一种空心阴极灯测试装置及测试方法与流程

本发明属于测试技术领域，涉及原子吸收分光光度计计量标准的测试技术，进一步涉及原子吸收分光光度计检定用标准空心阴极灯测试技术。

背景技术：

根据JJG694-2009原子吸收分光光度计检定规程，仪器的多项参数的检定均以空心阴极灯为标准，如采用汞灯、锰灯检定仪器的波长示值误差、分辨率；采用铜灯检定仪器的静态基线稳定性、采用镉灯对仪器进行背景、采用砷灯、铯灯检定仪器的边缘能量，但由于目前未有此类装置，空心阴极灯的性能难以评价，仅采用检定合格的原子吸收分光光度计对空心阴极灯进行起辉和稳定性的检测。

空心阴极灯的性能主要体现在起辉时间、辐射强度及稳定性等方面，在制造过程中，电极的设计、封入气体的压力及最终的纯化处理工艺直接影响空心阴极灯的辐射强度及稳定性；在使用过程中，由于阴极溅射,造成阴极内孔表面粗糙,阴极溅射蒸发物吸附载气使灯内载气压力下降,导致辐射强度下降、稳定性变差,辉光不集中等现象，甚至不能发射出被测元素的共振线。作为计量标准，空心阴极灯的性能直接影响被检原子吸收分光光度计的基线稳定性、检出限、重复性、边缘能量与波长等性能指标。

技术实现要素：

本发明针对空心阴极灯的性能难以评价的现状，提供一种测试起辉时间、辐射强度及稳定性、背景噪声的空心阴极灯测试装置。

本发明是这样实现的：基于光谱比对原理，以氘灯和卤钨灯为标准光源，标准光源的辐射经单色器色散为窄带通单色光，通过比对空心阴极灯特征波长及背景波长信号响应、确定空心阴极灯的辐射强度及背景噪声、根据硅光电池的响应信号变化确定空心阴极灯的起辉时间。

本发明涉及的空心阴极灯测试装置，由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，其特征在于：光源系统中塔轮圆盘2上对称安装氘灯标准光源3和卤钨灯标准光源4、同轴心空间圆周上安装n个空心阴极灯光源，n介于2～8之间；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上。

空心阴极灯的测试方法，包括如下步骤：

A：旋转塔轮圆盘2驱动塔轮圆盘2，依次开启空心阴极灯，经聚焦透镜13聚焦于硅光电池9的PN结，记录空心阴极灯的信号响应u_h，直至稳定；

B：开启标准光源，待稳定后，旋转涡轮旋转台1驱动塔轮圆盘2，氘灯标准光源3、卤钨灯标准光源4的辐射(或经衰减后)经单色器聚焦透镜12聚焦于单色器入射狭缝，经色散后聚焦在CCD检测器光敏面，依次记录氘灯标准光源及卤钨灯标准光源的信号响应及u_λz；

C：旋转涡轮旋转台1，依次将空心阴极灯置于单色器光路中，空心阴极灯的辐射(或经衰减T_H后)经单色器聚焦透镜12聚焦于单色器入射狭缝，记录空心阴极灯特征波长的信号响应u_H及背景信号响应u_z；

按公式(1)(2)(3)(4)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z：

式中：t--空心阴极灯起辉时间；

u_h--空心阴极灯特征波长的信号响应(硅光电池检测器)；

J_H--空心阴极灯辐射强度；

J_λ--λ波长处，标准光源的辐射强度；

λ_H--空心阴极灯特征波长；

λ_Z--空心阴极灯背景波长；

Δλ_H--空心阴极灯特征波长与标准光源赋值波长的偏差；

u_H--空心阴极灯特征波长的信号响应(CCD检测器)；

u_λ--λ波长处，原子吸收标准装置的标准光源的信号响应；

T_λ--λ波长处，标准光源衰减器的衰减系数；

T_H--空心阴极灯衰减器的衰减系数；

σJ_rel--空心阴极灯的辐射稳定性；

J_z--空心阴极灯背景噪声；

u_Z--空心阴极灯的背景信号；

本发明涉及的空心阴极灯测试装置，由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，其特征在于：光源系统中塔轮圆盘2上对称安装氘灯标准光源3和卤钨灯标准光源4、同轴心空间圆周上安装半导体激光器及n个空心阴极灯光源，n介于2～8之间；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上。

空心阴极灯的测试方法，包括如下步骤：包括步骤A和下述步骤：

D：待标准光源稳定后，旋转涡轮旋转台1驱动塔轮圆盘2，氘灯标准光源3、卤钨灯标准光源4的辐射依次经单色器聚焦透镜12聚焦于单色器7的入射狭缝，记录氘灯标准光源及卤钨灯标准光源的光谱响应u_λ；

