微型光谱仪|微型光谱仪权威制造商--Avantes China

荷兰 Avantes 公司的微型光纤光谱仪越来越多地为广大高端科研用户和 OEM 工业用户所接受，这都得益于其先进的技术和稳定可靠的品质，尤其是对那些需要多通道光谱仪的用户，每个通道间的同步是非常重要的，而这几乎是 Avantes 公司的专利。目前，在欧洲市场上已占有绝对市场份额，在国内市场的占有率也超过了 50% 。

与同类产品相比，荷兰 Avantes 公司的微型光纤光谱仪的优势主要表现在以下几个方面：

1.光路设计：对称式光路（可获得更高的分辨率和降低杂散光）和交叉光路

• Avantes 公司的 AvaSpec 系列光谱仪采用对称式光路设计，入射焦距和色散焦距比是严格的 1:1 关系，在 CCD 上成的是完美的直线象，没有象差，并且由于不存在光路交叉，使得杂散光的影响被降低到最小。

• 目前，市场上的同类产品大多采用交叉式光路设计，入射焦距和色散焦距比是 1:1.6 ，实际上成象在 CCD 上的象是入射狭缝的 1.6 倍，而且在探测器上所成的象是弯月形，具有明显的象差，从而降低了分辨率。所以他们通常会采用更窄的狭缝来进行补偿，但这样做势必会降低光谱仪的灵敏度，得不偿失。其次，交叉光路会带来较大的杂散光影响。

2. CCD 光谱仪探测器性能比较： Sony 二代 ILX554 型 2048 像素 CCD 探测器和 Toshiba TCD1304AP 型 3648 像素 CCD 探测器的性能对比

• 其他公司的微型光谱仪原来均采用 Sony 一代 ILX511 型 2048 像素 CCD ，由于 Sony 公司停产了该探测器，所以大多数光谱仪生产商都转向了 Toshiba TCD1304AP 型 3648 像素 CCD 探测器，而荷兰 Avantes 公司的 AvaSpec-2048 光谱仪一直使用的是 Sony 二代 ILX554 型 2048 像素 CCD 探测器，这种探测器是非常优秀的一款 CCD 探测器。

Toshiba TCD1304AP 型 3648 像素 CCD 探测器主要是为条形码扫描应用开发的，所以用于光谱测量都会存在缺陷。通常这种探测器有两种工作模式：

预扫描模式 (Prescan mode) ：在这种模式下，第一次预扫描得到的是非线性数据，不能使用；第二次扫描得到的是线性数据，可以正常使用。它的优点是可以得到非常稳定和线性的光谱，缺点是在信号中残留了少量的（ <5% ）的预扫描图像（称为鬼象）。预扫描模式不能用于需要快速外触发和精确时间控制的测量中，因为这种扫描模式总是在扫描开始后延迟一个积分时间（最少 3.7ms ）才开始。

清空缓存模式 (Clear-Buffer mode/Shutter Mode) ：在这种模式中，每次开始扫描前，探测器的缓存将会被清空。它的优点是探测器在接收到一个外触发信号立刻开始扫描，缺点是在清空缓存后，探测器会有一个较小的探测阈值，这就导致 Toshiba 探测器无法探测相对较弱的信号（ <500 counts ），并且探测器的信号与积分时间不成正比，得到光谱的线性度不好。

目前，由于采用了 Toshiba TCD1304AP 型 3648 像素 CCD 探测器，一些光谱仪生产商为了避开由两种工作模式的缺陷对测量带来的影响，通过软件上对积分时间设置一个切换点：当积分时间大于 3.8ms 时，探测器自动切换至预扫描模式；当积分时间小于 3.8ms ，探测器自动切换至清空缓存模式。如图 2 所示， 3.8ms 积分时间的光谱强度与 3.79ms 积分时间的光谱强度具有很大的差别，说明积分时间只要小于 3.8ms ，探测器对信号的响应就会发生严重失真（如图 2 中蓝线），信号强度与积分时间不成正比，不能真实反映被测光谱的情况。因此， Toshiba TCD1304AP 型 3648 像素 CCD 探测器不适用于积分时间小于 3.8ms 的与时间相关的分析工作、绝对辐射测量、颜色测量等领域。

