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光譜輻射檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 18:56:16 更新時(shí)間：2025-07-24 18:56:16

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

光譜輻射檢測(cè)概述

光譜輻射檢測(cè)是定量測(cè)量光源或物體在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射能量分布的重要技術(shù)手段。它廣泛應(yīng)用于照明產(chǎn)品（如LED、燈具）、顯示器件（屏幕、投影儀）、光伏材料、激光設(shè)備、航空航天遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。通過(guò)精確分析目標(biāo)在紫外（UV）、可見(jiàn)（VIS）到紅外（IR）光譜區(qū)的輻射特性，可以評(píng)估其光效、色度、熱分布、材料成分及老化狀態(tài)等關(guān)鍵性能指標(biāo)。該檢測(cè)的核心在于獲取目標(biāo)發(fā)出的輻射能量隨波長(zhǎng)變化的精確函數(shù)關(guān)系——即光譜功率分布（SPD），為產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量控制和安全合規(guī)提供科學(xué)依據(jù)。

主要檢測(cè)項(xiàng)目

光譜輻射檢測(cè)通常包含以下幾類核心項(xiàng)目：

光通量/輻射通量： 測(cè)量光源在可見(jiàn)光波段（通常380-780nm）的總發(fā)光量（流明）或全光譜段的總輻射功率（瓦特）。
光譜功率分布： 精確測(cè)量光源或物體在各個(gè)離散波長(zhǎng)點(diǎn)上的輻射功率密度（W/nm 或 W/m2·sr·nm）。這是最基礎(chǔ)的輻射特性數(shù)據(jù)。
色度參數(shù)： 基于SPD計(jì)算色坐標(biāo)（如CIE xy, u'v'）、相關(guān)色溫（CCT）、顯色指數(shù)（CRI, Rf/Rg）、色純度、主波長(zhǎng)等。
輻射亮度/輻照度： 測(cè)量光源在特定方向單位投影面積、單位立體角內(nèi)的輻射功率（輻射亮度），或測(cè)量到達(dá)單位面積表面的總輻射功率（輻照度）。
材料特性： 反射率、透射率、吸收率光譜，用于分析材料的光學(xué)性能及成分。
光譜穩(wěn)定性與老化： 監(jiān)測(cè)光源或材料在長(zhǎng)時(shí)間工作或特定環(huán)境（如溫度、濕度、紫外線）下光譜特性的變化。

關(guān)鍵檢測(cè)儀器

實(shí)現(xiàn)高精度光譜輻射檢測(cè)的核心儀器包括：

光譜輻射計(jì) (Spectroradiometer)： 核心設(shè)備。包含入射光學(xué)系統(tǒng)（如積分球、余弦校正器、光纖探頭）、分光系統(tǒng)（光柵或棱鏡單色儀）、探測(cè)器（硅光電二極管用于可見(jiàn)光，InGaAs用于近紅外，熱電堆/Pyroelectric用于寬波段）及信號(hào)處理單元?？芍苯訙y(cè)量光源或目標(biāo)的SPD、亮度、照度/輻照度。
分光光度計(jì) (Spectrophotometer)： 主要測(cè)量材料的透射、反射、吸收光譜。通常配有標(biāo)準(zhǔn)光源和樣品倉(cāng)。
校準(zhǔn)光源 (Standard Lamps)： 如鹵鎢燈、氘燈、黑體輻射爐等經(jīng)過(guò)國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)光源，用于儀器的絕對(duì)光譜輻射定標(biāo)。
積分球： 用于均勻化光源空間分布，測(cè)量光通量/輻射通量，或作為均勻光源用于材料反射/透射測(cè)量。
環(huán)境試驗(yàn)箱： 用于進(jìn)行溫濕度、光照等條件下的光譜穩(wěn)定性與老化測(cè)試。

儀器的波長(zhǎng)精度、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、雜散光抑制水平和校準(zhǔn)精度是影響測(cè)量結(jié)果可靠性的關(guān)鍵因素。

常用檢測(cè)方法

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和精度要求，主要采用以下方法：

直接測(cè)量法：
- 光譜掃描法： 單色儀逐波長(zhǎng)掃描，依次測(cè)量各波長(zhǎng)點(diǎn)的信號(hào)，精度高但速度較慢。
- 陣列探測(cè)器法： 使用CCD/CMOS或光電二極管陣列探測(cè)器，配合固定光柵，一次性獲取整個(gè)光譜范圍的數(shù)據(jù)（快照式），速度快，適用于動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)測(cè)量。
相對(duì)測(cè)量法： 利用已知光譜特性的參考光源或標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行相對(duì)測(cè)量，經(jīng)校準(zhǔn)后得到絕對(duì)光譜輻射值。
積分球法： 將被測(cè)光源置于積分球內(nèi)，測(cè)量球壁上的輻照度，結(jié)合球體參數(shù)計(jì)算光源的總光通量/輻射通量。
雙光束法（分光光度計(jì)）： 同時(shí)測(cè)量樣品光路和參考光路的光強(qiáng)，實(shí)時(shí)扣除光源波動(dòng)影響，提高材料光譜（透/反/吸）測(cè)量精度。

核心檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

光譜輻射檢測(cè)需嚴(yán)格遵循國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的一致性和可比性：

國(guó)際照明委員會(huì) (CIE) 標(biāo)準(zhǔn)：
- CIE S 025/E:2015: LED燈具、模組和光源的光度、色度測(cè)量方法（涵蓋光譜輻射測(cè)量核心要求）。
- CIE 15:2018: 色度學(xué) (定義基本色度參數(shù)計(jì)算基礎(chǔ))。
- CIE 63:1984: 光源的光譜輻射測(cè)量方法。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 標(biāo)準(zhǔn)：
- ISO/CIE 19476:2014: 光譜輻射亮度計(jì)的定標(biāo)和使用通則。
- ISO 9050: 建筑玻璃的光學(xué)性能測(cè)定（含光譜透/反射）。
國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 標(biāo)準(zhǔn)：
- IEC 62612:2018 + AMD1:2020: 普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈性能要求（包含光通量、色度等基于光譜測(cè)量的要求）。
- IEC TR 63158:2018: 燈具的光生物安全（依賴光譜輻照度測(cè)量）。
中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB)：
- GB/T 7922-2023: 照明光源顏色的測(cè)量方法。
- GB/T 20144-2021: 光源顯色性的表示和測(cè)量方法。
- GB/T 26180-2022: 光源和光源系統(tǒng)的光生物安全測(cè)量和評(píng)價(jià)方法。
- JJG 384-2018: 光譜輻射亮度計(jì)檢定規(guī)程（計(jì)量檢定規(guī)范）。
- JJG 879-2015: 光譜輻射照度計(jì)檢定規(guī)程。
行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)： 如顯示行業(yè)的VESA, JEITA標(biāo)準(zhǔn)，汽車照明的SAE標(biāo)準(zhǔn)等，都對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的光譜輻射特性（如顏色、亮度均勻性）有詳細(xì)測(cè)試規(guī)定。

進(jìn)行光譜輻射檢測(cè)時(shí)，必須依據(jù)被測(cè)對(duì)象的類型和應(yīng)用領(lǐng)域，選擇適用的測(cè)量?jī)x器、方法和標(biāo)準(zhǔn)，并確保測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)和計(jì)量溯源，以獲得準(zhǔn)確、可靠、可追溯的檢測(cè)結(jié)果。