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光谱检测技术与系统

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红外光谱检测原理

红外光谱检测原理

红外光谱检测原理红外光谱检测原理概述在化学领域，红外光谱检测是一项重要的分析检测技术。

它利用物质分子在红外光谱范围内的特征振动和转动来识别和定量分析样品中的化学物质。

其原理是将样品置于红外光源和探测器之间，通过照射样品后所发生的红外光谱状况得出一系列信息，用以分析样品中的化学物质成分、分子结构、状态等相关信息。

红外光谱的基本原理红外光谱是指物质在特定波长的红外辐射下发生量子激发而产生的谱线，这些谱线所呈现的振动和转动信息可以用于判定物质的结构和成分。

红外光谱的来源是红外辐射，也称为红外线，波长通常在8000至200cm^-1之间。

这段区间可以根据波数描绘，波数为每秒振动，以cm^-1作单位。

该波长区间涵盖了分子中振动模式的主要类型，因此足以用于分析和鉴定物质的结构和成分。

小分子分子的红外吸收谱由振动-转动谱和原子自由移动谱组成。

基于布尔定理和运动求和原理，每种化学键类型都能具有一定的红外吸收频率和强度（与其振动模式有关）。

C-H，O-H和N-H 都具有不同的吸收频率，根据这些频率，我们可以确定样品成分和分子结构。

红外光谱的实验流程在进行红外光谱检测时，一般需要进行以下步骤：1. 收集样品：从要测试的原料或者样品中获取一个可以测试的组分（例如气体或者溶液）。

2. 预处理样品：对样品进行必要的预处理。

去除杂质和水分等。

3. 测试样品：使用一个红外光谱仪测试样品。

4. 分析数据：根据样品振动和转动的谱线以及吸收频率和强度等参数来确定样品成分、分子结构等信息。

红外光谱仪1. 光源：红外光谱仪中使用红外辐射光源，如Nernst灯、热电导灯和Halogen灯等。

2. 互相作用的样品和光线：通过对样品处于放置于一个样品池中，在此把紫外线、红外线或可见光投射至此处的方式来激发样品，样品吹风机息怀发生转动和振动。

这些相位发生了变化之后便会与样品中的质子或化学基团之间相互作用进而发生吸收。

3. 接受器：红外光谱仪的接受器会检测样品中吸收的红外线光量。

光谱测试系统(透射、反射、吸收、荧光、PL、拉曼、紫外可见红外)

光谱测试系统(透射、反射、吸收、荧光、PL、拉曼、紫外可见红外)

元 件
□ 宽光谱范围全自动光谱扫描
□ 系统由激发光源部分、样品室部分、分光部分、探测部分、信号采集处理部分、软件部分组成
□ 采用了高通光效率、低杂散光水平的单色仪和优化的光路
光
□ 采用锁相放大器进行信号的处理，大大的提高了系统的信噪比
电
□ 系统经过多年技术积累和客户的成功使用经验，具有很高的可靠性
探
785nm 等
□薄膜厚度测量，厚度范围：10nm-50um，1nm 分辨率
光
□采用氘灯溴钨灯复合光源
学
□自动装载、卸载、定位，每 25 片一包
平
台
光 学 元 件
六、LE-SP-SR 光电探测器光谱响应度测量系统 Spectral Response Measurement System
光
应用范围
电
□本系统专门用于测试光电探测器及各种光电转换材料和器件的光谱响应曲线。针对太阳能电池领域，可以测试太阳能电池的
器
□宽光谱范围，覆盖了紫外可见和红外
□结构设计紧凑，高分辨率
主要规格
光
□光谱范围：200-1100nm（Up to 2200nm 可选）
机
□采用低噪声线阵 CCD，2048 象素
产 品
□适合晶圆尺寸：2 英寸、4 英寸、6 英寸、8 英寸
□多种激光波长可选：266nm、325nm、375nm、405nm、532nm、658nm、
测
□ 采用模块化设计，使用灵活，便于功能扩展和升级
弱
&
□ 可实现样品原位测量
信
□ 可升级做显微的 PL 光谱测试
号
处
□ 可升级做 EL 电致发光测量
理
□ 可升级做电场调制光谱

