氘燈光譜輻射亮度(250 nm~400 nm)校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1754—20191氘燈光譜輻射亮度(250nm~400nm)校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于氘燈在(250nm~400nm)波長范圍內(nèi)的光譜輻射亮度的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG383光譜輻射亮度標(biāo)準(zhǔn)燈凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3概述氘燈是一種氣體放電燈,氘燈按窗口的形式分類可以分為端窗型氘燈和側(cè)窗型氘燈兩種。雖然因使用的要求和加工的工藝不同每種氘燈有所不同,但其基本的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是相同的。由于氘燈發(fā)出的輻射主要集中在紫外波段,且具有穩(wěn)定性高、復(fù)現(xiàn)性好、壽命長、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn),使其成為紫外波段常用的光譜輻射亮度傳遞標(biāo)準(zhǔn)光源。圖1為兩種窗口形式的氘燈結(jié)構(gòu)示意圖。(a)端窗型氘燈圖1氘燈的結(jié)構(gòu)示意圖JJF1754—20192(b)側(cè)窗型氘燈圖1氘燈的結(jié)構(gòu)示意圖1—發(fā)光孔2—陰極/燈絲3—陽極4計(jì)量特性4.1穩(wěn)定性經(jīng)過預(yù)熱后,氘燈的穩(wěn)定性≤2%/h。4.2重復(fù)性氘燈光譜輻射亮度的重復(fù)性≤1%。4.3氘燈光譜輻射亮度氘燈光譜輻射亮度≥0.5μW/(cm2·nm·sr)。注:以上指標(biāo)不適用于合格性判定,僅提供參考。5校準(zhǔn)條件5.1環(huán)境條件校準(zhǔn)工作所在房間,周圍無影響儀器正常工作的電磁場、機(jī)械振動(dòng),無雜散光干擾。室內(nèi)清潔,無腐蝕性氣體。溫度應(yīng)保持在(23±5)℃,濕度小于85%RH。5.2校準(zhǔn)用設(shè)備5.2.1光譜輻射亮度標(biāo)準(zhǔn)氘燈光譜輻射亮度標(biāo)準(zhǔn)氘燈應(yīng)經(jīng)過老化,年穩(wěn)定性≤2%,光譜輻射亮度不確定度≤5%(k=1)。5.2.2氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置如圖2所示。JJF1754—20193圖2氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置示意圖該裝置主要由光學(xué)系統(tǒng)和光譜輻射計(jì)組成。光學(xué)系統(tǒng):由成像凹面反射鏡、平面反射鏡以及相應(yīng)的光學(xué)調(diào)節(jié)支架、視場光闌、擋屏、光軌、燈架及其調(diào)節(jié)平臺等組成。擋屏外表面要發(fā)黑,整個(gè)裝置要用漫反射比低的材料圍起,以屏蔽雜散光。視場光闌為圓形小孔,視場光闌的大小通過光學(xué)系統(tǒng)物像比例關(guān)系確定氘燈發(fā)光面的大小。氘燈發(fā)光面的大小,為其光譜輻射亮度的限定幾何條件,應(yīng)與上一級氘燈保持一致。光譜輻射計(jì):包括單色儀和探測部分。單色儀的工作波長范圍不小于(250~400)nm,波長示值誤差應(yīng)小于0.1nm,雜散光水平小于10-4;探測器部分由性能穩(wěn)定、高靈敏度的光電接收器及相應(yīng)的數(shù)字電測儀表組成。讀數(shù)的有效數(shù)字必須在三位半以上。探測部分的線性誤差應(yīng)小于0.1%。5.2.3電測和供電設(shè)備0.01級,額定電流不小于1A,數(shù)字電壓表準(zhǔn)確度等級不低于0.05級。直流穩(wěn)流電源要求滿足氘燈的供電要求,電流隨時(shí)間漂移≤0.5mA/h。JJF1754—20194圖3氘燈供電和電測控制線路圖6校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)前,應(yīng)檢查氘燈的外觀。氘燈應(yīng)標(biāo)明制造廠名、出廠編號、型號,玻殼應(yīng)透明,不得有氣泡、結(jié)石、斑點(diǎn)、條紋、擦傷、發(fā)霧及影響透明度的缺陷,薄厚均勻。6.1穩(wěn)定性的校準(zhǔn)點(diǎn)燃待測氘燈并經(jīng)過預(yù)熱后,在波長300nm處,分別于0min,10min,20min,30min,40min,50min和60min用氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置測量光譜輻射亮度值,共測量7次,設(shè)測量最小值為Lλmin,最大值為Lλmax,按式(1)計(jì)算穩(wěn)定性S。S=×100%(1)6.2重復(fù)性的校準(zhǔn)點(diǎn)燃待測氘燈并經(jīng)過預(yù)熱后,在波長300nm處,分別進(jìn)行n(n≥6)次光譜輻射亮度測量并得到n個(gè)測量值(L1,…,Ln),則平均值為:L=Li/n(2)重復(fù)性R按式(3)計(jì)算:R=(nL-i-1L)2×100%(3)6.3光譜輻射亮度的校準(zhǔn)氘燈在使用前用酒精棉球輕輕擦拭窗口,避免用手觸摸。操作時(shí)應(yīng)輕拿輕放,保持氘燈玻殼清潔。在測量光路中,氘燈與凹面鏡之間應(yīng)設(shè)置幾個(gè)孔徑適當(dāng)?shù)南拗乒怅@。調(diào)JJF1754—20195節(jié)平面反射鏡及凹面鏡的角度以及氘燈的位置,使得氘燈的發(fā)光點(diǎn)成像于視場光闌處。調(diào)節(jié)氘燈支架,使得探測器輸出信號最大。氘燈通電預(yù)熱至少45min。氘燈光譜輻射亮度的校準(zhǔn)采用替代法,在氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行測量。將標(biāo)準(zhǔn)氘燈和待測氘燈的輻射光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)分別成像到視場光闌處,經(jīng)單色儀分光后由出射狹縫射出后被探測器接收,接收到的響應(yīng)值正比于光譜輻射亮度值。校準(zhǔn)方法如下:a)將標(biāo)準(zhǔn)氘燈安裝于氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置上,在每一測量波長λ,測量響應(yīng)I標(biāo)準(zhǔn)(λ)。b)將待測氘燈安裝于氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)裝置上,在每一測量波長λ,測量響應(yīng)I待測(λ)。