JJG 685-90 光电探测器相对光谱响应度检定规程.pdf

中 华人民 共和国国家计量检定规程J J G 6 8 5 - 9 0光电探测器相对光谱响应度1 9 9 0年5月2 4日批准1 9 9 0 年 1 2月 1 日实施国 家 技 术 监 督 局目录一概迷 ” 二” “ “ ” ” ” “ ， 。 “ “ “ (1 )二技术要求 “ ” 一( 1 )三检定条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 )四 检定方法 “ ” ” ” “ ” “ ” “ 。 “ ” “ 一( 4 )五 检定结果处 理和检定 周期 “ ” “ “ “ “ .( 7 )附录 附录1 检定证书 ( 背面 )格式“ “ ” ” ” ” ” ” ( 8 ) 附录2 检定记录表 “ “ “ “ ” ” ( 9 ) 附录3 检定结果的误差估算 “ ， “ “ ” ( 1 4 )令.令令 令. 今. 令.令.杏、.合.令.。备扩 如 J J G 6 8 5 -8 0月 仓 . 司 卜卜卜 . 今 . 今 .今 .令 .产令.全宁全气 光电探测器相对光谱 响应度检定规程 Ve r i f i c a t i o n Re g u l a t i o n o fRe l a t i v e S p e c t r a l Re s p o n s i v i t y f o r P h o t o e l e c t r i c De t e c t o r 本检 定规程经国家技 术监督局于工 ， 9 0 年5 月2 4 日批准，并自1 9 9 0 年1 2月1日起施行.归口单位: 中国测试技术研究院起草单位: 中国测试技术研究院本规程技术条文由 起草单位负责解 释。本规程主要起草人: 杨华毛( 中国测试技术研咒院) 卜翠英 “ 卜 国测试技术研究院) 参加起草人: 杨锦英 c , , 国则试找长研究院) F 3 立功 ( 中国测试技术研究院)a i 心 6 8 5 - 9 0共1 4 页第1页光电探测器相对光谱响应度检定规程 本 规程适用于光辐射应用中新制 造和使用中的 光电 探测器 以 下简称探测 器)的相对光谱响应 度的 检乞 波长范围为3 8 0 - 9 5 0 n m ,其它波长区可参照本规程检定. 概述 生 探测器 是将光 辐射量转换成电学 量， 从而对光辐射量进行测定的仪器. 2 由于光度学量和色度学量是生物物理量，用子 这 些量测f ft 的探测器， 其光谱响应度函数的 分布曲线必 须与标准色 度观察者的色匹配函数 相一致。因此， 所使用的探测器需正确地测 定其相对光谱响应度。 3 探测器 可分为发射型 ( 如:光电管、 光 电倍增管) 、光导 型 ( 如:硫化铅光电器件 ) 、光伏型 ( 如:硅光 二极管、硅光电池 、硒光电池 。 4 探测器是量子器件，只有当它吸收的光子 能量 ( h v )足够大时，才能产生光电 信号，故它们的响应只能 在一 定的 光iw 区产生.绝大多数 器件在紫外、可 见和近红 外区 有响应，且具有 较强的光谱选择性，在辐射度量、光度量和色度量测量中广泛地得到使用。 二技 米 要 求 5 接收而要保 持清洁、 光敏层要均匀。 6 探测器输出线没有断路 和短路现象，各自 保持良 好的绝缘，电插件接触良好. 7 探测器的窗口 应光洁 匀净，不得有气泡、 划痕、 霉斑、腐 蚀点等。 8 响应度短期 ( 功而时 的重复性应小于士 0 . 1 01 0 . ， 有效面积内响 应度的 不均匀性应小于士 工 %。( 接收面直径共1 4 页 第2 页J J G 6 8 5 -9 0娇1 0 mm以上，扫描光斑为接收面的 1 八。 ，0 5 m m以下则为 1 1 5 .) 1 0 响应度非线性 ( 在所要求的测量能量 水平处，辐射通量改变两个数量级)应小于士 1 %. 工 1 零点漂移 ( 1 0 m i n内)应小于士0 . 2 %. 1 2 在垂直入射条件下，响应度随入 射角变化 ( 士1 5 。 内)应小于 士0 . 3 %。 1 3 在垂直入射条件下，响 应度 随偏 振 方 位的 变 化应小于士0. 