光谱检测技术

光谱检测技术
兼具多道型和扫描型特点
；
CID：电荷注入式检测器； CCD 电荷耦合式检测器
Agilent 700系列
ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer
PE8000
ICP-AES有更好的检测限 AAS有更好的检测限 相似的检测限 原子光谱不可测
等离子体溫度
ICP光源的特性
趋肤效应：高频电流在导体上传输时，由于导体的寄生 分布电感的作用，使导线的电阻从中心向表面沿半径 以指数的方式减少，因此高频电流的传导主要通过电 阻较小的表面一层，这种现象称为趋肤效应。等离子 体是电的良导体，它在高频磁场中所感应的环状涡流 也主要分布在ICP的表层。从ICP的端部用肉眼即可观 察到在白色圈环中有一亮度较暗的内核，俗称“炸面 圈”结构。这种结构提供一个电学的屏蔽筒，当试样 注入ICP的通道时不会影响它的电学参数，从而改善了 ICP的稳定性。
常用于碱金属、钙 等谱线简单的几种元素 的测定，在硅酸盐、血 浆等样品的分析中应用 较多。。
5.2.2.2 光谱仪(摄谱仪)
将原子发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；
光栅摄谱仪比棱镜摄 谱仪有更大的分辨率。
摄谱仪在钢铁工业应 用广泛。
性能指标：色散率、 分辨率、集光能力。
5.2.2.3. 等离子体发射光谱仪
概述
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦 等离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
1960年，工程热物理学家 Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源；

光电检测技术与应用-7光电检测系统

光电检测技术与应用-7光电检测系统

2.3 直接检测系统的视场角
视场角表示系统能检测到的空间范 围，是检测系统的性能指标之一。对于检 测系统，被测物看作是在无穷远处，且物 方与像方介质相同。当检测器位于焦平面 上时，其半视场角为：
物镜
u'
检测器
D


d
5-19 f' Ad 直接检测系统视场角 或视场角立体角Ω为： 2 f 从观察角度讲，希望视场角愈大愈好，即大检测器面积或减小光学系统的焦
经大气传播后到达接收光学系统表面的光谱辐射照度
I e 1 E e 2 L
入射到检测器上的光谱功率
Ee 为：
1 为被测距离L内的大气光谱透过率；
L为目标到光电检测系统的距离
Pe Ee A0 0
I e 1 2 A0 0 L
2
1
Pe
为：
A0为接收光学系统的入射 孔径面积
1为接收光学系统的光谱 透过率
根据目标辐射强度最大的波段范围及所选取检测器光谱响应范围共同决定选取的 λ1―λ2的辐射波段，可得到检测器的输出信号电压为：
Vs
2
1
A0 Pe RV d 2 L

I e 1 0 RV d
RV为检测器的光谱响应度
3.1 被动检测系统的距离方程
RV
将上式代入2，可得：
式中Ad为检测器面积；Δf为系统的带 宽；D*为检测器的归一化检测度； AoIe=P0是入射到接收光学系统的平均 功率。考虑到系统的调制特性，入射 到探测器上的有效功率为：
距，但对检测器会带来不利影响： ① 增加检测器面积意味着增大系统噪声。因为对大多数检测器，噪声功率和 面积的平方根成正比。 ② 减小焦距使系统的相对孔径加大，引入系统背景辐射噪声，使系统灵敏方 式下降。 因此在系统设计时，在检测到信号的基础上尽可能减小系统视场角。

光谱分析技术及应用.doc

光谱分析技术及应用.doc

第一章绪论第一节光学分析的历史及发展1．吸收光谱：由于物质对辐射的选择性吸收而得到的光谱。

2．发射光谱：构成物质的各种粒子受到热能、电能或者化学能的激发，由低能态或基态跃迁到较高能态，当其返回基态时以光辐射释放能量所产生的光谱。

第二章光谱分析技术基础第一节电磁辐射与波谱1．电磁辐射的波动性（1）散射丁铎尔散射和分子散射两类。

丁铎尔散射：当被照射试样粒子的直径等于或大于入射光的波长时。

分子散射：当被照射试样粒子的直径小于入射光的波长时。

分为瑞利散射（光子与分子相互作用时若没有能量交换）和拉曼散射（有能量交换）。

（2）折射和反射全反射：当入射角增大到某一角度时，折射角等于90，再增大入射角，光线全部反射回光密介质中，没有折射。

（3）干涉当频率相同，振动方向相同，周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的电磁波互相叠加时，会产生波的干涉现象。

