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光電直讀光譜儀技術發展趨勢

文章出處:先生 閱讀數: 發表時間:2018-11-3 17:17:35 【
  光電直讀光譜分析經過六十多年的發展無論是在新儀器開發、分析方法研究,還是标準樣品研制等方面都有了很大的進步。那麼在未來又會有哪些新的技術應用于光電直讀光譜儀,從而進一步發揮其在金屬材料質量控制中的優勢作用。
直讀光譜儀
  (1)檢測器:PMT是一種經典成熟的技術,而CCD正處于飛速的發展變化之中
  檢測器作為光譜儀的核心部件,其技術的發展進步往往引領着光譜儀的發展。采訪中多家廠商認為電荷耦合元件(CCD)技術的應用是光電直讀光譜儀的一個技術發展方向,采用CCD将會降低光電直讀光譜儀的生産成本及減小儀器體積。其次CCD最大的優點是全譜,可以很方便地增加檢測元素的種類。此外,王彥彪先生認為CCD具有良好穩定性和較長的使用壽命。諸炜先生表示CCD型光電直讀光譜儀可以實現激發樣品時自動完成波長校準,不再需要定期進行校準。金義博葉反修先生認為采用CCD技術可實現模塊化、易于校準、抗振動。
       和傳統的光電倍增管(PMT)技術相比,CCD發展較晚,作為新型檢測器件,還存在一定的局限性。“首先CCD沒法如PMT那樣每個通道都做優化。其次,CCD在應用中為了降低暗電流需要降溫,這與光學系統需要恒溫相矛盾”,于曉林先生指出。王彥彪先生和布魯克Andreas Kunz先生表示:“CCD目前還無法應用一些高速采樣技術,因而在痕量元素分析方面性能不及PMT。”李丹戈先生表示:“CCD的信噪比不如PMT,其次如何保證多塊CCD的一緻性,以及處理多塊CCD之間的接收空白區,也是一個問題。”此外,“當前CCD技術已經可以滿足中端分析應用水平,但在短波元素分析、低含量元素分析、短期分析精度和長期精度方面和PMT還是有差距”,高宏斌先生介紹道。
       雖然目前CCD還有一些不足之處,但是大家認為CCD在光電直讀光譜儀中的應用是值得期待的。Andreas Kunz先生表示:“PMT到現在已經發展60多年了,是一種經典成熟的技術。而CCD技術正處于飛速的發展變化之中,可以預期CMOS(互補金屬氧化物半導體)技術很快會應用于CCD當中,這些技術的不斷發展會促使CCD發展到更高的水平。” 王德春先生表示:“近些年CCD器件發展已經相當成熟,能夠滿足一般的分析要求,針對細分市場,各種特殊用途的CCD不斷産生。”趙珍陽先生則表示:“CCD與PMT結合是目前解決全譜檢測并滿足微量和痕量分析的最優選擇,但同時滿足兩種類型檢測器的采樣控制和系統的完美結合目前仍然是該類儀器的制造難點。”
  (2)激發光源:從源頭上提高光電直讀光譜儀的性能
       目前大多數光電直讀光譜儀器都采用了“數字化光源”,李丹戈先生介紹說:“這裡的‘數字’并不是真正意義上的‘将模拟信号轉換為表示同樣信息的數字信号’,它隻是相對于模拟電路光源激發能量不可控制而言。數字化光源,其觸發電壓、關斷時間都是可控的,因此激發能量穩定,并且呈周期性的變化,因而從源頭上提高了光電直讀光譜儀的精度。”王彥彪先生表示:“數字化光源是一個發展趨勢,其最大的優勢是免維護,另外信号輸出的穩定性和之前的模拟光源相比有了很大的提高。”
  對數字化光源的應用,裴雷先生認為:“目前光電直讀光譜儀中耗時最長、最不穩定的是激發光源,雖然現在采用數字化光源,但并未實現完全可控。已有一些廠商在嘗試利用激光光源做激發源,雖然穩定性可控,但要求激光的能量非常高,滿足條件的激光器存在着體積大、造價高的問題,需要進一步的研發。”
直讀光譜儀
  (3)光學系統:保證分辨率和靈敏度的同時,實現光學系統設計越來越小型化
       王彥東先生和應用工程師張軍峰先生談到,“傳統的光譜儀光學系統采用帕型-龍格結構,體積比較大;而且光學系統對環境要求比較嚴格,粉塵、溫度等對其都有影響”。王彥彪先生和趙珍陽先生均表示:“光電直讀光譜儀體積減小,環境适應性的增強,将會促進光電直讀光譜儀在線控制生産過程,以及進行現場作業。”
  Andreas Kunz先生認為:“随着光學技術不斷發展,将會實現光學系統設計越來越小型化,但靈敏度和分辨率依然很好。”諸炜先生表示:“光學系統的分辨率首先取決于光栅的分辨率,而光栅的分辨率隻是與光栅的刻線總數及光譜級次成正比,所以采用大刻線數的光栅,即使焦距較短,依然能很好的滿足光電直讀光譜儀分辨率的要求。”
  (4)自動化系統:實現全分析過程的标準化,縮短分析周期
  于曉林先生介紹說:“随着鋼鐵冶金企業管理現代化、裝備大型化、生産高速化的不斷發展,全自動分析設備逐漸成為冶煉過程品質管理和控制的主要手段。自動化系統在國外發展比較早,一是人工成本高;二是人員管理困難。在我國随着國家鋼鐵行業的發展,勞動力成本的提升,自動化系統也逐漸被大家接受。這個市場很大而且發展很快,我認為‘十二五’期間将會有飛速的發展。”
    Andreas Kunz先生指出:“自動化技術可以實現全分析過程的标準化,确保快速、可靠、穩定的分析結果。此外,光電直讀光譜儀使用中面臨的一個問題是操作人員流動性比較大,自動化系統化将可以很好地解決這個問題。裴雷先生介紹說:“利用自動化技術,可進行送樣、制樣以及樣品分析時間的優化組合,縮短分析周期。當然,采用自動化系統将會對光電直讀光譜儀的可靠性提出更高的要求。”
  諸炜先生談到:“我認為真正的自動化必須要在線進行,并能徹底将人工解放出來,這就需要改變樣品的激發模式,比如采用移動式探頭在線激發的模式。”高宏斌先生認為:“雖然自動化系統已經推出很多年,但由于其投資過大,使用複雜,故障率較高,在國内的應用還不是很多,但該技術值得關注。”
  此外,在采訪中,Andreas Kunz先生與王彥東先生、張軍峰先生均認為利用軟件提升光電直讀光譜儀的性能也是一個重要的發展方向。尤其是采用CCD作為檢測器的儀器和軟件有着很大的關系。
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