JJF 1975-2022 光譜輻射計校準(zhǔn)規(guī)范

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范2光譜輻射計校準(zhǔn)規(guī)范s8發(fā)布 8實施國家市場監(jiān)督管理總局 發(fā)布2光譜輻射計校準(zhǔn)規(guī)范rs

2歸 口 單 位:全國光學(xué)計量技術(shù)委員主要起草單位:中國計量科學(xué)研究院參加起草單位:江蘇省計量科學(xué)研究院陜西省計量科學(xué)研究院北京師范大學(xué)新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院本規(guī)范委托全國光學(xué)計量技術(shù)委員會負(fù)責(zé)解釋本規(guī)范主要起草人:吳志峰中國計量科學(xué)研究院代彩紅中國計量科學(xué)研究院參加起草人:張帆江蘇省計量科學(xué)研究院李奕陜西省計量科學(xué)研究院張保洲北京師范大學(xué))白旭新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院)目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術(shù)語……………………4概述……………………5計量特性………………1波長示值誤差………………………2波長重復(fù)性…………

1)1)1)1)2)2)2)光譜輻射照亮度相對示值誤差相對光譜功率分布示值誤差……………

2)光譜輻射照亮度示值年變化率相對光譜功率分布示值年變化率………

2)5非線性誤差…………6雜散光系數(shù)…………6校準(zhǔn)條件………………1環(huán)境條件……………2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備………………7校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法…………………1校準(zhǔn)項目……………2校準(zhǔn)方法……………8校準(zhǔn)結(jié)果表述…………9復(fù)校時間間隔…………

2)2)2)2)2)3)3)3)7)8)附錄A 光譜輻射計測量不確定度評定示例…………

9)附錄B 光譜輻射計校準(zhǔn)原始記錄……………………

)附錄C 光譜輻射計校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式…………

)Ⅰ引 言1通用計量術(shù)語及定義F2光學(xué)輻射計量名詞術(shù)語及定義1測量不確定度評定與表示》和1國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》共同構(gòu)成支撐本規(guī)范編寫的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。Ⅱ光譜輻射計校準(zhǔn)規(guī)范范圍本規(guī)范適用于對光源的輻射度參數(shù)進行測量的)光譜輻射計的校準(zhǔn)。引用文件本規(guī)范引用了下列文件:2光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈8光譜光度計標(biāo)準(zhǔn)濾光器M2采用標(biāo)準(zhǔn)輻射照度源校準(zhǔn)光譜輻射計的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

dtrd-) —

陣列式光譜輻射計的定標(biāo)和使用n39 )ds凡是注日期的引用文件僅注日期的版本適用于本規(guī)范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改單適用于本規(guī)范。術(shù)語長波通濾光片r短波截止、長波通過的光學(xué)元件。概述光譜輻射計是用于測量光譜輻射照度、光譜輻射亮度或相對光譜功率分布的光學(xué)儀器。圖1給出了光譜輻射計的示意圖,光譜輻射計應(yīng)至少包括一組單色儀系統(tǒng),入射光學(xué)系統(tǒng)和光輻射探測系統(tǒng)。單色儀系統(tǒng)可以由一組或多組分光元件組成。入射光學(xué)系統(tǒng)可以是積分球、余弦漫射頭、光學(xué)鏡頭或光纖頭等。光輻射探測系統(tǒng)可以采用陣列式探測器,或采用光電探測器結(jié)合光譜掃描。注:規(guī)范的校準(zhǔn)方法適用于二極管陣列光譜輻射計,然而使用者必須注意二極管陣列光譜輻射計的雜散光問題和有限的動態(tài)采樣范圍。除非以上問題得到解決,二極管陣列式光譜輻射計不推薦在紫外波段m以下使用,參考M2要求。圖1光譜輻射計示意圖1計量特性波長示值誤差 : 。m

