搜索
PMTPMT和和CCDCCD光电技术的对比光电技术的对比马浩臣马浩臣1363429736613634297366Part1:Part1:发射光谱理论发射光谱理论光－－电磁波-RaysX-RaysUVVisSpec.IRRadioWaves0.01nm1nm100nm400-700nm1mm1mkm•单位1nm=10-9m1Å=10-10m•范围红外750nm可见光:400-750nm紫外400nm光谱与光谱分析•1.光的色散•2.谱线的特征性---原子的“指纹”，定性分析的基础•E=hv=hc/•3.谱线的强度•I=abC（C:元素的含量）•----定量分析的基础铁基体中Cr267.716的工作曲线Part2:Part2:光谱仪组成原理光谱仪组成原理原子发射光谱仪原理检测器原子激发激发光源外光路分光系统直读光谱仪的基本构造能量CCD检测器读取光强信号打印或者存储数据发射光线样品衍射光栅，工作原理与棱镜相类似入射光激发源计算机读取CCD数据，计算结果，向仪器主机发出指令，打印或者存储数据316指令发出读取信号强度计算分析结果衍射光栅对光线进行分离与反射，在罗兰圆上形成光谱带分光器件：棱镜、光栅•棱镜---色散不均匀n(λ)•光栅---平面光栅：小阶梯光栅•中阶梯光栅•高分辨率光栅•凹面光栅：机刻与全息光栅••色散均匀---W=kN光栅方程dbcaa=gratingnormalb=incidentangleic=refractedanglerd=gratingspaceN=orderofrefractionn=d(sini+sinr)入射狭缝：入射光穿过该狭缝（10-20µm宽）到达光栅。整个光谱带的所有谱线均为入射狭缝的映像。.光栅：像一个凹面镜，但表面上有刻线入射光经过反射与衍射，形成光谱带。入射光罗兰圆：光谱带分布在圆周上。该名称来源于发明者“罗兰”。罗兰圆的直径恰好等于凹面光栅的曲率半径，图像仅在该距离聚焦。,CCD阵列电荷耦合器件（CCD）CCD的光敏区域分为不同的像素，每个像素可分别读取一个光强度。CCD或者PMT出射狭缝与光电倍增管（PMT）：单色光穿过出射狭缝（25或50µm宽）照射在PMT。PMT测量光的强度。分光系统示意图分光系统三维图PMT出射狭缝CCD入射狭缝入射光衍射光栅检测器检测器•1.感光谱板：人工、慢、谱区窄•2.光电倍增管：某瞬间只能测一条谱线•3.固态检测器：检测器：全谱测量全谱测量•光电倍增管(PMT)是次级电极放大器。•一个光子到达光阴极产生两个电子，电子到达第一打拿极时分别发射出两个新的电子。经过9个打拿极后阳极收集所有的电子，形成能够被检测到的电压。刚好能够形成可测量电压的光强度是能被检测到的最低光强度。PMT的原理CCD的原理•电荷耦合器件(CCD)是半导体芯片。•光敏区(中间线状区域)被分为细小的点，称为像素。•每个像素相当于一个光电二极管，在不同的光强照射下产生不同的电压。（1）固体检测器的原理核心－像素（光发射阴极）e-e-e-e-e-金属接触层入射光势能墙SiO2P型硅评估一台光谱仪器的重点•分辨能力•分辨能力•分辨能力•---•---•---•稳定性,重量,颜色等等分辨能力的例子ADCB上述例子说明：分辨能力很重要分辨能力差的光谱仪不能在铁基上使用Si2881谱线（该谱线对于Si元素的分析很重要）。如果不能使用该谱线，将无法准确测量到钢中的硅含量。Part4:Part4:CCDvs.PMTCCDvs.PMTCCD的优势(一)•整个波长范围内的所有谱线均可利用，我们可以选择所有的最佳线来进行分析，不会因为空间有限而被迫放弃某些最佳线•对于任何一个元素，都有许多谱线可供选择，能够覆盖完整的含量范围。