微型光谱仪

图 2 Toshiba TCD1304AP 型 3648 象素探测器光谱仪

预扫描模式（ 3.8ms 积分时间）和清空缓存模式（ 3.79ms 积分时间）的光谱对比

• 实际上，荷兰 Avantes 公司也有采用 Toshiba 3648 像素 CCD 探测器的光谱仪 AvaSpec-3648 ，但默认状态是预扫描模式，所以不存在谱线失真问题。但由于探测器本身存在缺陷，因此我们还是推荐用户使用采用 Sony 二代 ILX554 型 2048 像素 CCD 探测器的 AvaSpec-2048 光谱仪。

3. 多通道光谱仪各通道间可同步采样

• AvaSpec-2048 型光谱仪可以配置成双通道或多通道（ USB1.1 平台最多 8 个通道， USB2.0 平台最多 128 通道），整台光谱仪采用主从电路板控制，各通道间实现真正意义上的同步数据采集。每个通道均包括一个独立的光学平台，内有狭缝、准直透镜、光栅、聚焦镜和 Sony 公司二代 CCD 探测器。

• 目前，微型多通道光纤光谱仪只有荷兰 Avantes 公司能够提供。这是因为 Toshiba 探测器在每次扫描时都会有一个时间延迟，并且这个时间延迟不固定，最少是 3.7ms ，导致各通道间的探测器在采样开始时间上无法保持同步。

4. 功能强大的外触发接口和方便的光谱仪采样时间延迟的控制

AvaSpec-2048-USB2 光谱仪能够在接受外触发信号之后延迟 1us-89sec 开始采样。外触发信号可以从光谱仪的 DB-26 接口进入。此外，该光谱仪还可以发出一个 TTL 信号来触发脉冲激光器，而且在 AvaSoft-Full 软件中可以设置光谱仪采样开始时间和激光脉冲间的延迟时间为 -20ns-89sec 。

AvaSpec-2048-UBS2 光谱仪的这些特点使其非常适用于需要快速响应或需要外触发信号精确同步的应用领域，例如传送带上的产品检测、 LIBS 和荧光测量应用等。

AvaSpec-2048 型光谱仪的光学元件和底板间采用无应力装配，出厂前经过特殊工序处理，因此环境温度对光谱仪影响极小，环境温度每变化 1 ℃ 仅漂移 0.1 个像元。优秀的温度稳定性确保长时间测量的精确性和可重复性。

对于等离子体测量和 LIBS 测量，一般都要求光谱仪在较宽的光谱范围内，具有较高的分辨率。

AvaSpec-2048 型光谱仪的最高分辨率为 0.04nm ，而多通道光谱仪可以满足在 200-900nm 光谱范围内，分辨率小于 0.1nm ，同时使用光纤束进行探测（一端为一个接头，用于探测信号，另一端为多个接头，连接各个通道），操作既简单，又可以保证探测位于同一位置的信号。

而其它厂商由于不能提供多通道光谱仪，如果要实现 200-900nm 内分辨率小于 0.1nm ，只能在一台计算机上连接多台单通道光谱仪，使用多根光纤进行探测，操作起来非常不方便，最主要的是各光谱仪之间无法保证同步采样，以及每根光纤探测到的信号也不是同一位置的，代表性不强。

• 功能强大的数字 / 模拟控制接口使得 AvaSpec 系列光谱仪可以独立进行测量工作，而不必使用计算机，这使得它们非常适合工业在线测量。

USB2 平台的 AvaSpec 系列光谱仪添加了蓝牙 (-BT) 通信以及在板卡上存储光谱的 SDRAM 卡选项，能够实现远距离测量和传输（大于 300 米）以及长时间光谱数据存储。

荷兰 Avantes 公司微型光纤光谱仪与同类产品的对比优势