E：设置单色器波长为半导体激光器辐射波长λ_L，记录氘灯标准光源或卤钨灯标准光源的信号响应关闭标准光源，将半导体激光器置于光路中并开启，待激光器稳定后，记录半导体激光器特征波长的信号响应u_L；

F:旋转涡轮旋转台，依次将空心阴极灯置于单色器光路中，待测空心阴极灯的辐射(衰减T_H后)经单色器聚焦透镜12聚焦于单色器入射狭缝，记录空心阴极灯特征波长的信号响应u_H及背景信号响应u_z；

按公式(1)(5)(6)(7)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z

式中：J_H--空心阴极灯辐射强度；

u_L--半导体激光器特征波长的信号响应；

Δλ_L--半导体激光器特征波长与标准光源赋值波长的偏差；

J_L--半导体激光器的辐射强度

本发明涉及的空心阴极灯测试装置，由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，其特征在于：光源系统中塔轮圆盘2上对称安装氘灯标准光源3和卤钨灯标准光源4，同轴心空间圆周上安装n个空心阴极灯光源，n介于2～8之间；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上；积分球置于光源与单色器入射狭缝之间、积分球入射口与空心阴极灯的辐射光路同轴心、出射口与单色器7的入射狭缝同轴心；半导体激光器固定于积分球外表面，发射窗口与内表面重合、且不直射单色器入射狭缝。

空心阴极灯的测试方法，包括步骤A、D、E和F，按公式(1)(5)(6)(7)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z；

本发明涉及的空心阴极灯测试装置，将原子吸收分光光度计标准空心阴极灯的量值溯源至标准光源，装置量值稳定，使用快捷、方便，适用于空心阴极灯的起辉时间、辐射强度及稳定性、背景噪声等技术参数的测试。

附图说明

图1本发明涉及的原子吸收分光光度计标准装置结构示意图

图2本发明涉及的原子吸收分光光度计标准装置结构示意图

图3本发明涉及的原子吸收分光光度计标准装置结构示意图

其中：1-涡轮旋转台,2-塔轮圆盘，3-氘灯标准光源，4-卤钨灯标准光源，5-半导体激光器，6-积分球，7-单色器，8-CCD检测器，9-硅光电池检测器，10-氘灯聚焦透镜，11-卤钨灯聚焦透镜，12-单色器聚焦透镜，13-硅光电池聚焦透镜，14-氘灯标准光源衰减器，15-卤钨灯标准光源衰减器，16-空心阴极灯衰减器。

具体实施方式

下面结合实施例对发明内容进行进一步说明，但不作为对发明内容的限制。

实施例一

如图1所示：原子吸收分光光度计标准装置由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，光源系由7SRA1100A涡轮旋转台1、直径300mm塔轮圆盘2、标称辐射功率30w氘灯标准光源3、12V5w卤钨灯标准光源4、氘灯标准光源衰减器(T＝70％，R＝20mm)14、卤钨灯标准光源衰减器(T＝50％，R＝20mm)15、空心阴极灯衰减器(T＝10～50％，R＝20mm)16构成；单色器系统由FHR1000单色器7、单色器聚焦透镜(f＝80mm，R＝20mm)12构成；检测器系统由Horiba SYN-1024X256-SP CCD检测器8、S1133-14硅光电池检测器9、硅光电池聚焦透镜(f＝20mm，R＝10mm)13构成。

氘灯标准光源3、卤钨灯标准光源4及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯均匀固定于塔轮圆盘2直径180mm的空间圆周上，塔轮圆盘2固定于涡轮旋转台1的旋转面上，并与涡轮旋转台1的旋转面同心；单色器7的入射口正对于空心阴极灯辐射方向，且入射狭缝处于以塔轮圆盘2的轴心为圆心、与标准光源、空心阴极灯相同分布的空间圆周上；CCD检测器8垂直置于单色器出射口、且光敏面处于单色器7的出射光焦平面上；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上。

涡轮旋转台驱动塔轮圆盘旋转至特定位置时，氘灯标准光源、卤钨灯标准光源及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯的辐射依次经单色器聚焦透镜聚焦于单色器入射狭缝、空心阴极灯的辐射经硅光电池聚焦透镜聚焦于硅光电池的PN结。

按照步骤A测量空心阴极灯的信号响应u_h，按照步骤B、C分别测量标准光源的信号响应及u_λz、空心阴极灯特征波长的信号响应u_H及背景信号响应u_Z，按公式(1)(2)(3)(4)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z，如表1所示。

