那些從事光譜和光測量設(shè)備處理的人有時候會想要了解光譜儀、光譜輻射計、光譜儀和光度計之間的區(qū)別。要了解這些差異對于特定的應(yīng)用非常重要，這樣就不會浪費資金在不適用于完成工作的錯誤設(shè)備上。在這份技術(shù)說明中，我們將解釋這些差異，并提供每個類別的實例。不過，首先應(yīng)該提到任何名稱中包含“光譜”的設(shè)備都會測量作為波長函數(shù)的參數(shù)。它可以提供每個波長上的光強(qiáng)度、反射率或吸收率等值，覆蓋了一定范圍。

以下是每個儀器的說明：

光譜儀

光譜儀用于測量光的相對強(qiáng)度，其中光的波長是作為函數(shù)來表示的。通常使用反射幾何結(jié)構(gòu)的衍射光柵將光分散到CCD相機(jī)上。每個像素將接收入射輻射的一小段波長范圍。圖1展示了幾何結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖1：包含了衍射光柵和CCD相機(jī)的光譜儀

最近幾年，隨著數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)的引入，出現(xiàn)了新型光譜儀。該光譜儀使用微鏡組將光譜分成小部分，并反射到單晶探測器上。然后，被反射的光譜逐段構(gòu)建成完整的光譜。圖2展示了這種安排方式。

圖2：光譜儀采用DLP技術(shù)。

與使用陣列檢測器相比，使用DLP技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。特別是在近紅外區(qū)域，單晶檢測器的成本遠(yuǎn)低于InGaAs檢測器陣列，并且InGaAs檢測器陣列很可能非常昂貴。采用DLP反射鏡不會大幅增加儀器價格。除了成本優(yōu)勢外，DLP的檢測器區(qū)域可大幅增加（幾毫米而不是幾十微米），這有助于提高信噪比（SNR）并減少由于缺陷像素和像素間不均勻性引起的掃描錯誤，這一點僅有單晶檢測器才能實現(xiàn)。

分光輻射計

光譜輻射計是一種帶有光強(qiáng)校準(zhǔn)功能的光譜儀器。因此，對于每個波長的測量光線，都有一個相應(yīng)的單位。這個單位可以是輻射單位，例如瓦特/平方米，也可以是光度單位，例如勒克斯，具體取決于應(yīng)用領(lǐng)域或量子單位，例如μmol/m^2/sec（用于測量光合通量密度）。

在第三張圖中，展示了照明護(hù)照測量的兩個結(jié)果。左邊的圖顯示了相對強(qiáng)度，右邊的圖表顯示了以勒克斯或英尺燭光為單位的總照度。

校準(zhǔn)光譜輻射計測量強(qiáng)度的單位為Lux，如圖3所示。

圖4：PPFD測量圖?；瑝K正在測量藍(lán)光峰值的PPFD，單位為μmol/m2/sec。

需要注意的是，在整個電磁頻譜中，輻射的輻射度單位是有效的，而光度單位只在380-780nm的范圍內(nèi)有效。因此，談?wù)?50nm波長的照度和勒克斯并不具有意義。

分光光度計

分光輻射計是用來測量表面反射率的儀器，借此來計算材料在一定波長范圍內(nèi)的吸光度。因此，分光光度計內(nèi)置一個光源，照射在物體上進(jìn)行反射率的測量。通常，參考光束R0是通過從99%漫反射光譜表面進(jìn)行測量，并記錄在儀器中。通過測量反射強(qiáng)度來計算反射率，反射率由r=R/R0的比率來測量。吸光度的計算方式為log(1/r)，其中r并非以百分比形式呈現(xiàn)。圖6展示了一款900-1700nm波長范圍內(nèi)的分光光度計，它屬于NIR范圍，并且還采用了DLP技術(shù)。

圖片5：分光光度計內(nèi)置光源，可用于測量反射率和吸光度。

使用線性陣列也可以用于分光光度計，然而DLP技術(shù)更經(jīng)濟(jì)實惠，并且其單元件檢測器的尺寸可能會比用于提高信噪比的陣列元件大得多。

光度計和輻射計是測量光的強(qiáng)度和輻射的儀器。

光度計和輻射計可以檢測總光照度，單位可以為Lux或者Watts/m^2。但是它們并不能測量光譜信息。

總結(jié)：

光譜儀、光譜輻射計和分光光度計與簡單的輻射計和光度計不同之處在于它們采用了一個衍射光柵，可以將信號分解為不同的波長。通過DLP技術(shù)，可以在不需要InGaAs陣列探測器的情況下，降低近紅外區(qū)域光譜儀的成本。