紫外光谱辐射计与光学光谱仪

紫外光谱辐射计与光学光谱仪按波长分辨地采集辐射。由此可以评估紫外光源的光谱分布、峰值位置、带宽以及光谱变化。若要获得绝对辐照度，还需要对整条测量链进行辐射度校准。选型主要取决于波长范围、光谱分辨率、动态范围、杂散光特性以及测量几何条件。

产品系列包括便携式紫外光谱辐射计 UVpad 和 UVpad E，以及用于科研、开发和质量保证的阵列光谱仪 SR900。光谱辐射计这一写法以及统称光谱测量仪器同样常见——所指的是同一种仪器。

这三款仪器均经过绝对校准；校准在我司通过 ISO 17025 认可的实验室内完成，并可溯源至 PTB。相关的量与单位请参见辐射度量，范围界限请参见光谱范围与标准。

这两个术语描述的是相同的光学结构，却对应两种不同的测量任务。差异不在于光学系统，而在于校准与入射几何结构：光谱仪将光色散并输出相对曲线。光谱辐射计则是经过绝对校准的光谱仪——它可给出以 W/(m²·nm) 为单位的光谱辐照度，并由此换算出 mW/cm²、lux 或 PPFD。

凡是需要获得辐照度或剂量的应用，都需要光谱辐射计；其他仪器只能进行相对测量。本类别中的每一台仪器均为光谱辐射计。若需在过程中测量透射率与 UVT——这属于光度测量而非辐射度测量任务——Opsytec 提供过程光度计 ZPM。

光谱仪输出的是计数值——这些数值取决于探测器、积分时间、入射狭缝和光导。它们说明的是光源在何处发光，而不是发出多少。只有对照标准进行绝对校准，才能为每一个波长赋予物理量值，使曲线成为真正的测量结果。

为此需要三个要素，而普通光谱仪一个都不具备：

• 具备计量溯源性的校准，所依据的标准本身可追溯至国家计量院——在 Opsytec 则追溯至 PTB。若缺少这一环节，测量值便不具可比性，甚至无法与贵公司自有仪器去年的结果相比。
• 明确定义的输入光学系统。辐照度是单位面积上的功率，因此仪器必须以符合余弦特性的加权方式采集一个已知面积上的辐射。不带漫射器的光导无法做到这一点。
• 杂散光校正。在 UV-C 波段，信号往往比可见光波段弱若干个数量级。若不加以校正，在该波段所测到的主要是仪器内部的杂散光。

宽带辐射计测量速度更快、成本更低，日常使用中也更为坚固耐用；但它会以自身的光谱响应度对辐射进行加权，只有当被测光源与校准光源相近时结果才准确。对于已知装置的连续监测，它仍是正确的选择——这正是用于过程与剂量检查的宽带辐射计的用途所在。

一旦光源发生变化、需要分别评估多个波长或需要应用作用光谱，就必须借助光谱。两种设计的完整对比（包括各自的误差来源）请参见何时需要光谱辐射计。

第一个问题：您是否需要绝对值？如果只关心峰值位置、FWHM 或两个批次之间的比较，相对测量即已足够——用光谱仪即可。一旦需要得出以 mW/cm²、lux 或 J/cm² 表示的数值，就必须进行绝对校准。

第二个问题：需要哪个波长范围？纯紫外至 440 nm、紫外加可见光起始段至 480 nm，还是完整光学光谱至 1,100 nm——这将决定选用何种仪器。

第三个问题：在何处进行测量？封闭腔室内无法引出电缆，仪器必须在其中自主测量并存储数据。在工作场所或运行中的生产线上，带电缆的传感器探头较为合适。在光学平台上，重要的是量程与分辨率，而非尺寸。

最后一行并非自相矛盾，而是实践中最常见的答案：先做一次光谱测量，随后进行宽波段监测。光谱测量可确定宽波段传感器在该光源下的偏差；此后，只要光源保持不变，快速仪器便足以满足重复性检查的需要。一旦更换灯管，整个流程需重新开始。

