均时,信噪比会以像元平均的平方根为基数进行提高。请注意,在海洋光学软件中,平滑宽度的值 是指所有像元以中间为基准靠左或靠右的像元和的平均数。平滑值是4实际上是将9个像元一起平均(4个靠左像元+1个中心像元+4个靠右像元),信噪比将以3为倍数增加。同样的,平滑值是2(5个 像元)将使信噪比以2.2为倍数增加,平滑值是0(1个像元),信噪比以1为倍数增加(因此光谱不改 变)。

暗噪声校准:海洋光学的大部分光谱仪都有自带的遮光像元。暗噪声校准会用当前光谱读数减去遮光 像元的读书,以排除温飘等系统性影响。

非线性校准:光谱仪出厂前已完成。如无特殊需求,请默认勾选。

触发模式:请参考海洋网站的相关文档。如无特殊需求,可保持默认设置不变。 

注意:在应用中需保持滑动平均次数,非线性校准和杂散光校准等软件设置不变。

4. 存储参考光谱(选择calibrated reference standard→store reference)在样品台和光阱间插入参考样品(反射标准板),之后点击按钮,保存参考光谱。

5. 存储背景光谱(选择store background spectrum→finished)使用光源自带的快门功能切断光路,或在光路中插入挡片遮光。之后点击按钮,保存背景光谱。之后

6. 数据测量

双击数据流图中的图标 Ref 或者 Background,如下图圆圈所示,可以将参考光谱和光谱的原始数据输出到文件中。

插入被测样品之后,用户可在右侧视图中,查看被测样品反射率的实时测量曲线。如下图:

7. 数据保存

(1) 在右侧视图中,点击图标,在设置框中选择合适的数据保存格式、路径、保存方式,终止扫描次数或时间条件;两种终止条件都选择,则是逻 辑“与”关系,只要有一个停止条件达到,软件就停止。如果只选一个, 则用选中的那个作为停止条件。比如,如果选中“在经历以下扫描次数后停止”并输入 1。则意味着扫描一次后停止保存,如果想连续保存数据, 则可输入大的保存次数,比如1千次。

(2)

(3) 点击启动设置,该按钮变红,表明保存工作正在进行。如果需要停止保存,请再次

(4) 如果只是临时测量少量数据,可以点击按钮,将数据保存到电脑剪贴 板,然后可以将数据直接粘贴到excel 里。

内容来源:爱蛙科技编辑整理

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