c)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)氘燈的光譜輻射亮度值為L標(biāo)準(zhǔn)(λ),按式(4)計(jì)算待測氘燈的光譜輻射亮度值L待測(λ)。L待測(λ)=L標(biāo)準(zhǔn)(λ)·校準(zhǔn)的波長點(diǎn)見表1。I待測(λ)I標(biāo)準(zhǔn)(λ)(4)表1氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)的波長點(diǎn)n12345678校準(zhǔn)的波長點(diǎn)λ/nm250260270280290300310320n910111213141516校準(zhǔn)的波長點(diǎn)λ/nm3303403503603703803904007校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)的氘燈發(fā)給校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式見附錄B。校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包含以下內(nèi)容:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識;e)客戶名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標(biāo)識;g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)說明被校對象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識,包括名稱及代號;j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;JJF1754—20196m)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識;n)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;o)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。8復(fù)校時(shí)間間隔建議氘燈的校準(zhǔn)周期為1年。根據(jù)實(shí)際使用情況,可以按照用戶的需要確定氘燈的校準(zhǔn)時(shí)間間隔。JJF1754—20197附錄A氘燈光譜輻射亮度校準(zhǔn)原始記錄建議格式校準(zhǔn)日期:年月日第頁原始記錄編號證書編號儀器名稱規(guī)格型號制造廠出廠編號送校單位電話單位地址聯(lián)系人校準(zhǔn)依據(jù)送檢日期校準(zhǔn)地點(diǎn)室溫:℃相對濕度:%本次校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)燈:編號:標(biāo)準(zhǔn)燈證書編號:有效期至:年月日氘燈電流:mA氘燈電壓:V氘燈發(fā)光點(diǎn)的直徑:mm光譜帶寬:nm校準(zhǔn)結(jié)果λ/nmLλ/(μW·cm-2·nm-1·sr-1)U/%(k=2)λ/nmLλ/(μW·cm-2·nm-1·sr-1)U/%(k=2)250330260340270350280360290370300 380 310390320400穩(wěn)定性:S=×100%0min10min20min30min40min50min60min重復(fù)性:1234567R=1L(Li-L)2i=1n-1×100%校準(zhǔn)員:核驗(yàn)員:8附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式校準(zhǔn)條件:1.氘燈工作電流:mA2.氘燈發(fā)光點(diǎn)直徑:3.光譜帶寬:nm4.環(huán)境條件:室溫℃相對濕度:%校準(zhǔn)結(jié)果:穩(wěn)定性:重復(fù)性:λ/nmLλ/(μW·cm-2·nm-1·sr-1)U/%,k=2λ/nmLλ/(μW·cm-2·nm-1·sr-1)U/%,k=2250330260340270350280360290370300380310390320400JJF1754—2019附錄C氘燈光譜輻射亮度(250nm~400nm)不確定度評定示例C.1測量模型氘燈光譜輻射亮度測量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(C.1),式中各變量的定義見本規(guī)范6.3。L待測(λ)=L標(biāo)準(zhǔn)(λ)·(C.1)C.2不確定度A類評定氘燈光譜輻射亮度測量的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差,即相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA。氘燈光譜輻射亮度測量的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差按照式(C.2)計(jì)算:1L(λ)uA=1L(λ)n[Li(λ)-L(λ)]2n-1(C.2)其中Li(λ)(i=1,2,…,n且n≥6)為波長為λ處第i次測量的光譜輻射亮度值,L(λ)為波長為λ處n次測量的光譜輻射亮度值的平均值,按式(C.3)計(jì)算L(λ)。L(λ)=Li(λ)/n(C.3)點(diǎn)燃待測氘燈并經(jīng)過預(yù)熱后,在波長200nm處,進(jìn)行9次光譜輻射亮度測量,校準(zhǔn)結(jié)果見表C.1。表C.1光譜輻射亮度測量校準(zhǔn)結(jié)果n123456789I待測(μA)7.9187.9958.1348.2578.2737.9028.0728.0417.948I標(biāo)準(zhǔn)(μA)6.7916.7916.7916.7916.7916.7916.7916.7916.791L標(biāo)準(zhǔn)(μW·cm-2·nm-1·sr-1)44.044.044.044.044.044.044.044.044.0L待測(μW·cm-2·nm-1·sr-1)51.351.852.753.553.651.252.352.151.5由9次測量數(shù)據(jù)得到uA=1.7%。C.3測量不確定度B類評定C.3.1標(biāo)準(zhǔn)氘燈光譜輻射亮度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=5.0%。C.3.2探測器的非線性導(dǎo)致的光譜輻射亮度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度