（4）衍射光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象。

2．电磁波的粒子性光波长越长，光量子的能量越小。

光子：一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。

电子吸收一个光子后，能量会增加，一部分用来挣脱束缚，一部分变成动能。

3．物质的能态当物质改变其能态时，它吸引或发射的能量就完全等于两能级之间的能量差。

从低能态到高能态需要吸收能量，是为吸收光谱，即吸光度对波长或频率的函数。

从高能态到低能态需要释放能量，是为发射光谱。

第二节原子吸收光谱分析1．当原子吸引能量的时候，按能量数量使核外电子从一级跃迁到另一级，这与吸收的能量有关。

吸收能量的多少与原子本身和核外电子的状态有关。

第三节 分子吸收与光谱分析1．分子吸收与原子的不同在于，分子还需要转动跃迁、振动跃迁、电子跃迁等几个能级。

2．朗伯-比尔（Lambert-Beer ）法则：设某物质被波长为λ、能量为的单色光照射时，)(0λI 在另一端输出的光的能量将出输入光的能量低。

考虑物质光程长度为L 中一个薄层)(λt I ，其入射光为，则其出射光为。

光谱分析技术实现无损检测原理和方法研究

光谱分析技术实现无损检测原理和方法研究

光谱分析技术实现无损检测原理和方法研究在现代科学技术中，无损检测技术是非常重要的一项研究领域。

其中，光谱分析技术是一种常用的无损检测方法。

本文将对光谱分析技术实现无损检测的原理和方法进行研究和探讨。

光谱分析技术是利用物质与光相互作用的特性，通过分析、测量物质对光的吸收、散射、发射等现象，从而得到物质的信息。

它可以广泛应用于材料科学、化学、生物医学、环境监测、食品安全等领域。

光谱分析技术实现无损检测的原理主要包括光的相互作用、信号采集和数据处理三个方面。

首先，光的相互作用是光谱分析技术实现无损检测的基础。

光与物质相互作用时，会发生吸收、散射或发射等现象。

不同物质对光的相互作用方式不同，所以可以通过分析光与物质相互作用的特性来获得物质的信息。

例如，当光通过一个物体时，会发生吸收现象，吸收的波长和强度与物质的组成和结构有关。

通过测量光的吸收谱，可以获取物质的吸收特性，从而实现对物质的无损检测。

其次，信号采集是光谱分析技术实现无损检测的关键。

光谱分析技术需要将光与物质相互作用后的信号进行采集和记录。

通常使用光谱仪或光电探测器等设备来实现信号的采集。

光谱仪可以将光信号转换为电信号，并进行放大和处理，最终得到光谱图。

在信号采集过程中，还需要考虑光源的稳定性、检测器的灵敏度以及外界干扰等因素，以确保采集到的信号准确可靠。

最后，数据处理是光谱分析技术实现无损检测的重要环节。

通过对采集到的光谱图进行处理和分析，可以得到物质的相关信息。

数据处理方法包括光谱曲线拟合、数据降噪、峰识别、光谱比较等。

针对不同的物质和检测需求，可以采用不同的数据处理方法。

此外，还可以使用数据挖掘和机器学习等技术，对大量光谱数据进行深入分析和模式识别，提高无损检测的准确性和效率。

在光谱分析技术实现无损检测中，有几种常见的方法和技术被广泛应用。

其中包括紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等。

这些方法利用不同波长或频率的光与物质相互作用的特性，来分析物质的组成、结构、性质等。

付小宁版“光电检测技术与系统”第八章光纤探测技术与系统

付小宁版“光电检测技术与系统”第八章光纤探测技术与系统
利用折射率变化的光强度调制：折射率变化的光调制是利用光纤芯 的化学性质。
光纤的吸收实现光强度调制：光纤的吸收指的是在光纤芯中掺入产 生吸收光谱的材料（如选用铅玻璃制成光纤），若有诸如x射线、γ 射线辐射到铅玻璃光纤上，则由于光纤的吸收损耗的增大导致输出功 率的降低，也就产生了这种吸收构成的光强度调制的光纤辐射量传感 器。
光纤
SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM
分类
FF FF FF FF FF
强度调制 光纤 传感器
偏振调制 光纤 传感器
频率调制 光纤 传感器
遮光板遮断光路 半导体透射率的变化 荧光辐射、黑体辐射 光纤微弯损耗 振动膜或液晶的反射 气体分子吸收 光纤漏泄膜
法拉第效应 泡克尔斯效应 双折射变化 光弹效应
2020/5/28
4
8.1.2 光纤类型
8.1.2.1 单模光纤和多模光纤 单模光纤只能传输一种模式，但这种模式可以按两种相互正交的偏振状态
出现。多模光纤传输多种模式，往往有几百到几千模式。
光纤能传导的模式数N可用下式计算
N [（2 +2）]v2 （n1k）2 (+2)
（8.1-10）
式（8.1-10）中，n1 是纤芯折射率的最大值； 是光纤断面折射
在图8.1-1所示具体得到光纤中，当光线在纤芯与包层的分界面的入
射角大于c 时，才能保证光线在纤芯内产生多次全反射，使光线沿光纤
传输。然而，内光线的这个入射角的大小又取决于从空气中入射的光束
进入纤芯所产生的折射角，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角 l
就限定了光能能否在光纤中以全反射形式传输。
2020/5/28
率分布。
2020/5/28