表1空心阴极灯测试结果

实施例二

如图2所示：原子吸收分光光度计标准装置由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，光源系由7SRA1100A涡轮旋转台1、直径300mm塔轮圆盘2、标称辐射功率30w氘灯标准光源3、12V5w卤钨灯标准光源4、DL-4146-101S半导体激光器5、氘灯标准光源衰减器(T＝70％，R＝20mm)14、卤钨灯标准光源衰减器(T＝50％，R＝20mm)15、空心阴极灯衰减器(T＝10～50％，R＝20mm)16构成；单色器系统由FHR1000单色器7、单色器聚焦透镜(f＝80mm，R＝20mm)12构成；检测器系统由Horiba SYN-1024X256-SP CCD检测器8、S1133-14硅光电池检测器9、硅光电池聚焦透镜(f＝20mm，R＝10mm)13构成。

氘灯标准光源3、卤钨灯标准光源、半导体激光器4及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯均匀固定于塔轮圆盘2直径180mm的空间圆周上，塔轮圆盘2固定于涡轮旋转台1的旋转面上，并与涡轮旋转台1的旋转面同心；单色器7的入射口正对于空心阴极灯辐射方向，且入射狭缝处于以塔轮圆盘2的轴心为圆心、与标准光源、空心阴极灯相同分布半径的空间圆周上；CCD检测器8垂直置于单色器出射口、且光敏面处于单色器7的出射光焦平面上；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上。

涡轮旋转台驱动塔轮圆盘旋转至特定位置时，氘灯标准光源、卤钨灯标准光源、半导体激光器及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯的辐射依次经单色器聚焦透镜聚焦于单色器入射狭缝、空心阴极灯辐射经硅光电池聚焦透镜聚焦于硅光电池的PN结。

按照步骤A测量空心阴极灯的信号响应u_h，按照步骤D、E、F分别测量标准光源的光谱响应u_λ、标准光源的信号响应半导体激光器的信号响应u_L及空心阴极灯特征波长的信号响应u_H及背景信号响应u_z，按公式(1)(5)(6)(7)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z，如表2所示。

表2空心阴极灯测试结果

实施例三

如图3所示：原子吸收分光光度计标准装置由光源系统、单色器系统、检测器及数据处理系统构成，光源系统由7SRA1100A涡轮旋转台1、直径300mm塔轮圆盘2、标称辐射功率30w氘灯标准光源3、12V5w卤钨灯标准光源4、DL-4146-101S半导体激光器5、积分球(60mm)6、氘灯聚焦透镜10、卤钨灯聚焦透镜11、氘灯标准光源衰减器(T＝70％，R＝20mm)14、卤钨灯标准光源衰减器(T＝50％，R＝20mm)15、空心阴极灯衰减器(T＝10～50％，R＝20mm)16构成；单色器系统由FHR1000单色器7、单色器聚焦透镜(f＝80mm，R＝20mm)12构成；检测器系统由Horiba SYN-1024X256-SP CCD检测器8、S1133-14硅光电池检测器9、、硅光电池聚焦透镜(f＝20mm，R＝10mm)13、构成。

氘灯标准光源3、卤钨灯标准光源4及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯均匀分布于塔轮圆盘2直径180mm的圆周上，塔轮圆盘2固定于涡轮旋转台1的旋转面上，并与涡轮旋转台1的旋转面同心；积分球置于光源与单色器之间，积分球入射口与标准光源的入射光路同轴心、出射口与单色器7的入射狭缝同轴心；半导体激光器固定于积分球外表面，其发射窗口与内表面重合、且不直射单色器入射狭缝；单色器7的入射口正对于空心阴极灯辐射方向，且入射狭缝处于以塔轮圆盘2的轴心为圆心、与标准光源、空心阴极灯相同分布的空间圆周上；CCD检测器8垂直置于单色器出射口、且光敏面处于单色器7的出射光焦平面上；硅光电池检测器9固定于塔轮圆盘对侧、与标准光源及空心阴极灯相同分布的空间圆周上。涡轮旋转台驱动塔轮圆盘旋转至特定位置时，氘灯标准光源、卤钨灯标准光源、半导体激光器及铜、镉、汞、锰、砷、铯空心阴极灯的辐射依次经单色器聚焦透镜聚焦于单色器入射狭缝、空心阴极灯辐射经硅光电池聚焦透镜聚焦于硅光电池的PN结。

按照步骤A测量空心阴极灯的信号响应u_h，按照步骤D、E、F分别测量标准光源的光谱响应u_λ、标准光源的信号响应半导体激光器的信号响应u_L及空心阴极灯特征波长的信号响应u_H及背景信号响应u_z，按公式(1)(5)(6)(7)分别计算空心阴极灯的起辉时间t、辐射强度J_H、辐射强度的稳定性σJ_rel及背景噪声J_z，如表3所示。

表3空心阴极灯测试结果