紫外光谱辐射通量测量装置的制作方法

1.本公开涉及光学计量技术领域，尤其涉及一种紫外光谱辐射通量测量装置。


背景技术：

2.近年来，紫外线消毒杀菌得到了广泛关注。目前用来消毒杀菌的紫外灯主要有低压汞灯、紫外led、222nm准分子紫外灯等。紫外光源光谱辐射通量的测量是其中一项重要的参数测量。
3.目前光谱辐射通量的测量，主要集中在可见波段380nm-780nm，而紫外波段主要是针对紫外杀菌灯254nm的积分辐射通量测量。方法主要有两种，积分球法以及变角辐射计法。目前最常用的是积分球法，但积分球法由于积分球均匀性、荧光效应等会引入测量误差，一般作为次级测量标准。变角辐射计法可以用积分辐射照度计和光谱辐射计，测量光源的辐射通量和光谱辐射通量，但是测量时间长。
4.而且，目前使用的光谱辐射计为阵列式光谱仪，在可见波段可行，但是在紫外波段，由于阵列式光谱仪存在严重的杂散光效应，无法准确测量。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.针对现有的技术问题，本公开提供一种紫外光谱辐射通量测量装置，用于至少部分解决以上技术问题。
7.(二)技术方案
8.本公开提供一种紫外光谱辐射通量测量装置，包括：紫外标准辐射源1，可转动设置于旋转台2上，紫外标准辐射源1分别以第一轴线或第二轴线为旋转轴，第一轴线与第二轴线正交；辐射通量测量仪3，设置于紫外标准辐射源1的紫外光路上，以测量紫外标准辐射源1的辐射通量；其中，辐射通量测量仪3包含第一光栅301和第二光栅302，第一光栅301与第二光栅302分别设置于不同的腔室，以依次对紫外光进行分光；第一轴线与辐射通量测量仪3的光接收面垂直。
9.可选地，紫外光谱辐射通量测量装置还包括：光阑4，设置于紫外标准辐射源1与辐射通量测量仪3之间，以屏蔽紫外标准辐射源1与辐射通量测量仪3之间的杂散辐射。
10.可选地，紫外光谱辐射通量测量装置还包括：控制机5，与旋转台2电连接，以控制旋转台2旋转；并与辐射通量测量仪3通信连接，以导出辐射通量测量仪3的测量结果。
11.可选地，紫外标准辐射源1包括氘灯、氙灯、紫外led和低压汞灯。
12.可选地，辐射通量测量仪3为机械扫描式双光栅光谱仪。
13.可选地，辐射通量测量仪3还包括：漫射器303，设置于辐射通量测量仪3的光接收口处，以对紫外光进行增透。
14.可选地，旋转台2包括：水平基座201和竖直基座202；其中，紫外标准辐射源1与竖直基座202可转动连接，竖直基座202与水平基座201固定连接，水平基座201可转动设置于
紫外光谱辐射通量测量装置的固定机构上，水平基座201以第二轴线为旋转轴，竖直基座202以第一轴线为旋转轴。
15.可选地，紫外标准辐射源1包括辐射波长在200nm～450nm的紫外辐射源。
16.(三)有益效果
17.本公开提供的这种紫外光谱辐射通量测量装置，采用具有两个光栅的辐射通量测量仪依次分别对紫外光进行分光，结合可在两个维度旋转的紫外标准辐射源，可以有效降低光谱仪杂散光效应带来的测量误差，以及操作便捷，减少了测量时间。
18.本公开提供的这种紫外光谱辐射通量测量装置，采用氘灯、氙灯等紫外标准辐射源作为标准紫外辐射源，将光谱辐射通量的测量波段从可见光延伸到紫外线，可以覆盖200nm-450nm波长范围。
附图说明
19.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
20.图1示意性示出了根据本公开实施例的紫外光谱辐射通量测量装置结构图；
21.图2示意性示出了根据本公开实施例的辐射通量测量仪的结构图；
22.图3示意性示出了根据本公开实施例的紫外光谱辐射通量测量方法流程图；
23.图4示意性示出了根据本公开实施例的氘灯光谱辐射通量测量结果图；
24.图5示意性示出了根据本公开实施例的氙灯光谱辐射通量测量结果图。
25.【附图标记说明】
26.1-紫外标准辐射源
27.2-旋转台
28.201-水平基座
29.202-竖直基座
30.3-辐射通量测量仪
31.301-第一光栅
32.302-第二光栅
33.303-漫射器
34.304-反射镜
35.305-光电倍增管
36.4-光阑
37.5-控制机
具体实施方式
38.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
39.需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行
组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
40.除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。
41.虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。
42.虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
43.图1示意性示出了根据本公开实施例的紫外光谱辐射通量测量装置结构图。
44.根据本公开的实施例，如图1所示，紫外光谱辐射通量测量装置例如包括：紫外标准辐射源1，用于发出紫外光。紫外标准辐射源1也可称为紫外光源，例如可以采用氘灯、氙灯、紫外led、低压汞灯等光源。旋转台2，用于承载以及带动紫外标准辐射源1围绕第一轴线或第二轴线旋转，第一轴线与第二轴线正交。第一轴线例如为水平轴线，第二轴线例如为竖直轴线，水平轴线与地面平行，竖直轴线与地面垂直。旋转台2例如包括水平基座201和竖直基座202。紫外标准辐射源1例如安装在竖直基座202的可动部件上。旋转台2以水平基座201的轴线(竖直轴线)为中心旋转时，带动紫外光源也围绕着竖直轴线旋转，旋转台2竖直基座上的可动部件以竖直基座202的轴线(水平轴线)为中心旋转时，带动紫外光源也围绕着水平轴线旋转。辐射通量测量仪3，用于测量紫外光的辐射通量，其中，辐射通量测量仪3包含第一光栅301和第二光栅302，第一光栅301和第二光栅302依次对紫外光进行分光。辐射通量测量仪3例如由单色仪、探测器、数据处理系统等几部分组成，辐射通量测量仪3的光接收面例如为单色仪进光口所在的竖直平面。光阑4，用于屏蔽紫外标准辐射源1与辐射通量测量仪3之间的杂散辐射。以及控制机5，用于控制旋转台2旋转以及导出辐射通量测量仪3的测量结果。
45.图2示意性示出了根据本公开实施例的辐射通量测量仪的结构图。