3 %. 1 4 探测器的技术文件，均应写明它们具有的各种特征参量和曲线。 三检 定 条 件 1 5 环境要求 1 5 . 1环 境u 度2 0 i ， ，相对湿度小于8 5 Y . ;实验室 应保持 洁净，对探N 9 器要有良 好的光屏蔽和恒温措施，避免环境杂散光辐射的影响。 1 5 . 2被检仪器应预先放置于检定环婉内，达到热稳定平衡. 1 5 . 3检定时，实验室内不应有机械振动和有于优 电测仪表正常工作的高频强电磁场. 1 6 检定用的参考 ( 标准)探测器 相对光谱响应度的测定，一般均采用两个探测器受同一单色辐肘京照射的输出信号之比来进行.这就需要一个参考探测器.本规程规定用热型探侧 器和光谱响 应度已 准确确定的 硅光二极管 作 为参考探测i g ;或不低于本规程所规定的技术条件的其它探N e il a. 1 6 . 1参考探测器在3 6 0 . 9 5 0 n m的光谱范围内，应有 平坦的光谱响应度函数，其不平坦度小 于1 %,或者光谱响应度已准确确定，在3 6 0 - 9 5 0 n m区间，其测量不确定度应小于寸1 0/ , . 1 6 . 2参考探测器应有足够高的响应度，较低的等 效噪声功率，应满足能探测1 0 - W 量级以下的辐射束的要求. 1 6 . 3参考探测器响应度的非线性，在所测量的能 量范围内，已M G 6 8 5 一 9 0共1 4 灭弟 3页准确地测 定，其 删量不确定 度应小于t 0 . 2 % . 1 6 . 4参考探测器面积响应度的不均匀性，应进行 实 测，坟删定不确定度 小于士 1 %. 工 6 . 5参考探测器最好为补偿型探测器，响应度的零漂 在3 0 m i n内 应小 于。 . 5 0 o . 工 6 . 6 参考探测 器的响 应度随 偏振度的变化，应经过检验。 1 7 检定装置 1 7 . 1光源 1 7 . 1 . 1 采用钨带灯或rt 型灯丝的澳 钨灯作光源，或其它 功率稳定 的 光源 . 屯 1 7 . 1 . 2在一个测量周期内，光源的发光强度起伏 应小于土0 . 2 %。 1 7 . 1 . 3光 源发光面亮度的不均匀性 ，在使用区不得超过土 3 %. 1 7 . 1 . 4光源发光面 应平整，不得变形. 1 7 . 2单色仪 1 7 . 2 . 工单色仪 工作波长范围应在3 5 0 - 1 0 0 0 n m ;波长鼓不重 复性小于1 0 . 1 n m;波长的不确定度小于或等于1 0 . 2 n m . 1 7 . 2 . 2单色仪的杂散光小于或等于士0 . 0 5 %. 1 7 . 3测最装置 测量 装置由 光轨、光具座、挡 屏、 灯架、面 外反射镜、透镜及其调节台、 转台等 组成.灯架要能升 能降 、左右平移、俯仰倾斜，挡屏的通 光孔大小 适当 ;装而外反射镜的转台 应能在水平面内往返灵活转动，导轨附件的表面呈黑色，以减少杂散光。 1 7 . 4电测设备和 供电 设备 1 7 . 4 . 1电测设备 1 7 . 4 . 1 . 1直流数字电 压表或直流电位差计 一台，其精度应保证监控光源供电电流的 不稳定度在1 0 m i n 内小 于或等于0 . 0 5 % . 1 7 . 4 . 1 . 2直流放大器 或锁相放大器一台，其分辨率为1 0 - 1 v( 或1 0 - 1 2 A ) ，保证 探测器系统至少能读3 位数。 1 7 . 4 . 2供电 设备共1 4 页第 4 页J J G 6 8 5 - 9 0 直流稳压德流电源 一 台，连续可调，在3 0 m i n内，电流相对不稳定度应小于或等于0 . 0 5 %. 1 7 . 5光路调整器具 1 7 . 5 . 1 D S 3 型或同 等精度的水准仪 一台 。 1 7 . 5 . 2读 数情度 不低于。 . 2 m m的十字形 分划板一块。 四检 定 方 法 1 8 外观按本规程 5 , 6 , 7条的规定进行检查. 1 9 送检的 探测器，检定前必须对面积响 应度不均匀性、非线性等参数进行检定. 2 0 测量装置的具体布置如图1 所示。