European knowledge baseEuropean calibration knowledge platform
Spektroradiometria · Calibration · Measurement uncertainty

Spektroradiométer calibrationának teljes uncertaintyi costvetése

A hullámhosszskálától a spektrális responsivitásig: sávszélesség, szórt fény, linearitás, sötétjel, measurement geometria, spektrális korreláció és teljes számszerű ISO/IEC 17025 példa.

Spektroradiométer calibrationi és uncertaintyi modellje

A spektroradiométer nem egyetlen measurement csatorna, hanem hullámhossz szerint rendezett, egymással részben korrelált measurement resultek rendszere. A calibrationnak ezért egyszerre kell kezelnie a hullámhosszskálát, a spektrális responsivitást, az optikai sávszélességet, a szórt fényt, a detektor linearitását és a measurement geometriát.

1. Measurement feladat és measurand

Egy 350–1050 nm tartományú, tömbdetektoros spektroradiométer calibrationát végezzük spektrális besugárzás measurementére. A számszerű példában a 555 nm hullámhosszon közölt result:

Measurement result

Ee,λ(555 nm) = 2,500 W·m−2·nm−1

A measurand a műszer referencia-síkjában, meghatározott measurement geometriában és spektrális sávszélességgel megvalósított spektrális besugárzás. A közölt érték csak a calibrated optikai konfigurációra, integrációs időre, tartományra, diffúzorra vagy optikai szálra érvényes.

2. Measurement modell

Általános modell

Ee,λ(λ) = [S(λ) − D(λ)] · Crad(λ) · Clin(λ) · Cgeo(λ) · Cstray(λ) · Cbw(λ)

S a nyers detektorjel, D a sötétjel, Crad a spektrális responsivitásból származó radiometriai calibrationi tényező, Clin a linearitási, Cgeo a geometriai, Cstray a szórt fény-, Cbw pedig a sávszélességhez kapcsolódó korrekció.

Lényeges: a hullámhosszskála uncertaintya nem egyszerűen „nm-ben hozzáadandó” komponens. Hatása a spektrum helyi meredekségén keresztül alakul át a spektrális besugárzás uncertaintyává.

3. Hullámhosszskála és spektrális felbontás

A hullámhosszcalibration vonalsourceskal vagy jól ismert spektrális maximumokkal történik. A teljes modellnek tartalmaznia kell a referencia-vonal uncertaintyát, a csúcsillesztést, a pixel–hullámhossz regresszió maradékát, a hőmérsékleti driftet és a reprodukálhatóságot.

A spektrális sávszélesség a mért spektrum konvolúcióját okozza. Keskeny emissziós vonalnál vagy meredek LED-spektrumnál a névleges hullámhosszhelyesség önmagában nem elegendő: az instrument line shape és a tényleges optikai sávszélesség is meghatározza az resultt.

4. Spektrális responsivitás és radiometriai skála

A spektrális responsivitás kalibrálható referenciaforrás vagy referenciadetektor segítségével. A uncertaintyi láncban megjelenik az measurement standard uncertaintya, a referenciaforrás stabilitása, a geometriai átadás, a hullámhossz-interpoláció, a műszer ismételhetősége és a környezeti állapot.

A radiometriai skála több hullámhosszpont között erősen korrelált lehet. Egy közös referenciaforrás abszolút skálahibája szinte azonos irányban módosítja az egész spektrumot, míg a detektorzaj rövid korrelációs hosszúságú, pontonként változó komponenst resultez.

5. Szórt fény, linearitás, sötétjel és sávszélesség

KomponensFizikai eredetJellemző hatásÉrtékelés
Szórt fényMonokromátor, rács, belső reflexióKeskeny és nagy dinamikájú spektrum torzulásaKeskenysávú forrás, vágószűrő vagy mátrixkorrekció
LinearitásDetektor és elektronikaJelszintfüggő skálahibaTöbb jelszint, integrációs idő vagy referencia-attenuátor
SötétjelTermikus és elektronikus háttérKülönösen kis jelnél dominánsMeasurement előtti/utáni dark, hőmérséklet és időfüggés
SávszélességRés, rács, pixelméretSpektrális simítás és csúcshibaILS-measurement és konvolúciós modell

6. Teljes számszerű uncertaintyi costvetés 555 nm-en

A példában minden érték relatív standard uncertainty százalékban. Az érzékenységi együttható a relatív modellben 1.

KomponensÉrtékEloszlásurel (%)Varianciarész (%)
Referencia radiometriai skálaU = 0,80%; k=2normális0,40038,1
Átadási reprodukálhatóságs = 0,25%normális0,25014,9
Hullámhossz-helyesség hatása0,18%normális0,1807,7
Szórt fény korrekció±0,40%téglalap0,23112,7
Detektor linearitás±0,30%téglalap0,1737,1
Sötétjel és offset0,10%normális0,1002,4
Geometriai átadás±0,30%téglalap0,1737,1
Sávszélesség / ILS0,16%normális0,1606,1
Interpoláció és adatfeldolgozás0,13%normális0,1304,0
Result

uc,rel = 0,648%   →   Urel = 1,30% (k = 2)

Ee,λ(555 nm) = (2,500 ± 0,032) W·m−2·nm−1, k = 2

7. Spektrális kovariancia

A teljes spektrumhoz nem elegendő minden hullámhosszponthoz egyetlen U(λ) értéket rendelni. A radiometriai skála, a referenciaforrás és a geometria hosszú tartományon korrelált; a hullámhosszhiba a spektrum deriváltjával arányos; a detektorzaj és sötétjel rövidebb korrelációs szerkezetet mutat.

Kovariancia felbontás

Σ = Σskála + Σhullámhossz + Σstray + Σzaj

Az integrált fotometriai és színmennyiségek uncertaintyát a teljes kovarianciamátrixból célszerű propagálni. A pontonként független uncertainty feltételezése rendszerint hibásan becsüli a fényáram, CCT, színességi koordináták és színbackadási jellemzők uncertaintyát.

8. Interaktív uncertaintyi számító

Adja meg a relatív standard uncertaintyokat százalékban. A számító független komponenseket feltételez; korreláció esetén a laboratóriumi modellben kovarianciatagokat is alkalmazni kell.

9. Resultközlés és calibrationi certificate

A certificateban külön kell közölni a hullámhosszskála resulteit, a spektrális radiometriai calibrationi tényezőket, a használt spektrális sávszélességet, a measurement geometriát, a konfigurációazonosítót és a hullámhosszfüggő kiterjesztett uncertaintyot. A calibrationi tényezőket célszerű géppel feldolgozható mellékletben is átadni.

Példamondat: „A közölt kiterjesztett measurement uncertainty a standard uncertainty k = 2 lefedettségi tényezővel számított értéke, amely normális eloszlás feltételezése mellett megközelítőleg 95% lefedettségi valószínűségnek felel meg.”

10. ISO/IEC 17025 auditori nézőpont

  • A calibrated konfiguráció egyértelmű azonosítása: műszer, optika, szál, diffúzor, integrációs idő és szoftververzió.
  • A hullámhossz- és radiometriai calibration közötti kapcsolat dokumentálása.
  • A szórt fény és linearitás vizsgálatának a használati tartományhoz igazítása.
  • A korrekciós fájlok, nyers spektrumok és számítások verziózott megőrzése.
  • A uncertaintyi costvetés és a laboratórium CMC-jének összhangja.
  • A spektrális korreláció kezelése származtatott fotometriai és színmennyiségeknél.
Measurement uncertainty akadémia

Folytassa a learning pathat

Academy →