光谱检测技术

光谱检测技术

光谱检测技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊这个超厉害的光谱检测技术呀！你说这光谱检测技术，就像是一双超级敏锐的眼睛，能看到我们肉眼看不到的好多东西呢！它能把各种物质的秘密都给揭露出来，这多神奇呀！比如说，在化学领域，它就像一个神奇的侦探，能迅速找出各种化学成分。

想象一下，一堆乱七八糟的东西放在那，光谱检测技术一出手，嘿，啥成分都明明白白的了，这可比我们自己瞎猜厉害多了吧！在医学上呢，它也能大显身手哦！可以检测出一些疾病相关的物质，帮助医生们更准确地诊断病情。

这就好像给医生们配备了一把精准的手术刀，能一下子就找到问题所在，是不是很厉害？而且啊，光谱检测技术在环境监测方面也是一把好手呢！它能检测出空气、水里面的污染物，让我们知道环境的状况。

就好比是一个环境的守护者，时刻为我们站岗放哨，让我们能生活在一个更干净、更安全的环境里。

咱再说说它在食品检测中的作用吧。

能检测出食物中有没有不好的成分，有没有被污染啥的。

这就像是给我们的食物上了一道保险，让我们吃得更放心呀！你看，光谱检测技术在这么多领域都这么重要，这可真是个宝贝呀！它就像一个万能钥匙，能打开好多知识和秘密的大门呢！它不断地帮助我们了解这个世界，让我们的生活变得更加美好。

咱平时可能不会特别注意到它，但它却一直在默默地发挥着作用呢。

它不声不响地为我们服务，让我们的生活更有质量，更有保障。

所以呀，我们真得好好感谢这个光谱检测技术呢！它虽然不像明星那样耀眼，但它的价值可一点儿都不输给任何人呀！它就是我们生活中的无名英雄，默默地守护着我们的方方面面。

怎么样，现在是不是对光谱检测技术有了更深的认识和了解啦？是不是觉得它超级厉害呢？反正我是这么觉得的！这光谱检测技术呀，真是个了不起的好东西！。

高光谱成像检测技术.

高光谱成像检测技术.

高光谱成像检测技术一、高光谱成像技术的简介高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。

它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术,是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。

高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。

在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。

高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波段窄（≤ 1-02λ、光谱范围广（200-2500nm 和图谱合一等特点。

优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。

由于物体的反射光谱具有“指纹” 效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。

二、高光谱成像系统的组成和成像原理高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集卡的计算机。

光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、9001700 nm 、1000-2500 nm。

光谱相机的主要组成部分有:准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD高光谱成像仪的扫描过程:面阵CCD 探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描(X 方向,横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时,形成光栅光谱。