图 1 相对光谱响应度测量装置原理示意图S 一光源，L -透镜，T-参考探测器，F -限制光阑. D一待侧探A ll 器，M一面外反射镜 2 0 . 1将单色仪安放就位， 并调整 水平，用标准谱线 灯检查单色仪的波长鼓的分度。 2 0 . 2调整水准仪的光轴成水平，使水准仪 内的 “ 十”字线的垂J J G 6 8 5 -s 0共1 4 页第 5 x线与单色仪入射狭缝中心线重合。“ 十”字线的中心 与入射狭缝、出射狭缝的中心重合。则该光轴定为测量系统的主光轴。 2 0 . 3将挡屏、快门、 前狭缝照明会聚 透镜安装在光轨上.通 过调节机构，使挡屏、快门、通光孔中心、透镜中心位于主光轴上。然后调节灯丝平面与主光轴垂直，其中心位于主光轴上. 2 0 . 4点燃光源，调节 狭缝与发光平面的 透镜 位置，使光源 清晰地成象于狭缝上.- 2 0 . 5将装在转台 上的凹 面反射 镜安 置在单色仪出射狭缝后面光轨上.然 后点燃光源，把 单色仪的波长鼓 调到5 5 0 m n 处附近，调节凹面 反射镜，使 它的 球心位于出射光束的主光轴 上，并使出射光斑充满凹 面反射镜的有效 表面的2 / 3 左右 。 2 0 . 6把 参考探测器和被 检探测器分别放在出射光束的两旁，与出 射光束 约成1 5 。 左右 。转动 旋转台，使凹面反射 镜先转向 参考探测器，出射狭缝的象完全落 在探测 器的接收面内，力求使 入射 在接收面上的光束的几何条件与使用的几何条件准确匹配，并使探测器有最大的输出信号 .用 上述相同的方式调整 被检探测 器，反复多次，确定好旋转台偏转的角度，最后将探测器位置固紧。 2 0 . 7杂散光 辐射的 屏蔽 检定 在暗室中 进行，装置周围用黑绒布 作围帐 ，特别注意探测 器的辐射屏蔽. 2 1 相对光谱响应度的检定 相对光潜响应度测定方法很多，这里采用转镜直接比较法，其具体操作步骤如下. 2 1 . 1将探测器输出 线与 指示仪器的输入线连 接。 2 1 . 2灯的供电及电测线路如图2 所示。 2 1 . 3电测仪 表按各自 的要求进行预 热. 2 1 . 4将灯按规定的电流电压点燃，预热 1 0 m i n ,探测 器用较强的辐射预照几分钟。 2 1 . 5单色仪波长鼓调到几 : 。灯的供电电 流用数字电压表监控 ，保证光强德定在测量条件所要求的范围内.旋转凹面反射镜，使单色共1 4 页第6页J a c 6 8 5 -s 0X ) s压距 图2 直流供电线路S 一标准灯，R: 一可调电阻，R一 标准电阻仪出射光束落 在参考探测器的有效 接收面内 。 2 1 . 6关闭光路中的 快门，遮去入射于 参考探测器上的 光束，待显示 器上读数稳定后 ，记 下显 示器上的读数u - ( 几 、 ) ，填入检定记录表格内。 2 1 . 7打 开快门 ，调节单色仪前后狭缝 ( 前 后狭缝等宽)或光源的 供电电流，使被检探测 器输出信 号在显示器上的读数达3 位数以上。监控灯的电流， 待显示器上的读数稳定后，记 下读数。 ， ( 几 ; ) ，填入检定记录表格内. 2 1 . 8关闭快门， 再一次读出参考探测器的暗信号 输出u r . 1 ( A ) I取光照前后两次暗信号的平均值 ，作 为真实的暗信7 f即u , . 合 (u ,. , + U . o s )( 1 ) 2 1 . 9打开快门，转动凹面反射镜，使 单色 仪出射光完全落在被险探侧器的接收而内. 2 1 . 1 0关闭诀门，遮去入射于被检探测器上的光束，待显示器上的读数稳定后，记下读数 。 。 ( 沐 : ) ，填入检定记录表格内。a r c 6 8 5 -s 0共1 4 页第 7 页 2 1 . 1 1打 开快门 ，单色光入射在被检 探测器上，监控灯的电流 ，待被检探测器输出信号的读数稳定后，记下显示器上的读数 u , ( 3 , ) ,填入检定记录表格内。 2 1 . 1 2 关闭 快门 ，再一次记下 被检探测器的暗信号输出，即“ 。 。 : ( 丸 ， ) ，取光 照前 后两次 暗信号 的平均值，作 为真实的暗信号 ，即“ 一夸 ( u :一 + “ : 一 ，( 2 )被检探测器的相对光谱响应度S ( 2 , )定义为S ; ( 几 ; ) 二u : ( 久 : ) 一 u -( 1 , )u * ( , ) 一 u.