46.根据本公开的实施例，如图2所示，辐射通量测量仪3例如包括第一光栅301，第二光栅302和漫射器303。紫外光经过漫射器303的增透处理后进入辐射通量测量仪3内部，并经过反射镜304的反射后，在第一光栅301处进行第一次分光，然后分出的光在第二光栅302处进行第二次分光后传输到光电倍增管305输出单色光。第一光栅301和第二光栅302例如分别位于两个腔室中，采用具有两个光栅的辐射通量测量仪依次分别对紫外光进行分光，有效降低了光谱仪内部的杂散光效应带来的测量误差。
47.图3示意性示出了根据本公开实施例的紫外光谱辐射通量测量方法流程图。
48.根据本公开的实施例，如图3所示，紫外光谱辐射通量测量方法例如包括：
49.s310，光谱辐射照度标准灯对辐射通量测量仪3的光谱辐射照度响应度进行定标，得到定标系数。
50.根据本公开的实施例，光谱辐射照度标准灯是用于保存和传递光谱辐射照度单位
量值的辐射源。通常它例如是石英排丝溴钨灯，也可以选用一种装在灯架上的石英管形卤钨灯，在其水平中垂线一定距离处，辐射照度有均匀的分布。如果仅考虑紫外波段，可选用氘灯或者氙灯作为标准灯。
51.s320，采用本公开实施例的紫外光谱辐射通量测量装置，对紫外光源各个方向的光谱辐射照度进行测量，得到紫外光源光谱辐射通量。
52.根据本公开的实施例，例如测量氘灯在200nm波长时的辐射通量。保持辐射通量测量仪3不动，首先例如固定氘灯水平方向角度(即横轴角度)为-15
°
，以1度为步长，转动旋转台2竖直基座202上的可动部件，使氘灯围绕水平轴线旋转，依次测量氘灯竖直方向角度(即纵轴角度)为-15
°
，-14
°
，-13
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，-12
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°
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，12
°
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，14
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，15
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时的紫外辐射照度，即依次测量氘灯角度为(-15
°
，-15
°
)，(-15
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，-13
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，12
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)，(-15
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，13
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)，(-15
°
，14
°
)，(-15
°
，15
°
)时的紫外辐射照度。然后，再转动旋转台2的水平基座201，使氘灯围绕竖直轴线旋转，固定氘灯水平方向角度为-14
°
，依次测量氘灯角度为(-14
°
，-15
°
)，(-14
°
，-14
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)，(-14
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，-13
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)，(-14
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)，(-14
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，-2
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)，(-14
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，-1
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)，(-14
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，0
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)，(-14
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，1
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)，(-14
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，2
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)，(-14
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，3
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)，(-14
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，4
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)，(-14
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，5
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)，(-14
°
，6
°
)，(-14
°
，7
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)，(-14
°
，8
°
)，(-14
°
，9
°
)，(-14
°
，10