这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD 上得到的数据。

它的横向是X 方向上的像素点,即扫描的一列像元;它的纵向是各像元所对应的光谱信息。

同时, 在检测系统输送带前进的过程中, 排列的探测器扫出一条带状轨迹从完成纵向扫描(Y 方向。

综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。

高光谱成像系统的应用1 在农业中的应用•检测水果的产量、破损和坚实度等方面。

高光谱检测技术

高光谱检测技术
• 多种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR )
• 主成份回归法( principa l component regression, PCR )
• 偏最小二乘法( partia l least square, PLS) • 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN
在浓度测量精度目旳拟定时，一定旳仪器精
度是实现该预测精度目旳旳必要前提。
建模措施对测量精度与仪器精度旳 影响结论
假如采用有效旳建模措施，虽然在仪器精度相
– A=lg (I0 /I)
• I0 ： 单色光旳入射能量 • I ：光经过样品后旳出射能量
（3）反射率R（Reflectance）
Lambert-Beer Law
理想旳情况下，浓度为C旳某种特定成份对于某波长光 （辐射）旳吸收可用如下公式描述：
I I0 exp(cl)
T I / I0
A lnT cl
对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇晃振动---摇晃振动 ---弯曲振动---剪切振动
三、 近红外光谱旳常见分析措施
透射光光谱法
反射光谱法
可用于 定性和
定量 分析
透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检 测器所检测到旳分析光是作用光经过样品体与样品分子相互 作用后旳光，若样品是透明旳真溶液，则分析光在样品中经 过旳旅程一定，透射光旳强度与样品组分浓度由比耳定律决 定。
（2）在乳品行业旳研究及应用
乳制品
液体奶
奶粉及奶酪
• 液态奶是多种物质构成旳 混合物, 如新鲜牛奶, 是 包括真溶液、高分子溶液 、胶体悬浮液、乳浊液及 其过渡状态旳分散体系。

《光电检测技术》全【2024版】

《光电检测技术》全【2024版】
能源与动力工程学院
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
能源与动力工程学院
Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V

光电检测技术与系统答案

光电检测技术与系统答案

光电检测技术与系统答案【篇一：光电检测课后习题部分答案】效应的工作原理.为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射pn 结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n 区，光生空穴拉向p 区，相当于pn 结上加一个正电压. （2）光伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度. 比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异？1. 光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。

探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。

光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。

特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。

2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。

特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。

（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。

第三章3-143-253-26第四章4-24-34-4第五章1 、直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络检测？所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。

光检测器输出的电流第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。

2、何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作用？若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有相对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。

光电检测技术与系统智慧树知到答案章节测试2023年天津大学

光电检测技术与系统智慧树知到答案章节测试2023年天津大学

绪论单元测试1.光源是检测系统中不可或缺的一部分。

A:错B:对答案:B第一章测试1.光电信息检测系统是指将待测光学量或非光学待测物理量转换成（），通过光电变换电路和计算处理的方法进行检测的系统。

A:热学量B:化学量C:光学量答案:C2.光电信息检测方法的特点是信息检测的（）实时性、遥控性、快速性A:遥控性B:快速性C:电信号放大D:实时性答案:ABD3.利用（），直接测定物体的形状、尺寸，位置。

这是在生产线上实现自动检测的有效手段。

A:光谱仪B:二维光传感器C:光功率计答案:B4.利用光谱仪直接对光纤Bragg光栅传感器进行解调时，光纤Bragg光栅传感器可以串接使用。

A:错B:对答案:B5.滤波法是一种抽取（）上特定的检测所需要信息的方法。

A:柯西面B:频谱面C:拉格朗日面答案:B6.如果采取图像的扫描进行检测，那么，图像的像元取决于（）A:扫描光点大小B:显示屏大小C:仪器功耗D:扫描时间答案:AD7.热敏照相机扫描式检测适合于热像，它可用于各种（）的分布测量上。

A:压力场B:湿度场C:温度场答案:C8.热敏照相机的扫描方式采用水平与垂直的二组扫描来完成。

扫描一般用旋转的多面体或（）来实现。

A:电光调制器B:磁光晶体C:振动偏转的反射镜答案:C9.红外检测系统的主要优点是发光点低、使用稳定和（）：A:灵敏度高B:亮度高C:寿命长D:效果好答案:ABCD10.像传感检测技术中，线性光列阵有（）和照明型两种基本形式A:成像型B:科勒型C:欧拉型答案:A第二章测试1.激光衍射测量的相对误差可以达到0.1%量级。

A:对B:错答案:A2.在实际的激光衍射测量系统中，没有物镜也是可以的。

A:对B:错答案:A3.测定爱里圆变化可以精密地测定或分析微小内孔的尺寸。

A:错B:对答案:B4.利用衍射分布特征尺寸进行衍射测量时，当被测尺寸减小时，测量灵敏度如何变化？A:不变B:增大C:减小D:不一定答案:B5.楔形开孔的衍射条纹是零级中央条纹扩大，呈何种分布？A:圆B:条纹C:双曲线D:椭圆答案:C6.衍射计量主要用于小量程的高精度测量上，下列数字哪些不在绝对测量的量程范围之内？A:0.1mmB:0.5mmC:1mmD:0.01mm答案:C7.缝宽w大，条纹密集，测量灵敏度高。

光谱检测技术

光谱检测技术

光谱检测技术（一）基本知识
电磁波谱
近紫外光可见光近红外光中红外光200～400nm
400～750nm
0.75～2.5µm
2.5～50µm
6.2～3.1
3.1～1.7
1.7～0.5
0.5～0.02
紫外吸收光谱
可见吸收光谱
红外吸收光谱
原子及分子的价电
子或键电子能级
分子振动能级
分子转动能级
分子内运动形式：。

