我们行家说的很多读者对可见光LED测试都非常熟悉，随着新冠病毒突袭，紫外LED杀菌性能进入大众视野，更多人也开始关注紫外测量。我们测量紫外线，还有一个重要原因，即紫外线对于人类是双刃剑，在帮助人类消毒杀菌的同时，过量的紫外线对人体也有伤害，因此精确测量紫外线显得非常重要。
下面我们针对这几个问题逐渐展开说明，这几个问题是环环相扣的。最后，我们会给出最佳的UV LED测量解决方案。
在此之前，先打个预防针，紫外测量与可见光还是有很大的不同，原有的一些概念必须进行一个转变。
我们先来认识一下紫外照度计
紫外照度计是紫外测量的一个入门仪器，和我们手持照度计非常像，外观几乎看不出差别。
照度计 or 辐射照度计？
很多厂家的紫外照度计与照度计表头都是共用的。从结构上，都是通过余弦修正（图中乳白色部分），打散入射光，然后经过一定滤光片对不同波长进行选择性衰减，进入探测器，转换为可测量的电信号，经过处理器校正为照度值或辐射照度值。
那么差别在哪里呢？对就是滤光片（filter）！这里照度计相对简单，因为滤光片只要适配人眼的光谱响应特性即可。紫外部分就没法用一种滤光片来满足所有紫外测试需求。
选择正确的紫外波段
我们知道紫外线在LED问世之前就存在了，例如Hg灯、氙灯等，不同的应用实际上使用的紫外波段是不一样的，例如有的关注UVA波段，有的UVB波段，而消毒主要关注紫外C波段，还有一些混合波段，例如UVAB，UVBC，如果对这些应用进行紫外测试，就应该用对的滤光片，例如如果测试UVC的辐射照度，我们就应该用UVC波段可以透过的滤光片。
因此，对于我们测试紫外产品，首先应该知道自己关注的波长是多少，是哪个波段，然后针对这个波段选择紫外（辐射）照度计。比如紫外固化，不同紫外胶可能对应不同紫外波段。
紫外照度计的准确性
如果选好了波段，测试结果就可以保证准确性了吗？事实上还有很多问题。主要有三个方面
1，探头的光谱响应特性2，校正源不一致误差3，余弦修正误差
下面分别说明：
紫外照度计使用的探测器的光谱响应特性
如下图，是对UVA紫外照度计的光谱响应曲线。绿色为理想的UVA 照度计，红外和蓝色分别是两种型号的UVA照度计。横坐标是波长，表示了光谱响应曲线。我们看到，两种紫外照度计与理想的UVA照度计有明显差别。更严重的是，两款照度计在近红外波段700-1000nm也有较高的响应。这样你测到的信号实际上混合了近红外波段的信号，必然导致测试偏差。这通常是由于紫外带通滤光片无法绝对的隔离其它波段光导致。而大部分紫外照度计使用硅光电池，本身对红外波段灵敏度高，也是重要因素。
有些照度计使用SiC 二极管，本身对可见光和红外不响应，可以避免这些问题。
校正源与被测光源不一致问题
另外一个问题是校正问题。我们知道照度计本身测试到的信号是电信号，需要根据校正得到电流对应的照度值，因此校正十分重要。不过由于紫外波段的光源光谱都不规则，像Hg灯根本是线状的光源，因此紫外照度计校正很棘手。通常使用标准紫外照度计比对。定标使用的光源与被测光源类型不一样时，造成较大差异，下图为某UV辐射照度计采用不同光源校正后，测试不同光源的偏差（数据来自NIST）。
据笔者所知，目前大部分的紫外照度计校正几乎都是在以上几种光源下校正的，几乎没有通过LED光源进行校正的。这应该是UV LED辐射照度测试误差的最主要来源。
余弦修正误差
照度计的接受面，都会有一层乳白色的材料，他就是起到余弦修正作用的，通俗来说就是把光打散，减小入射光角度不同导致的测试误差。具体大家可以搜一下。
下图可见不同照度计余弦修正与理想余弦效应的差距。最好的余弦修正器是积分球。
既然紫外辐射照度计有这么多问题，UV LED还能用紫外辐射照度计吗？从成本和便携角度看，紫外照度计仍然是主要的测试手段，应该考虑如果减少他的误差。文末会提供解决方案。
另外一种实验室常用的测试仪器，就是通过光谱仪（严格叫光谱辐射照度计）来测试。
光谱辐射照度计测试UV的问题分析
LED业者实验室通常都有光谱仪用来测试不同颜色的LED，现在LED产品扩展到紫外波段了，是不是光谱仪波长能够覆盖UV波段，就可以进行UV LED测量了呢？嗯，还真不能这么想当然。
可见光LED测量的光谱仪，多为采用普通面阵探测器的光栅光谱仪，即使将波长扩展到紫外波段，还有以下问题：
1，波长精度不够，紫外测量需要比可见光测试更高的精度：
紫外LED的光谱曲线更加锐利、陡峭，带宽非常窄，而白光LED、白炽灯的能量分布则较为缓和。这就意味着相同的波长间隔，紫外LED能量的变化会更加剧烈。如果仪器的波长测试偏差了0.5nm，则测试结果可能相差20%以上，所以紫外LED测试需要高的波长精度。
而LED光谱带宽比白光以及普通的单色LED更窄，也意味着应该选择更窄带宽的光谱辐射度计进行测量。可见光测试的光谱带宽通常要求不大于5nm.