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)，(-14
°
，11
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)，(-14
°
，12
°
)，(-14
°
，13
°
)，(-14
°
，14
°
)，(-14
°
，15
°
)时的紫外辐射照度。以此类推，继续转动旋转台2的水平基座201，使氘灯围绕竖直轴线旋转，分别测量氘灯固定水平方向角度为-13
°
、-12
°
、-11
°
、-10
°
、-9
°
、-8
°
、-7
°
、-6
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、-5
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、-4
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、-3
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、-2
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、-1
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、0
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、1
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、2
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、3
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、4
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、5
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、6
°
、7
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、8
°
、9
°
、10
°
、11
°
、12
°
、13
°
、14
°
和15
°
时，各垂直方向角度的紫外辐射照度，即可得到200nm紫外辐射通量，例如为28.600μw。辐射通量测量仪3在工作时，光电探测器固定不动，通过机械旋转方式改变光栅的角度，可以将不同波长的单色光逐一投射到光电探测器上，实现对整个光谱范围的扫描。采用同样的方法分别测量氘灯在210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm、440nm和450nm波长时的辐射通量，结果如表1所示，即测量得到氘灯在上述各个方向的光谱辐射照度，进而根据公式：
[0053][0054]
计算得到氘灯光谱辐射通量。其中，e为辐射照度，r为灯管中心至辐射通量测量仪接收面的距离，ε为绕横轴(水平轴线)角度，η为绕纵轴(竖直轴线)角度。
[0055]
表1氘灯光谱辐射通量表
[0056][0057]
可以理解的是，可以先固定横轴的一个角度，依次测量该横轴角度下各纵轴角度的紫外辐射照度，也可以先固定纵轴的一个角度，再依次测量该纵轴角度下各横轴角度的紫外辐射照度。并且，各方向的角度以0
°
为基准时，两边的转动角度范围不必对称，即不必是(-15
°
，15
°
)，也可以是例如(-20
°
，10
°
)这一角度范围，根据实际需要而定，可以满足各方向的测量需要即可。
[0058]
根据本公开的实施例，例如测量氙灯在200nm～450nm波长时的辐射通量。以2度为步长，依次测量氙灯角度为(-30
°
，-30
°
)到(30
°
，30
°
)时各方向的紫外辐射照度，测得的氙灯在200nm～450nm波长时的辐射通量结果如表2所示。
[0059]
表2氙灯光谱辐射通量表
[0060][0061][0062]
根据本公开的实施例，例如测量紫外led灯在265nm、266nm和267nm波长时的辐射
通量。以5度为步长，依次测量紫外led灯角度为(-90
°
，-90
°
)到(90
°
，90
°
)时各方向的紫外辐射照度，测得的紫外led灯在265nm、266nm和267nm波长时的辐射通量分别为875.31μw、879.37μw和861.52μw。
[0063]
图4示意性示出了根据本公开实施例的氘灯光谱辐射通量测量结果图。
[0064]
根据本公开的实施例，如图4所示，可以看出氘灯随着紫外光的波长增大，紫外光的辐射通量逐渐减小，并且对辐射通量的测量精度达到了0.0001μw。
[0065]
图5示意性示出了根据本公开实施例的氙灯光谱辐射通量测量结果图。
[0066]
根据本公开的实施例，如图5所示，可以看出氙灯随着紫外光的波长增大，紫外光的辐射通量总体逐渐增大，并且对辐射通量的测量精度达到了0.0001μw。
[0067]
综上所述，本公开实施例提出一种紫外光谱辐射通量测量装置。通过采用机械扫描式双光栅光谱仪作为光谱辐射计进行测量，可以有效降低光谱仪杂散光效应带来的测量误差，实现了200nm-450nm波长范围的紫外光谱辐射通量的精确测量。
[0068]
方法实施例部分未尽细节之处与装置实施例部分类似，请参见装置实施例部分，此处不再赘述。
[0069]
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。
[0070]
还需要说明的是，实施例中提到的方向术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。
[0071]
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本公开处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本公开单独的优选实施方案。
[0072]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
[0073]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。