外层电子相对于原子核的运动。

原子在其平衡位置的振动运动。

3．紫外可见吸收光谱的测定：①Lambert-Bee law
②
吸收光谱的测定——定性依据
KLC
T
1
Lg A ==K 为吸光系数
（二）基本概念
（三）影响吸收光谱的因素
（四）紫外可见分光光度计结构与实验技术
光源单色器样品池检测器信号显示器
（五）
2．波长精度检查：
3．杂散光的检查：4．光度重现性检查。

光谱测量原理

光谱测量原理

光谱测量原理光谱测量是一种常见的分析技术，它利用物质对光的吸收、散射、透射等特性来获取样品的信息。

光谱测量原理涉及到光的特性、光谱仪的结构和工作原理等方面的知识。

在实际应用中，光谱测量被广泛应用于化学分析、材料表征、生物医学等领域。

首先，我们来了解一下光的特性。

光是一种电磁波，其波长范围从红外到紫外不等。

不同波长的光对物质的作用也不同，这为光谱测量提供了基础。

物质对光的吸收、散射、透射等过程与光的波长、浓度、样品性质等因素有关，因此光谱测量可以通过光与物质的相互作用来获取样品的信息。

其次，光谱仪是进行光谱测量的关键设备。

光谱仪通常包括光源、样品室、光栅、检测器等部件。

光源产生光线，样品室用于放置样品，光栅用于分散光线，检测器用于检测光的强度。

在进行光谱测量时，光线先经过样品，然后经过光栅分散，最后被检测器检测。

通过检测器测量光的强度随波长的变化，就可以得到样品的光谱图像。

在实际应用中，光谱测量有着广泛的应用。

在化学分析中，光谱测量可以用于确定物质的成分和浓度，例如紫外可见吸收光谱可以用于测定溶液中的物质浓度。

在材料表征中，光谱测量可以用于分析材料的结构、性质和成分，例如红外光谱可以用于表征有机化合物的结构。

在生物医学领域，光谱测量可以用于检测生物样品的成分和状态，例如荧光光谱可以用于检测生物分子的结构和功能。

总的来说，光谱测量原理涉及到光的特性、光谱仪的结构和工作原理等方面的知识。

光谱测量在化学分析、材料表征、生物医学等领域有着广泛的应用，可以用于获取样品的信息。

通过光谱测量，我们可以更深入地了解物质的特性和行为，为科学研究和工程应用提供重要的数据支持。

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§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
用多通道探测器获取快速变化的或瞬时的光谱信 号时，要获得最大的读出效率，必须使摄像管开始读 数和激发光脉冲同步。 其次，由于摄像管存在着滞后现象，电子束一次 扫描不可能有效地读出全部的电荷存储的信息。在室 温条件下，通常认为最好是进行10～15次扫描。这 样，如果扫描时，每个通信的读数时间为 60μs， 500个通道扫描一次需要30ms，10次扫描需300ms的 时间。这就意味着在观测随时间变化的喇曼效应时， 激光脉冲的重复率不能超过获取一次脉冲所产生的光 谱信号所需的总扫描时间，如上例最高重复率不能大 于3Hz。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
快速喇曼光谱技术可用于瞬变态或分子激励态的 研究，也可在化学反应过程中分析形成的寿命极短的 中间产物的成分。 上述研究包括液相反应、光分解作用和光化学作 用反应、温度跃迁和辐射所引起的反应，气相内燃反 应（温度和浓度的时间和空间分布）等。近两年光学 多通道分析器已有商品供应，改进型的分析器是可编 程的，用户可根据实验的要求自编扫描程序进行控制。 并且可和任何一种16位计算机接口。现在也有好几个 厂家生产激光喇曼分光计设备的接口，可直接配光学 多通道分析器，这就使进行快速喇曼光谱研究极为方 便改成了设备。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
相干反射斯托克斯喇曼散射是一种四波混频过 程。两支泵浦激光频率为，一支光波为斯托克 斯频率2，这三支光波在样品中由于介质的非 线性极化而进行混频，产生新的频率为的反斯 托克斯相干光波。（类似地，也可以产生一个 新的频率为的斯托克斯波）。当频率差 非常 接近于介质的喇曼活性的振动共振频率时，混 频被极大地增强。变化就可扫描过全部的振动 频率，由此得到一个具有通常线性喇曼光谱所 包含的全部信息的光谱。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