波長示值誤差優(yōu)于m:波長示值誤差優(yōu)于。波長重復(fù)性 。波長重復(fù)性優(yōu)于m 光譜輻射照亮度相對示值誤差相對光譜功率分布示值誤差示值誤差小于0。 光譜輻射照亮度示值年變化率相對光譜功率分布示值年變化率示值年變化率小于0。非線性誤差非線性誤差小于0。雜散光系數(shù)雜散光系數(shù)小于0。注:以上指標(biāo)不適用于合格性判定,僅供參考。初次校準(zhǔn)的不考慮光譜輻射照亮度示值年變化率相對光譜功率分布示值年變化率。校準(zhǔn)條件環(huán)境條件環(huán)境溫度35℃。環(huán)境相對濕度:小于0。校準(zhǔn)環(huán)境采取遮光措施,屏蔽雜散光干擾。周圍環(huán)境應(yīng)無影響光譜輻射計正常工作的機械振動。注:如不能滿足標(biāo)準(zhǔn)器使用的環(huán)境要求,在不確定度評定時應(yīng)予以考慮。測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備光譜輻射計測量標(biāo)準(zhǔn)器具應(yīng)包括波長校準(zhǔn)光源或波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片,

光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈紫外波段采用氘燈或氙燈標(biāo)準(zhǔn)光源漫射板或積分球光源,光源供電電源,標(biāo)準(zhǔn)電阻,數(shù)字電壓表和光譜輻射計信號采集設(shè)備如電腦和光譜輻射計操作軟件注:波長校準(zhǔn)光源采用汞燈、氬燈等譜線燈或激光。波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片采用吸收型波長濾光片或干涉濾光片。光譜輻射照度校準(zhǔn)采用光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈;光譜輻射亮度校準(zhǔn)采用光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈結(jié)合漫射板的方法或采用積分球光源校準(zhǔn)。波長校準(zhǔn)光源或波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片根據(jù)光譜輻射計校準(zhǔn)波長范圍確定。波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片計量性能指標(biāo)參照。光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈必須提供特定電流下的光譜輻射照度值和測量不確定度,技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足2的要求。光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈的供電電源采用高穩(wěn)定度直流電源

電壓連續(xù)可調(diào)電壓隨時間的相對漂移:。標(biāo)準(zhǔn)電阻與光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈串聯(lián),與數(shù)字電壓表并聯(lián)。標(biāo)準(zhǔn)電阻1級。數(shù)字電壓表1級。積分球光源短期穩(wěn)定性優(yōu)于5,長期穩(wěn)定性優(yōu)于0,積分球2口均勻性優(yōu)于5;漫射板反射率隨角度變化優(yōu)于5/漫射板表面均勻性優(yōu)于1。光路中放置光闌和擋屏校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)項目波長示值誤差

,減少雜散輻射影響。波長重復(fù)性() /光譜輻射照 亮 度相對示值誤差相對光譜功率分布示值誤差光譜輻射照亮度示值年變化率相對光譜功率分布示值年變化率非線性誤差雜散光校準(zhǔn)方法外觀檢查用目視方法對光譜輻射計進行檢查。波長示值誤差選擇波長校準(zhǔn)光源或波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片,確定特征發(fā)射譜線或特征峰值波長i…;點燃波長校準(zhǔn)光源按照光譜輻射計操作說明預(yù)熱光譜輻射計后重復(fù)測量5次,光譜信號的峰值波長或峰值半高中心波長記為特征發(fā)射譜線測量波長;或點燃光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈或E規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)A光源,采用光譜輻射計分別采集放置和移除波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片時的光譜計算兩次測量光譜比值的峰值波長或峰值半高中心波長)記為特征峰值測量波長,根據(jù)公式)和公式)計算測量的波長示值誤差:ij'=15' ij式中:

iii )i特征發(fā)射譜線或波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片特征峰值波長,…;jij次測量波長,…;ii的測量平均值;ii測量的波長示值誤差。若光譜輻射計可以進行波長修正,則進行波長修正;否則光譜輻射計校準(zhǔn)必須計入波長示值誤差帶來的測量不確定度。波長重復(fù)性參照2執(zhí)行