(.1,). S , ( A , ) ( 3 )式中， S , 以， )为参考探测器 在波长几 : 处的 相对光谱 响应度. 2 1 . 1 3单色仪波长鼓调到下一个 待 测的 波 长点，再按2 1 . 5 -2 1 . 1 2 各 款进行操作，测 定该波 长处的相对光谱响 应度，测定波长 间隔 ，采用 x 二 1 0 n m . 重复测量 3 次以上. 五检定结果处理和检定周期 2 2 根据2 1 条测 量记录的 数据，计算出参考探测器的净输出u , - U , 。 及u : 一 “ : 。 ，以各 自 对应的相 对测 量标准 偏差 ( 6 -, ) ,剔除6 标准 偏差 大于1 . 5 % 的数 据. 2 3 把计算所得的净输出u , - U - “ 一 “ : 。代入 式 ( 3 )，计算出被检探测器的相对光谱响应度S以: )值，然后以峰 值波长处的响应度数据S , ( A 砂 为1 ，对其它波 长 的数据进行归一化.S , ( 2 , ) =S i ( l )S ; ( A m )( 4 ) 2 4 取重复测量 3 次以上的平均值. 2 5 按照本规程的规定和要求，检定合格的 探测 器 发给检定证书 i检定不合格的探测器，发给 检定结果通知书. 2 6 复检时带上次检定证书. 2 7 参考 ( 标准 )探侧 器检定周期为一年 ，一 般探测器 的检定周期不作规定。共1 4 3 ( 第s页7 7 G 6 8 5 -8 0附录附录 1检定证书 ( 背面)格式检定结果9 一 Ilz 份 ;(一 ) “ “ ， 皮长x ( n m)二 seo-sso 一一 !一一5 日0400470 ,_,420990440一45 0 一 一 5D 600 67 0 召2 0 旧7 0 一-一.-.， 64 0 65 O e启061 P5 2 053 05 4 055 056 057 076 07 70s,(a)- II x( nm ) 卜 /芍J J G 6 8 5 -9 0共1 4 页第9 页一日曰曰日一曰川一一曰曰共1 4 页第功页J J Ce 3 S 一3 娜写，。一1一 L!一1!-一卜一一!一r!曰川一曰曰日日川一川一 一一 川川一川冲日坦川一山川口口口布出勺一)井零0韶曰口卜嵘一日J 了 C a s -9 o共l a 页第i i 贫簇恋悦协杀代.的邵筹(、。1水丫小一她召堵居翻川口训r|一卜 1 一 一 一 1 万 一尸一爵干 一ti o- =小 一盲 :夔毫张壮拍卡淤然侧一一于一|到|J J G E S S -9 0共1 4 页第1 3 页计算订( u . . i +(4 . a . )，上一八乙( u , o , +u s . I )1一2-那S i ( ) =林 一“ I o协 ， 一“ 护 。 S , ( 久 ) ( S ( J )为已知)以峰值波长处响应度数值为 1 ，对其它波长的响应度归一，即S ( )二S ( A )S ; ( A m )共1 4 页第1 4 页J J G X 8 5 -g 0附录 3 检定结果的误差估算 影响 光电 探测器相 对光谱响 应度测量的准确 度的 因素很多，下面分别叙述各项误差源及其合成的方法. 光电探测器相对光谱响应度测量中，其误差源可分三部分。 1 探测器自 身的特性误差S , 1 . 1响应度直线性 1 . 2响 应度均匀性 1 . 3响应度温 度特性 1 . 4响应度受入射光照射角度的影响 1 . 5响应度受入射光偏振方向的影响。_les 不 面 一“ 一 V 念 2 测量过程中引进的误差 S ,2 . 1光谱响应 度比 值测量2 . 2光源发光 强度的 稳定性2 . 3单色系统光谱带宽的影响2 . 4单色仪波长设定的误差2 . 5单色系统杂散光2 . 6反射镜转动 定位的重复性2 . 7探测器光电流输出测量系统及读数误差2 。 8参考探测器和被检探测器光谱响应曲线随波长变化率的不同 石 A .k， 一 Vv 一3参考探侧器传递误差 姚以上各项误差合成为 S = V一 S ; -+ S 2 + S ;