紫外辐射能量计的校准方法研究

　　摘 要 目前，随着紫外辐射能量计在工业上的应用越来越广泛，紫外辐射能量计的量值统一尤为重要。但是由于市面上紫外辐射能量计来源各异，缺乏统一的标准，导致各种计量检定机构溯源混乱，量值无法统一。本文分析了紫外辐射能量计的计量现状以及各种类型紫外辐射能量计产生差异的具体原因，并给出了统一量值的具体方案。

　　关键词 紫外辐射能量 校准方法

　　一.计量现状分析

　　紫外辐射能量计是检测紫外线能量的一种仪器, 广泛应用于计算机、制造、电子行业.材料老化和光电化学反应等领域，其数值的准确与否直接影响到制造业的固化和老化控制精度，从而影响产品的质量。目前，市面上使用比较多的紫外辐射能量计有日本ORC和USHIO，德国UV-DESIGN、美国EIT和Solar Light，以及我国深圳林上科技的产品。

　　由于国际标准的缺失，不但不同国家之间的紫外辐射能量计差异大，同一个国家制造生产的紫外辐射能量计(如日本的ORC与USHIO的产品之间，美国EIT和Solar Light的产品之间)，在数据上都存在较大差异。再加上国内很多计量检定机构对于紫外辐射能量计缺乏深入的研究，导致溯源的混乱。经过我们对大量不同厂家不同型号的紫外辐射能量计的研究分析，我们认为造成数据差异的具体原因主要有以下三点：

　　校准光源的差异。

　　根据我们的研究统计，目前应用于工业上的紫外辐射光源主要有高压汞灯、黑光高压汞灯，氙灯以及紫外LED光源。不同光源的相对光谱功率分布差异很大。经过我们的调查，日本的ORC，德国的UV-DESIGN、美国的EIT以及我国的深圳林上科技都是采用高压汞灯作为校准光源，日本的USHIO则使用黑光高压汞灯作为校准光源，而美国Solar Light则是用氙灯作为校准光源。如果采用高压汞灯作为紫外光源，在同等条件下，将ORC的紫外辐射能量计与USHIO的紫外辐射能量计的测量数据进行比对，两者会有百分十几的误差。

　　光谱响应范围的差异。

　　由于在紫外辐射能量计国际标准的缺失，各制造商所生产的紫外能量计在光谱响应范围上存在很大差异。表1列出了不同制造商(UVA波段)的紫外辐射能量计的光谱响应范围。由上表可以看出，各国制造商所生产的紫外辐射能量计的光谱响应范围并不一致，个别差别很大。不同光谱范围对应的紫外辐射能量值自然差异较大。

　　光谱响应曲线的差异。

　　紫外辐射能量计的光谱响应曲线如图1所示。不同制造商所使用的传感器材料不同，导致了光谱响应曲线的差异。由于在光谱响应范围以及光谱响应曲线并非理想的矩形，使得不同厂商的紫外辐射能量计在测量不同的光源时会产生较大的误差。

　　二.校准方法研究

　　为了统一各个厂商的紫外辐射能量计的量值。我们针对其根源提出解决的办法：

　　校准光源的选择。

　　理想情况下，是统一校准光源，但是由于工业上已经形成多样化的需求。不同产业不同用途使用的光源无法统一。因此，在计量时，必须采用与客户实际使用的光源作为标准光源。这样就可以避免光源不一致产生的误差。

　　测量紫外辐射能量的标准器。

　　从上面的分析可以知道，由于光谱响应范围以及光谱响应曲线的差异，使得不同厂商的紫外辐射能量计在测量不同的光源时会产生较大的误差。因此紫外辐射能量计不能直接用作为标准器。在此，我们选择高精度的光谱辐射照度辐射计作为标准器。

　　高精度光谱辐射照度辐射计计量性能要求：其光谱范围覆盖(200nm~500nm)。光谱仪需用光谱辐射照度标准灯(量值溯源到中国计量科学研究院)定标，定标后，在其光谱范围内，最大误差不超过不超过±4.0%;波长误差：不大于±1nm;波长重复性：不大于0.5nm;采样间隔：不大于1nm;光谱辐射照度的测量重复性：优于1.0%;光谱辐射照度测量的长期不稳定性：优于±5.0%/年。

　　在标定后，光谱辐照度辐射计的光谱响应曲线可以看作是一条理想的与横坐标平行的直线。这样就可以消除不同光源由于光谱相对功率分布的不同产生的差异。同时，光谱辐射照度辐射计还可以根据UV能量计的光谱响应范围进行相对应的扫描，从而使得测出来的紫外能量在光谱响应范围内与被测紫外辐射能量计一致。

　　计量论文投稿刊物：《中国计量》创刊于1996年1月10日，由国家质量监督检验检疫总局主管，中国计量科学研究院主办，计量司进行业务指导的国家级综合性专业期刊。是一本针对从事计量管理与科研工作、计量检定校准与实验室工作、质量检验检测机构、工矿企事业单位计量工作者的国家级综合性科技期刊。

　　三.总结

　　通过对紫外辐射能量计的现状分析，总结了紫外辐射能量计量值产生差异的原因。在此基础上，通过配备一系列紫外校准光源，以及高精度的光谱辐射照度辐射计来建立一套紫外辐射能量校准装置。在仪器校准时，需注明所使用的光源，紫外辐射能量的光谱范围。只有在校准光源以及光谱范围都确定的前提下，才能保证紫外辐射能量的复现性以及量值的统一。

　　参考文献：

　　材料老化领域中的光辐射度计量与量值溯源[J]. 代彩红,黄勃,于家琳. 中国计量. 2010(08)

　　作者：朱启乐