对于某个特定的含量范围，我们也可以同时选择几条谱线进行分析，对这些谱线的结果进行平均，这样可以提高分析结果的再现性•根据用户的需要，可以添加额外的谱线（针对不常见的元素）。这可以在仪器生产时完成，或者在用户现场完成•在用户现场可以添加新的基体，而且无须对硬件做任何改动•仪器整机的价格不再取决于谱线的数目；仪器的测量范围更宽；某些特殊的元素（如铁基里的Zr或者铝基里的Sr）已包含在标准配置里面。•真正实现多基体的仪器。PMT的仪器也能提供多基体，但他们经常无法选取最佳的谱线，有时候甚至需要舍弃某些重要元素。•自动校准光路以及“在峰测量”。无须手动寻峰，省时并减少出错。•不再需要昂贵的恒温系统•环境温度的变化不再对测量产生影响CCD的优势(二)•相同数目的通道/谱线下更小的体积与重量•不需要使用到高压。使蓄电池的使用成为可能，同时减少了故障的发生•……•小结•在分析应用领域上以及便携设计上具有绝对的灵活性•极佳的性价比•随时可以增加分析元素或者分析基体(前提是要有标样)CCD的优势(三)PMT的优势•紫外区的灵敏度好，可以直接测量低于170nm的波长。CCD检测器在测量远紫外区时需要特别的涂层（CCD涂层后效果类似）•动态范围更宽。PMT的动态范围是106，而CCD的是104。CCD的信噪比不如PMT好。PMTvs.CCD•综合考虑：•“CCD光学系统更适合便携式以及小型台式光谱仪”•PMT在高端市场上具有优势（更好的测N，O等元素）•CCD的不足(远紫外区的灵敏度以及动态范围）可通过特殊涂层与数学方法来克服•CCD的优点（全谱数据，价格，低电压等等）远多于它的不足对于技术本身•PMT的使用已超过20年，不再有新的研发投入•CCD还被应用于其他领域，照相、传真、扫描、复印机等等•CCD市场惊人的庞大，有许多大的生产企业，如Sony,Kodak,HP,Canon,Zeiss,Polaroidetc.更重要的是：TSA™技术（TotalSpectrumAvailability)全谱任意读取，不牺牲光谱性能•TSA技术代表了数码时代的直读光谱技术。•传统直读光谱使用固定狭缝与光电倍增管,现场升级费事费力，而且成本高，难以适应发展的需要。采用TSA技术，仪器可以非常方便增加谱线，增加基体，而且可以记录金属样品指纹信息。全谱技术自动调整光路，消除因温度气压变化而产生的光谱漂移。传统光谱必须进行手动进细调节，技术要求很高。TSA技术自动快速寻址，避免了费事费力的手动操作，避免人为误差。几乎无限的升级能力•TSA读取任意谱线，方便快捷，添加检测元素不用改变仪器硬件，不增加成本，同时光路自动校准，适应能力强。小结•CCD技术与发射光谱仪的完美结合•FM/FMC代表了台式光谱仪的发展趁势•便携式/移动式系列产品位居OES市场领先地位•TESTMASTERPRO是目前市场上移动式光谱仪中的佼佼者•应用领域：•PMI分析•冶炼－炉前化验分析，钢铁，有色金属•汽配－轴承，齿轮，气缸，活塞，发动机，汽车钢圈…•五金－五金件加工，卫浴铸造•金属制造业•轮船制造•运动器材，网球拍，羽毛球拍，棒球棒,高尔夫球头…•锅炉制造，锅检机构,压力容器管道制造•质检所技术推荐CCD经过多年的发展，现可以满足市场上几乎所有的工业材料检测要求，是中小企业的首选，而且如特检、质监、科研等也已把CCD光谱仪作为重点选择对象，因为CCD性价比最高，因为CCD维护费用低廉，因为CCD有很大的拓展空间。CCD也是移动式光谱仪技术的首选应用。牛津仪器，全系都采用CCD技术，作为全世界第一台移动光谱仪的发明者，已带领CCD技术走向更高的领域。PMT，在元素检测范围有很大的局限性，基体不可拓展，元素增加成本高，渐渐脱离了广大企业的视线。CCD应用举例PMPPM2全球最高端TMP高端CCD应用举例