采用公式)計算波長重復(fù)性:λ=x'-15

)i j

1j3式中:i特征發(fā)射譜線或波長標(biāo)準(zhǔn)濾光片特征峰值波長i的波長重復(fù)性,,…;jij次測量波長,…。光譜輻射照亮度相對示值誤差相對光譜功率分布示值誤差光譜輻射亮度相對示值誤差圖2給出了光譜輻射亮度校準(zhǔn)的示意圖。圖2

)

采用光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈和漫π射板來校準(zhǔn);圖2)采用積分球標(biāo)準(zhǔn)光源校準(zhǔn)。若用光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn),光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)接收的光譜輻射亮度由公式)描述。π式中:

LE)

)E光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈在漫射板中心波長λ處的光譜輻射照度,W21;漫射板特定角度下的反射率;L漫射板中心波長λ處的光譜輻射亮度W211。以下光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈和積分球標(biāo)準(zhǔn)光源簡稱標(biāo)準(zhǔn)燈。操作步驟如下:按圖2)或圖2)所示調(diào)節(jié)光路。圖2保證標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲中心和漫射板中心連線垂直于漫射板平面,光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)中心與漫射板中心等高,標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲中心、漫射板中心和光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)中心成特定角度。標(biāo)準(zhǔn)燈和漫射板的距離應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲尺寸5倍以上。根據(jù)光譜輻射計的視場角調(diào)節(jié)漫射板到光譜輻射計入射口的距離,以避免雜散輻射進入光譜輻射計。圖2保證積分球光源出光口中心與光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)中心等高,積分球光源與光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)同軸。點燃標(biāo)準(zhǔn)燈,將標(biāo)準(zhǔn)燈電流緩慢地升至工作電流,預(yù)熱至少0,遵循2的要求。按照光譜輻射計操作說明,預(yù)熱光譜輻射計。采集并記錄暗電流數(shù)據(jù),扣除暗電流后測量。采集光譜輻射亮度數(shù)據(jù)。光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn) )積分球標(biāo)準(zhǔn)光源校準(zhǔn)圖2光譜輻射亮度校準(zhǔn)示意圖4根據(jù)公式)和公式)計算光譜輻射亮度相對示值誤差和光譜輻射亮度修正因子:λ=L測量0 )L標(biāo)準(zhǔn)) 式中:

L標(biāo)準(zhǔn))λ=L測量λ=

)λ光譜輻射亮度相對示值誤差;λ光譜輻射亮度修正因子;L測量—光譜輻射計在波長λ 處測量的光譜輻射亮度值,W211;L標(biāo)準(zhǔn)波長λ處的標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射亮度W211。光譜輻射照度相對示值誤差圖3給出了光譜輻射照度校準(zhǔn)的示意圖

。校準(zhǔn)方法參考1進行操作。圖3光譜輻射照度校準(zhǔn)示意圖根據(jù)公式)和公式)計算光譜輻射照度相對示值誤差和光譜輻射照度修正因子:λ=E測量0 )E標(biāo)準(zhǔn)) 式中:

λ

E標(biāo)準(zhǔn))=E測量)=

)λ光譜輻射照度相對示值誤差;λ光譜輻射照度修正因子;E測量光譜輻射計在波長λ處測量的光譜輻射照度W21;E標(biāo)準(zhǔn)波長λ處的標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射照度W21。相對光譜功率分布示值誤差校準(zhǔn)方法參考1進行操作。根據(jù)公式)和公式)可以計算相對光譜功率分布示值誤差:Mm)M

)λ=0 )式中:

R) λ相對光譜功率分布示值誤差;M光譜輻射計測量的最大值;5m光譜輻射計在波長λ處的測量值;光譜輻射計測量的在波長λ處的相對光譜功率分布;R標(biāo)準(zhǔn)燈在波長λ處的相對光譜功率分布。光譜輻射照亮度示值年變化率相對光譜功率分布示值年變化率根據(jù)公式)考查光譜輻射計的示值年變化率:λ=0 )式中:

) λ示值年變化率;本年度波長λ處的光譜輻射照亮)度值或相對光譜功率分布值;上年度波長λ處的光譜輻射照亮)度值或相對光譜功率分布值。非線性誤差調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)燈量值大小,

記錄不同量值下的標(biāo)準(zhǔn)值和光譜輻射計的測量值,

根據(jù)公式計算非線性誤差:

() ()=S標(biāo)準(zhǔn)1λM2

10 )式中:

S標(biāo)準(zhǔn)M)光譜輻射計在波長λ處的非線性誤差;M光譜輻射計在波長λ處接近滿量程時的測量值;S標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射計在波長λ處接近滿量程時對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值;M光譜輻射計在波長λ處接近滿量程0時的測量值;S標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射計在波長λ處接近滿量程0時對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。雜散光雜散光系數(shù)光譜輻射計校準(zhǔn)光源為光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈或E規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)A光源,

采用長波(S通濾光片截止短波光譜或短波通濾光片截止長波光譜,根據(jù)公式)(S式中:雜散光系數(shù)

0 )采用濾光片在截止波段波長λ處采集的信號;未采用濾光片在截止波段波長λ采集的信號。注:參考光譜輻射計校準(zhǔn)波段,使用相應(yīng)的濾光片進行雜散光評價。如校準(zhǔn)m光譜輻射計,可采用m長波通濾光片或其他長波通濾光片,用于評價通過波長光譜在截止波長的貢獻。雜散光指數(shù)光譜輻射計雜散光分為近場雜散光和遠(yuǎn)場雜散光。

近場雜散光處于目標(biāo)光譜附近,6遠(yuǎn)場雜散光遠(yuǎn)離目標(biāo)光譜。根據(jù)兩者的不同,參考E9可定義兩種雜散光指數(shù)。近場雜散光指數(shù)

, () :采用波λ的單色光照射光譜輻射計 根據(jù)公式4計算近場雜散光指數(shù)W () W()F n

Sλλ+

Sλ

)近= W W()-

Sλλ:BW:式中F近近場雜散光指數(shù);W光譜輻射計的峰值半高寬;光譜輻射計在波長λ處測量的光譜分布;λ波長間隔。推薦使用n=5。遠(yuǎn)場雜散光指數(shù)

, () :采用波λ的單色光照射光譜輻射計 根據(jù)公式5計算遠(yuǎn)場雜散光指數(shù)遠(yuǎn)=lF λλ遠(yuǎn)=l

)式中:F遠(yuǎn)遠(yuǎn)場雜散光指數(shù)

i

'i光譜輻射計響應(yīng)的下限波長;l光譜輻射計響應(yīng)的上限波長;λλ光譜輻射計在波長λλ處測得的數(shù)值;光譜輻射計在波長'處測得的數(shù)值;'波長間隔。推薦使用λ。注:雜散光指數(shù)評價可僅作參考,不計入計量校準(zhǔn)項目。校準(zhǔn)結(jié)果表述校準(zhǔn)結(jié)果以校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告的形式給出。校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包括以下信息:標(biāo)題:校準(zhǔn)證書;實驗室名稱和地址;進行校準(zhǔn)的地點如果與實驗室的地址不同證書或報告的唯一性標(biāo)識如編號每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識;客戶的名稱和地址;被校對象的描述和明確標(biāo)識;進行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時應(yīng)說明被校對象的7接收日期;如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明;對校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識,包括名稱及代號;本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;校準(zhǔn)環(huán)境的描述;校準(zhǔn)結(jié)果及測量不確定度的說明;對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識,以及簽發(fā)日期;校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;未經(jīng)實驗室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)印證書或報告的聲明。復(fù)校時間間隔光譜輻射計的復(fù)校時間間隔建議一般不超過1年。由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器自身質(zhì)量等諸因素所決定的,因此送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。8附錄A光譜輻射計測量不確定度評定示例本附錄對光譜輻射計的光譜輻射照度測量結(jié)果進行不確定度評定。光譜輻射亮度或相對光譜功率分布測量可參考本附錄。光譜輻射計光譜輻射照度的相對示值誤差由公式)給出: ( )式中:

λ=E測量E標(biāo)準(zhǔn)E標(biāo)準(zhǔn)0

1λ波長λ處的光譜輻射照度相對示值誤差;E測量光譜輻射計在波長λ處測量的光譜輻射照度W21;E標(biāo)準(zhǔn)波長λ處的標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射照度W21。不確定度來源包括:光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈,光譜輻射計波長準(zhǔn)確度,光譜輻射計波長重復(fù)性,光譜輻射計的測量重復(fù)性,光譜輻射計的穩(wěn)定性,距離,光譜輻射計的非線性,以及其他不確定度來源。測量不確定度評定光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度1該分量各個波長點都不同,以光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈m為例,相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度10。光譜輻射計波長示值誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度2選取低壓汞燈校準(zhǔn),光譜輻射計的掃描結(jié)果見表。表1光譜輻射計掃描汞燈的譜峰數(shù)據(jù) m特征譜線5526378測量峰值8294722波長誤差3378356當(dāng)光譜輻射計無法進行波長示值誤差修正,需考慮波長示值誤差帶來的測量不確定度。光譜輻射計m處的波長示值誤差可近似認(rèn)為等于在m處的波長示值誤差。光譜輻射計定標(biāo)過程中,波長引起的光譜輻射照度測量不確定度與校準(zhǔn)光源的光譜分布相關(guān)。對于光譜輻射計校準(zhǔn)光源,可采用數(shù)值曲線擬合光源的光譜。根據(jù)校準(zhǔn)光源光譜和波長的數(shù)值關(guān)系,計算出波長示值誤差帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度20。光譜輻射計波長重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度3以低壓汞燈m譜峰為例,光譜輻射計5次的掃描結(jié)果見表。表2光譜輻射計波長重復(fù)性測量的數(shù)據(jù)) m測量次數(shù)12345測量結(jié)果882829汞燈譜峰波長的測量平均值p=,波長重復(fù)性帶來的不確定度λ由公式)表示:λ=xip/3m )根據(jù)校準(zhǔn)光源光譜和波長的數(shù)值關(guān)系,計算出波長重復(fù)性帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度36。光譜輻射計測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度4測量條件固定,光譜輻射計采集0次數(shù)據(jù)i,…表3給出了m的測量數(shù)據(jù)。表3光譜輻射計重復(fù)性的測量數(shù)據(jù)) W21測量次數(shù)12345測量結(jié)果55531測量次數(shù)67890測量結(jié)果729240次測量的平均值'W21,根據(jù)公式)計算測量重復(fù)性帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度4。iλ0'iλλ4= 100 )λ光譜輻射計穩(wěn)定性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度5光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈和光譜輻射計保持不動,間隔一段時間測量掃描式光譜儀每隔0,陣列式光譜儀每隔0共測量3次,記錄3次測量的光譜輻射照度i光譜輻射計在m的測量數(shù)據(jù)見表。表4光譜輻射計穩(wěn)定性的測量數(shù)據(jù))W21測量次數(shù)123測量結(jié)果2463次的平均值λ最大值ExW21,最小值En2W2·13次測量的極差系數(shù)C,根據(jù)公式計算裝調(diào)帶來的相對的標(biāo)準(zhǔn)不確定度5。λ5=ExEC05 )λ距離引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度6 ,光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈距離光譜輻射計入射光學(xué)系統(tǒng)0m為3,帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為62。

距離的測量不確定度光譜輻射計非線性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度7當(dāng)光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈和光譜輻射計間距大于一定距離,

光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈光譜0輻射照度遵從平方反比定律。改變標(biāo)準(zhǔn)燈和光譜輻射計距離,根據(jù)公式)計算非線性