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光谱仪是一种用于测量和分析光的物理仪器，它可以检测物体的特定波长的光，并将其转换为可见的颜色。光谱仪有多种类型，其中最常用的是机械扫描型和探测器阵列型。本文将详细介绍这两种光谱仪的原理，差异和优劣。 机械扫描型光谱仪 机械扫描型光谱仪是一种传统的光谱仪，它通过采用滤光片和测光器，将一个光源的光束折射成一定的角度，然后通过滤光片进行过滤，以获得特定的特定波长的光谱信号。然后，将滤光片移动到光源的另一侧，以获得另一个特定波长的光谱信号。最后，通过测量每个特定波长的光谱信号，就可以构建出一个完整的光谱曲线。典型的机械扫描型光谱仪型号有：HORIBA JY-4400 光谱仪、ABBOTT PS-720 光谱仪、PerkinElmer Lambda 950 紫外可见光谱仪等。
PerkinElmer Lambda 950 紫外可见光谱仪 优点：
缺点：
所以机械扫描式光谱仪的特点是光电探测器固定不动，通过机械旋转方式改变衍射光栅的角度，将不同波长的单色光逐一投射到探测器上，实现对整个光谱范围的扫描。由于整个可见光谱是按波长逐一测量，机械扫描式光谱仪的读数时间很长，通常需要数十秒钟，所以这类光谱仪并不适用于测量光源的瞬时输出。 探测器阵列型光谱仪 探测器阵列型光谱仪是一种新型的光谱仪，它通过灵敏度高的探测器阵列，可以同时检测多条光谱，并实时计算出其特定波长的信号。探测器阵列型光谱仪可以检测各种光谱，包括紫外线、可见光和近红外线等。典型的探测器阵列型光谱仪型号有：Ocean Optics HR4000CG 高动态范围探测器阵列型光谱仪、Ocean Optics USB4000 薄型可移动探测器阵列型光谱仪等。还有分光测色仪也属于探测器阵列型光谱仪，它可以通过高灵敏度的探测器阵列，同时检测多条光谱，并实时计算出其特定波长的信号，能够快速准确地测量出物体的色度参数。
优点：
缺点：
传统的机械扫描式光谱仪需要旋转光栅来对整个光谱进行扫描，结构复杂，体积庞大，测量速度慢。随着光电子技术的持续发展，基于阵列式光电探测器的快速扫描光谱仪得到广泛应用。阵列式光谱仪不必移动光栅即可完成对光谱的扫描，可瞬态采集数据，实时输出。同时，阵列式光谱仪系统具有模块化的特点，可根据不同的应用需要来选择组件，采用各种不同类型的采样光纤探头，色散器件，聚焦光学系统和检测器来搭建光学测量平台，主要分为微型光谱仪和高精度光谱仪两大类。 机械扫描型和探测器阵列型光谱仪各有优劣，用户可以根据自身的需求，选择合适的光谱仪。以上就是机械扫描型和探测器阵列型光谱仪的原理，差异和优劣的介绍。希望本文可以帮助用户更好地了解这两种光谱仪，并选择合适的仪器。 光谱仪的性能参数 （1）光谱范围。波长范围指光谱仪所能测量的波长区间，通常测量可见光选择380nm-780nm的范围，测量紫外光谱选择250nm–850nm，测量红外光谱选择350nm–1100nm。光栅及探测器的类型会影响波长范围，通常宽的波长范围意味着低的光谱分辨率。 （2）光谱分辨率。光谱分辨率指能被光谱仪分辨开的最小波长差，光谱仪中有实际意义的分辨率定义是测量单个谱线的半高宽(FWHM)，即最大峰值光强50%处所对应的谱线宽度。分辨率依赖于狭缝宽度、光栅的分辨能力、系统的有效焦长、系统的光学像差等参数。入射狭缝决定了进入到光谱仪的光束宽度，狭缝越窄分辨率也越高；光栅刻划线数越多，色散效应随波长变化就会越明显，在最长波长处会得到最高分辨率。但是，分辨率越高，光信号越弱，噪声比也会变差，因此二者要适当兼顾。 （3）灵敏度。灵敏度定义为某一特定波长照射到像元上的单位辐射度所产生的电信号输出，主要影响因素有光栅的效率、探测器材料等因素。探测器的灵敏度在很大程度上由其材料特性决定，适当增大狭缝，增加入射光通量，也能提高灵敏度。 （4）动态范围。动态范围指光谱仪能测量到的最大与最小光能量的比值，比值越大性能越好。探测器的动态范围越大，所探测的光强度范围越大，光谱仪的信噪比与稳定性也就更好。 （5）信噪比。信噪比指测得的信号能量水平与叠加在信号上的噪声水平的比值，信噪比越高，其测量值的偏差就越小。信噪比与光谱仪的探测器性能、电路噪声和光路杂散光相关。 （6）读出速度。读出速度指在一定的入射光水平下，光谱仪输出谱图信号所需的时间，用来表征单位时间内数据处理速度的快慢。读出速度越快，单位时间内获得的信息越多，但同时读出噪声也越高。读出速度与光谱仪的灵敏度、光谱仪的数据处理系统及PC接口速度相关。 （7）重复性。重复性是指光谱仪对多次测量同一样品的一致性。在机械扫描式光谱仪中，由于步进电机带来的机械定位问题，重复定位到同一波长有可能会出现误差，重复性可以用来衡量光谱仪返回原波长的能力。在阵列式光谱仪中，因为没有运动部件，因此不存在波长定位问题，其测量重复性主要取决于探测器类型、暗电流噪声、测试电路的稳定性、系统的空间抗干扰能力等因素。 （8）杂散光。在光谱仪中，杂散光指被测波长之外，探测器接收到的其他无用波长信号。杂散光会导致一定的背景光谱，影响测量信号的单色性，造成系统信噪比降低，导致分光测量误差增大，严重降低测量结果的精确度。 （9）CCD探测器的暗电流。CCD的暗电流指没有入射光时，像元内部因热激励载流子产生的电荷噪音。暗电流是CCD探测器固有的特性，它的存在限制了器件的灵敏度和动态范围。由于CCD各像元的缺陷不完全一致，像元之间的的暗电流也呈现非均匀性，导致CCD输出带有固定背景噪音。通过关闭入射光，有意延长曝光时间，在探测器表面没有受到光子撞击时读取输出，可以求得各像元的修正系数，以此补偿测量值。另外，将CCD器件置于恒定的低温环境中，噪声影响将大大降低。 参考文献：
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