图10-8 产生CARS信号的能级图解和相位匹配图解 a)能级示意图 b) 共线相位匹配后的波矢图 c) 非共线相位匹配后的波矢图
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
二、激光喇曼光谱技术应用
1.激光喇曼分光计
线性激光喇曼光谱研究和分析用的实验装置――激光喇曼分光计 不仅已经商品化，而且结构日趋完善。典型的仪器通常由5个基本部 分组成：激发光源，前置光路（或称外光路），单色仪，探测放大系 统和微型计算机系统，如图所示。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
当激发的激光束具有很高的峰值功率时， 将在样品中引起受激喇曼效应。曾观察到许多 液体和高压气体的受激斯托克斯和反斯托克斯 喇曼散射，这散射光具有激光的一切特征，且 强度非常高，比线性的自发喇曼散射光高好几 个数量级。 但是这一效应对于分子光谱学没有什么用 处。因为它只在激发强度的阈值以上才能被观 察到，而这一阈值取决于样品——喇曼介质的 增益和激发区的长度，一般地要高分子密度样 品的最强喇曼谱线才能被激发。
第十章 光谱检测技术与系统
§10-1 激光光谱学和激光光谱技术
自从1960年出现第一台激光器，随着激光技术的发 展，光谱学和光谱技术发生了根本性的变革。最早是 为了了解激光的特性，进行激光跃迁的光谱学研究。 后来逐渐发展到用激光对物质进行光谱学研究。由于 激光在单色性、相干性、光强等方面的特点，对光谱 学产生的深刻的影响，从而形成了一门新学科――激 光光谱学。它不仅包括使用激光后获得复兴的经典光 谱学分支，还包括一些新兴的分支，如极高分辨率光 谱学，非线性光谱学，时间分辨光谱学等。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
(10-1) 式中：分别是分子在碰撞前后的能量状态。能量差。当分子的 终态能级高于初态时，光子损失能量，这相当于斯托克斯线；而 当分子的初态能级高于终态时，光子获得能量，相当于反斯托克 斯线。喇曼散射过程也可用能级图作定性的说明，如图所示：
hωi
Ef
hωi + M ( Ei ) → M * ( E f ) + hω s
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
一、基本原理 当单色光作用于试样时，除了产生频率和入射光 相同的称为瑞利散射光以外，还有一些强度很弱的， 频率和入射光不同的散射光对称分布在瑞利光的两侧。 这种散射光被称为喇曼散射光，在瑞利光低频一侧的 叫斯托克斯线(stokes线 )，高频一侧的叫反斯托克斯 线（Antistokes线）。这种散射效应被称为喇曼散射 效应。 喇曼散射可以看成一个入射光子和一个处于初态的分 子作非弹性碰撞。在碰撞过程中，光子和分子之间发 生能量交换，光子不仅改变运动方向，还把一部分能 量传递给分子，或从分子取得一部分能量。因此，在 碰撞后被检测到的光子，其能量比原来的低些或高些。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
4.相干反射斯托克斯喇曼光谱技术 由于自发喇曼散射光的强度是相当弱的。这给测 量带来了许多困难。自发喇曼效应是一阶线性极化效 应，但是实验研究发现，随着激光功率的提高，由强 激光电场诱导的二次以上的高阶极化现象越来越显 著，产生了一些新的喇曼散射现象。这些喇曼散射光 具有良好的方向性与相干性，所以称它们为相干喇曼 散射。 相干喇曼散射现象有：受激喇曼散射(SRS)、受激 喇曼增益散射(SRGS)与逆喇曼散射(IRS)、相干斯托 克斯喇曼散射(CSRS)与反斯托克斯喇曼散射(CARS)、 喇曼诱导克尔效应(RIKES)等。这些新的喇曼散射现 象的共同特点是信号强度大，可比自发喇曼散射光的 强度提高109量级。用相干喇曼散射进行光谱测量， 发现了一些用自发喇曼散射无法发现的光谱信息。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
法国科学家运用快速喇曼光谱技术诊断火 焰燃烧的装置框图如下所示：
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