2，杂散光过高的问题
光谱辐射度计的杂散光是光谱仪的一个重要指标。通常可见光LED测量用的光谱仪杂散光水平在10-4水平。为了进行紫外测试许多厂家通过优化紫外波段杂散光、在软件中进行修正等来提升紫外测试能力。不过相对与杂散光对测试结果的影响程度，还远远不够。
另外，探测器对紫外灵敏度非常低，而对可见光响应是紫外波段响应的许多倍，这会加剧杂散光对测试结果的影响。
而有些产品会组合部分可见光，这种情况下，更多的杂散光会进入探测器，甚至超多紫外信号，造成测试结果非常夸张的偏离，使得测试完全没有意义。
这也就是为什么在一些传统的紫外行业，对紫外测量的杂散光水平要求达到10-8 级别。
3，紫外波段响应低，灵敏度不够
紫外能量低，且一般CCD 或硅探测器在紫外波段灵敏度较低，下图为常见的紫外增强性探测器的光谱响应曲线，同时再考虑到光栅在紫外波段的衍射效率也比可见光低很多，相关的积分球涂层在该波段反射率也低，因此需要更高灵敏度的探测器。
紫外测量中，同时还有其它一些技术细节问题，例如动态范围、测试稳定性、测试速度、校正技术等。
紫外测量的最佳选择：双单色仪光谱辐射照度计
那么理想的紫外辐射照度测试仪器是什么呢，那就是基于双单色仪结构的光谱辐射照度计。典型仪器是在计量行业大名鼎鼎的OL 756。
OL756采用双单色仪构造以及高灵敏度的PMT光电倍增管探测器，并具有快速测量、便捷校正等独特优点，完美的解决了紫外LED测试的难点：
1、波长精度±0.15nm，重复性0.05nm
OL756的双单色仪结构可以使设备的波长准确度达到±0.15nm，CCD光谱仪的波长精度通常在±0.5nm。而波长重复性达到0.05nm, 步进为0.025nm，可以对LED进行精细的光谱扫描。
双单色仪是指光谱仪内部的相当于有两个单色仪（就当光谱仪吧），进行了两次分光，因此使得波长精度极大提高，而杂散光有了极大的抑制。
2、杂散光：< 10-8@ 285 nm
OL756的双单色仪结构不仅可以提高波长精度，也可以更有效地抑制杂散光。它的杂散光水平可以达到< 10-8 @ 285，而传统的CCD光谱仪的杂散光水平即使在可见光波段也只能在10-4级别。
3、极高灵敏度
OL 756 配置了制冷型光电倍增管（S20）作为探测器。下图中蓝色曲线是硅探测器的光谱响应曲线图，红色是PMT探测器的光谱响应曲线图，其中硅探测器的峰值响应率为0.5A/W（1000nm，紫外约1/3-1/2）,探测率NEP为10-14W ,PMT的峰值响应率可以高达104A/W（紫外）,探测率10-16W。
所以在进行紫外紫外光测试时，PMT探测器永远是最佳的选择。
4、快速测试技术
通常机械扫描式光谱仪的测试速度都是比较慢的，OL756有独特的快速扫描技术，快速模式下可达到 200 nm/sec的测试速度。与常见的CCD性快速光谱仪有得一拼！
同时，软件也支支持自定义测试波长范围，大大减少测试时间，提高工作效率。
5、带宽0.4 – 10 nm可调
OL 756 配置可更换狭缝，使得客户可以根据需要，配置成不同带宽的光谱仪。
最终方案：
1，选择较为稳定的UV LED光源，用OL 756 测试光谱辐射照度2，计算出对应波长或波段的辐射照度值3，使用对应波段的紫外辐射照度计测试辐射照度4，将OL756 的辐射照度值作为标准值，计算修正系数，存入紫外照度计
如果您预算充足，UV LED测试量大，不妨购买 OL756；如果预算不足，或者测试量不大，可以到中国计量院、华东计量院、广东计量院等有OL756的单位测试一下您的UV LED，作为工作标准，对紫外辐射照度计进行校正。
如果您有任何光度、辐射度测试方面的问题，欢迎留言给我们，也可访问我所服务的光傲科技网站或公众号了解更多信息。
匿名