第34卷，第6期 2014年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol, 34, No, 6, pp1702-1706
June, 2014
基于光谱线性拟合的宽波段光源波动补偿方法
邱超，孙晓刚，栾美生
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150001
摘要宽波段光源在工作过程中，光强通常会随供电电源输出功率的变化而波动。宽波段光源波段内各个波长的光谱强度将会发生不同程度的波动。为解决光源光强波动时其波段内各个波长光谱强度的补偿间题，提出了一种基于光谱线性拟合的补偿方法。使用这种方法，只需测量光源波段光强的变化，就可以补偿各个波长光谱强度的波动。通过分析理想黑体全波段辐射出射度与光谱辐射出射度的近似线性关系。建立
了宽波段光源波段光强与光谱强度的线性模型。
实验装置主要由岗系灯珠、光源电源、光南、光语仪及计算
机构成。调节电源的输出功率，得到一组卤素灯珠在不同输人功率下的相对光谱强度。测量不同功率下卤素灯珠光谱强度来验证该方法补偿效果。按线性关系拟合了岗素灯珠光谱强度与其波段光强关系式，并分析了拟合误差。实验表明：岗素灯珠的光谱强度与其波段光强具有很好的线性关系，可以用波段光强接线性关系来补偿其光谱强度的波动。随着卤素灯珠输人功率的增大，补偿后的光谱强度的相对误差绝对值下降。在卤素灯珠输人功率范围内，使用该方法补偿的光谱强度在绝大部分(92%)波长下相对误差绝对值可在5%以内。
关键词宽波段光源；光谱线性拟合；光源光强波动；补偿方法
中图分类号：TH741；O433.4
引言
文献标识码：A
利用光学原理进行精密测量，是测试计量领域中的重要方法之一，在光学测量申，光是信息的载体，光源的稳定性对测量精度往往起着关键的作用。光学仪器在工作过程中，光源光强通常会随光源供电电源的输出功率的变化而波动。因此，在实际应用中必须考虑光源光强变化对光学测量精度的影响。目前，消除光源光强波动影响的方法主要有四类，第一类方法是从根本上精确控制光源电源的功率输出。在这方面主要有以下几种方法：采用高精度恒流源提供电流1，采用光功率负反馈控制光源功率[2和采用自适应算法控制光源电压3]，这类方法比较直观，可以从根本上提高光源稳定性，但需要额外配置硬件电路，增加仪器复杂性。第二类方法是在光学仪器中另设置参比光电探测器[4.5]，通过对比参比信号输出来补偿光源光强波动。但测量探测器与参比探测器的光谱响应率差异会额外增加整个仪器的测量误差。第三类方法是双波长差分检测法-7}，其主要应用在利用光吸收原理定量分析物质含量的光学仪器中。这类方法通常采用单
收稿日期：2013-07-30，修订日期：2013-11-28
基金项目：国家自然科学基金项目(61071036)资助
DOI: 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2014)06-170205
光路单探测器的结构，使用调制结构和滤光片将测量波长单色光和参比波长单色光分别照射被测物，通过对比处理这两组探测信号即可消除光源波动及光路中的其他干扰。很明显，此类方法只能消除单波长光强波动的影响，无法应用到波段光谱强度补偿。第四类方法是使用补偿算法通过软件设计来补偿光源波动["，"。这类方法通常只需事先实验面几乎不需要额外增加硬件设备，可提高整个仪器的稳定性与便携型。当宽波段光源的光学仪器应用于定量测试时[10-1}，光源供电电源输出功率的变化将会引起波段内各个波长下光谱强度发生不同程度的波动。显然为其每个波长配置参比探测器来进行补偿是不切合实际的，对其波动进行补偿适合采用补偿算法，
为解决宽波段光源在其供电电源输出功率变化时波段内各个波长下光谱强度的补偿间题，通过研究理想黑体在不回温度下辐射出射度，分析理想黑体全波段辐射出射度与光谱辐射出射度的近似线性关系；在此基确上建立了宽波段光源波段光强与光谱强度的线性模型，提出一种基于光谱线性报合的补偿方法。使用该方法，只需用一个热电探测器测量光源波段光强变化就可补偿波段内各个波长下光谱强度波动。
作者简介：邱超，1985年生，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院博士研究生
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