工作原理： 从Q-开关YAG激光器输出的脉冲激光经倍频后， 用长焦距透镜(f=1.2m)会聚在火焰中，散射体积长约 10mm，直径100μm 。采用90°照射工作方式，用 放大系数1.5的聚光系统将喇曼散射光会聚在多色仪 的入射狭缝处。多色仪的工作原理类似于通常的摄谱 仪，经色散后的整段喇曼光谱成像在多色仪的焦平面 上。用光学系统把谱线像耦合到四级EMI像增强器的 靶面上，而后再转换到硅靶摄像管的靶面上变换成电 荷存储图像。由电子束扫描将每一通道上的电荷存储 信息读出来，经放大处理后即可得到在激光脉冲照射 的瞬间所激发的喇曼谱图。以一定的时间间隔使激光 照射样品并读取该瞬间的喇曼信息，就能得到时间分 辨光谱。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
3.共振喇曼光谱技术 在基本原理一节中提到过，如果分子受到激发 后跃迁到受激虚态上，而这一虚态和分子的本 征态之一相符合，就产生共振喇曼效应。它的 特征是激发光线的频率接近于或完全落在样品 的电子吸收带内，所产生的共振喇曼散射光的 强度比通常的非共振喇曼散射光增强了104～ 106量级。共振和非共振这两种散射过程可用 能级图定性地比较，如下图所示。
1500cm-1
II 中等分辨率
凹面全息光栅 2000线/mm,f/10
20cm-1/mm
350cm-1
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
应用快速喇曼光谱技术研究和观测自发喇曼辐 射，必须避免任何非线性效应。 然而，自发喇曼信号很弱，在不能随意增加激发 光束辐照度的条件下，要从下述三方面来提高信噪比： ①增加到达探测器的喇曼散射光子数，为此，要精心设 计耦合光路系统使散射体积增大；选用光透过率高的 多色仪，常采用凹面全息光栅作色散元件，以减少仪 器内的光损失。 ②增加探测器的灵敏度，可应用多级像增强器和摄像管 耦合，或微通道板。 ③在没有获取时间分辨光谱的要求时，用信号平均技术 来改善信噪比。这时可用锁模激光器的整个脉冲串来 激发，把对应于每一个脉冲的喇曼信号累加起来。
§10-1 激光光谱学和激光光谱技术
作为物质分析手段的经典光谱技术在应用激光作为光 源后取得许多进展：例如大大提高了检测灵敏度；能 够分析快速反应的中间产物；能够分析生物活性的物 质；能够进行远距离检测等等。 光谱技术在工业、农业、医学、生物学、科学技术、 军事等各个领域的应用更为广泛。不仅是在传统的有 机与无机化学分析、石油化工、高分子化合物、催化、 生物化学、材料科学等方面可能解决经典的光谱分析 方法所遇到的一些重大困难问题，而且开拓了光谱分 析技术新的应用领域，成为诸如环境保护、大气和水 质污染监测、生物和医学上超微量致癌物质的分析研 究，能源研究上的燃烧诊断等方面的有力工具。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
(一)激光光源
激发光源通常采用连续波气体激光器，它们的单色性和稳定性较 好。最常用的有氩离子激光器、氦－氖激光器和氪离子激光器等。作 为光源应满足以下要求：（1）单线输出功率在10～1000mW之间； （2）工作在TEM00模；（3）输出功率稳定，变动不大于±1％； （4）有足够长的寿命。下面给出常用激光器类型、输出功率和喇曼 光谱范围的图示：
这里是在i和r态之间的电子跃迁距，而r代表中间态， 即受激虚态。 在通常的喇曼效应，分母比零大得很多，选择在分子的 电子吸收范围，所以变得非常大。
§ 10-2 激光喇曼光谱检测技术
共振喇曼效应一般分为准共振喇曼效应和严格的共振 喇曼效应。准共振喇曼效应是激发线的频率接近于样 品的电子吸收带，而严格的共振喇曼效应其特征是激 发线的频率落在样品的电子吸收谱带内。 因为式(10-2)的分母中还有省略掉的阻尼项，所以在 严格的共振喇曼不会变得无穷大。然而，共振喇曼效 应通常并不容易观察到。因为散射辐射可能由于同时 增强了的吸收而被反常地衰减；或可能被重迭的荧光 发射所淹没。还有，在照射的时间内样品可能发生光 解作用，并且最终产生吸光度不同的未知样品。解除 吸附作用也可能严重干扰对吸附样品的测量。
i, f
9C 4
0
0
if
∑
ρσ i , f
式中：I0是激发光的强度；为入射光的频率；是极化 率张量的 分量。上式中的 可写成： iR r rR f ⎤ (10-3) 1 ⎡ iR r rR f ⎥ (α ) = ⎢ +