光谱仪将光按波长分解，并测量各波长的强度。首先，入射光学元件受到辐照。色散元件——棱镜或光栅——将各波长在空间上分开；随后由光电二极管或CCD阵列进行探测。由此获得的光谱可用于推断灯具、LED或样品的特性。

最常见的结构是切尔尼-特纳（Czerny-Turner）光谱仪：由两面反射镜和一个光栅组成，其布置方式可使光学像差保持较小，同时保持较高的光谱分辨率。该结构足够紧凑，适用于便携式仪器和小型实验台。

需要区分三种结构形式。

阵列光谱仪采用一排探测器，通常为CCD或CMOS，可一次性采集整个光谱。因此测量速度快，且无需运动部件。Opsytec的所有光谱辐射计均采用这一原理。

单色仪配有狭缝和旋转光栅，每次只通过一个波长。其测量非常精确，光谱纯度高，但需要时间——逐一扫描各个波长。典型应用于以波长选择为关键的科研和质量控制领域。

双单色仪将两台单色仪串联布置。这可进一步降低杂散光，适用于极微弱信号与强信号相邻的各种场合——如紫外波段以及高精度实验室计量。

单次光谱测量可获得多项量值：

• 照度 —— 经光度加权的光强度
• 相关色温（CCT） —— 描述光线呈现为暖色还是冷色
• 显色指数 —— 光源还原颜色的准确程度
• CIE 色坐标 —— 标准色空间中的色度坐标位置
• 光谱功率分布 —— 能量在光谱上的分布方式
• 峰值波长与主波长 —— 能量最高处以及视觉上占主导的波长位置

而宽带辐射计仅给出一个单一的数值。

各个量值的含义请参见色度量值；每个光学量的符号、单位和定义请参见光学量术语表。

"光谱仪"一词的含义远远超出光测量的范畴。以下三类仪器常常出现在同一次搜索结果中，但测量的对象却完全不同：

质谱仪按离子的质荷比进行分离。它们能够鉴别极微量的物质，广泛应用于化学分析、生物化学、环境科学和制药工业。

原子吸收光谱仪测量气化后的金属原子对光的吸收，并据此确定溶液中的金属浓度——应用于环境分析、毒理学和材料科学，尤其是重金属检测。

分光光度计通常被称为紫外-可见光谱仪，用于测量样品的吸收率或透过率，并由此推算浓度。它们广泛应用于临床诊断、水质分析和食品监测。针对过程中的透过率与 UVT 测量，Opsytec 提供 ZPM 过程光度计。

相比之下，光谱辐射计基于绝对校准测量光谱辐照度。其输入光学元件为漫射器，通常通过导光光纤连接——例如 SR900 光谱辐射计。

光谱仪与光谱辐射计有何区别？
光谱仪给出的是相对值；光谱辐射计经过绝对校准，可给出光谱辐照度。本类别中的每一台仪器均为光谱辐射计。

我需要多大的波长范围和分辨率？
该范围必须完整覆盖发射谱及任何次级谱带——仅紫外时至 440 nm，紫外加可见光起始段至 480 nm，或覆盖全光学光谱至 1,100 nm。分辨率决定了间距很近的峰或窄谱线能否仍被分开。

阵列式光谱仪会出现哪些测量误差？
首要的是杂散光：强波长的一部分能量出现在本不属于它们的位置。在 UV-C 波段，信号往往比可见光波段弱若干个数量级——若不进行杂散光校正，在该处测到的主要是仪器自身的杂散光。此外还有暗电流、非线性和温度漂移。

从光谱中可以计算出哪些量？
借助积分与加权，光谱辐照度几乎可导出任何评价指标：各光谱范围的辐照度、紫外剂量、通过 V(λ) 得到的照度、PPFD 以及诸如依据 IEC 62471 的作用加权值。这正是其相较于用于工艺与剂量检测的宽带辐射计的优势所在。

选择合适的传感器：紫外传感器选型工具可按应用、波长和外形规格推荐三款最匹配的紫外传感器和测量仪——并提供关键参数、配套系统及推荐理由。