光譜儀性能標準的解釋可能具有挑戰(zhàn)性，不過常用的詞匯會有所幫助。在本技術提示中，我們將討論兩個重要但經(jīng)常被誤解的術語：動態(tài)范圍和信噪比。

光譜儀性能標準可能難以解釋，但常見詞匯可能有所幫助。在本文中，我們考慮了兩個重要但經(jīng)常被誤解的術語：動態(tài)范圍和信噪比。

光譜是一種復雜的技術，需要考慮許多變化和細微差別，通常以用戶不熟悉或者可以不同方式解釋的術語來表示。在這種背景下，我們提供了一些動態(tài)范圍和信噪比（SNR）的實際定義，這些標準通常被列為光譜儀性能的常見衡量標準。

動態(tài)范圍

在光譜學中，動態(tài)范圍是光纖光譜儀可以檢測的最大信號強度與最小信號強度之比。更具體地講，動態(tài)范圍是最大可檢測信號（即接近飽和）除以最小可檢測信號。最小可檢測信號定義為具有等于基線噪聲的平均值的信號。

對于我們的光譜儀，Ocean Insight 報告了一次采集的動態(tài)范圍，即最短的積分時間，提供盡量高的動態(tài)范圍。整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍規(guī)格定義為最長積分時間最大信號與最小信號之比以及最大積分時間與最小積分時間之比的乘積。

實際上，用戶可以通過設置其參比測量的積分時間來利用我們光譜儀的全動態(tài)范圍，使光譜在滿計數(shù)量程的 80% 到 90% 處達到峰值。 

信噪比（SNR）

信噪比（SNR）的定義是：信號強度除以特定信號強度時的噪聲強度，這意味著，不同測量值之間可能存在差異。由于系統(tǒng)噪聲通常隨著光子噪聲的信號而增加，因此信噪比函數(shù)是各個信噪比值與獲得它們信號的關系圖。Ocean Insight 報告的光譜儀信噪比值為最大可能的信噪比值（在探測器飽和時獲?。?。假設每個像素的信噪比響應曲線相同。

信噪比測量如下：選擇寬帶光源，以在最低積分時間或遠低于熱噪聲限值的積分時間（光譜也應具有低計數(shù)或幾乎為零計數(shù)的面積）時，光譜峰值幾乎達到飽和。要計算信噪比，請在無光情況下進行 100 次掃描并計算每個像素的平均基線計數(shù)值，然后用光進行 100 次掃描，然后計算每個像素輸出計數(shù)的平均值和標準偏差。然后通過以下公式給出信噪比：

信噪比（SNR）_ρ =（S-D）/σ _ρ

其中：

SNR = 信噪比

S = 樣品光譜平均強度（帶光）

D = 暗光譜的平均值（無光）

σ = 樣品標準偏差（有光）

ρ = 像素數(shù)

要獲取完整的信噪比與信號的關系圖，請將計算出的信噪比 _ρ 值（噪聲）與 S _ρ – D _ρ（信號）繪圖。這將涵蓋廣泛的峰值計數(shù)范圍（從暗到幾乎飽和）。由于所有像素都有相同的響應曲線，所以信噪比與信號圖的數(shù)據(jù)可以來自所有不同的像素。由于光子噪聲是大信號值下噪聲貢獻最大的，理想圖形的形狀應接近 y = √x。

使用不同類型的信號平均可改善信噪比。對于基于時間的平均值，信噪比會增大所用光譜掃描次數(shù)的平方根。例如，如果平均掃描 100 次，則 300:1 的信噪比將變?yōu)?3000:1。信噪比會提高平均像素數(shù)的平方根。

提高信噪比的其他幾種途徑

• 提高光源輸出。
• 使用大直徑光纖將光傳輸至樣品，以捕捉來自光源的更多光。
• 延長探測器的積分時間。
• 在最重要的區(qū)域，使用探測器的全動態(tài)范圍，將入射光光譜控制在相關的波長范圍內。對于通常強度較低的光譜邊緣而言，尤其如此。

雖然這些方法對于獲取精確的數(shù)據(jù)很有用，但會使用戶在比較不同型號光譜儀時變得困惑。例如，Ocean Insight 在不應用信號平均法的情況下報告其信噪比值。我們的許多競爭對手利用信號平均法來手動計算低光譜儀的信噪比值。

了解動態(tài)范圍和信噪比等術語只是熟悉光譜儀性能所有參數(shù)的一小部分，評估預期系統(tǒng)性能時，了解光譜儀規(guī)格通常只是一個起點。

按動態(tài)范圍和信噪比劃分的光譜儀概覽

以下是按探測器類型、動態(tài)范圍和信噪比（SNR）劃分的 Ocean Insight 光譜儀概覽。雖然這些標準可以提供特定光譜儀型號適合某種應用的一些見解，但選擇光譜儀還有很多其他因素。我們的應用工程師可提供指導。

聯(lián)系應用工程師