GNR直读光谱仪S1 铁基镍基铝基铜基

1. 同级别直读光谱仪中***稳定的精度

为了获得***佳的检测精度，GNR研发团队通过几十年的技术积累，采用了多种行业******的技术来达到这一目的。

a. 采用单块标样的智能校准法+波长实时校准

由于光学器件会受到空气污染，谱线的光强度（图1中谱线的高度）会变化，而谱线高度代表着元素含量，因此谱线高度的忽高忽低会影响测样结果的稳定性。一般直读光谱仪需要用5-9块标样来做全校准，而GNR的智能校准算法可以***计算每个待测元素的每条谱线的高度变化，做到***精密的校准。 GNR通过几十年累计的测试数据来拟合元素之间的关联，从而用一块标样的校准来达到多块标样校准的效果。

由于温度的变化及仪器环境的震动等原因，谱线会发生水平方向的漂移，这同样会导致含量的忽高忽低，因而影响测样结果的稳定性。波长实时校准可以在每次激发预燃烧时***计算每个待测元素的每条谱线的***新像素点，确保准确检测元素的谱线位置，从而达到***稳定的测样精度。

图1. 智能校准费+波长实时校准效果图（双击图片显示动态图）

b. 分辨率***高的coms检测器

CMOS与 CCD对比

	CMOS	CCD
封装外形	如上图，24P	和CMOS非常类似，22P
像素	4096	3648
单个像素尺寸	7*200um	8*200um
单个器件感光长度	28.672 mm	29.184 mm
感光灵敏度	650 V/(lx.s)	160 V/(lx.s)
暗电流电压 (TYP)	0.1 mV	2 mV
暗电流电压 (MAX)	2 mV	5 mV
饱和输出电压	2000 mV	600 mV
单位时间饱和亮度 =饱和输出电压/感光灵敏度	0.00307 lx.s	0.00375 lx.s
*动态范围 =饱和输出电压/暗电流电压	20000	300

GNR采用了CMOS作为***新款直读光谱仪的检测器，相比较之前的CCD，在元器件性能上有如下的性能提升：

首先这两款元器件（CMOS和CCD）采用了想类似的芯片封装，在结构上除了CMOS是24针脚，CCD是22针脚以外，其他几乎完全一致。因此直读光谱仪的分光室几乎延续了之前的设计，没有大的改动。而GNR经典的CCD直读光谱仪S1,S3等系列之所以广受欢迎，设计精密的分光室是其中重要的因素。CMOS在结构上同CCD的一致性，也保证了GNR经典的分光设计得到了完整地延续。也因此，新款的CMOS直读光谱仪在外形设计上与经典的CCD直读光谱仪完全一致。

另外GNR采用了阵列CMOS，单个CMOS检测具有4096个像素点，每个像素点尺寸为7*200um。相比较，之前采用的是3648像素，单个像素点是8*200um。因此可以看到，这款新型的CMOS具有了更高的像素。另外单个像素点相对CCD缩小了1um。在仪器分光焦面上，检测相同宽度的焦面df，CMOS投入了更多的像素来检测，相对于CCD，分辨率提高了将近40%。

以下图谱线为例：图A是检测该谱线CMOS投入的像素，图中一条竖格代表一个像素，图B是检测该谱线CCD投入的像素。

图A：CMOS

图B：CCD

我们选择CMOS作为检测器的另一大原因是CMOS更广的动态范围。***点是感光灵敏度的提升。这款CMOS的感光灵敏度是650V/(lx·s)，而相对CCD灵敏度是160 V/(lx·s)，也就是说在相同亮度光照射下，CMOS的输出信号强度大约是CCD的4倍。由于直读光谱仪需要检测的元素几乎全是杂质元素，因此检测对象的光信号普遍较弱，而光电的转换实质上是模拟信号转换成数字信号，这不仅对AD器件的要求，也对低电平信号的处理要求非常严格。从硬件上的布线不受到互相干扰，到信号处理方式是否合理正确，都局限了CCD直读光谱仪检测结果的***度。而CMOS感光灵敏度的提升大大降低了读出系统的设计难度和出错度。

此外，CMOS的暗电流典型电压是0.1mV，相对于CCD的2mV降低到了仅仅5%。由于暗电流几乎决定了检测器的背景强度，也即是检测器能够检测的元素***低含量，因此CMOS的这个特性极大得降低了GNR直读光谱仪的检出限。在产品特性上，实现了各个型号的性能下沉，比如S1采用了CMOS之后就能检测一些之前CCD S3才能检测的元素或者含量范围。当然，S3也开始达到了之前CCD S5的分析性能。对于用户来说，满足检测需求的仪器选择范围更加宽广了。

然而，在单位时间饱和亮度上，CMOS和CCD性能几乎一致。这个参数表示了检测器检测***强光的能力。而根据仪器检测数据表明，CMOS在高含量元素的检测性能方面与CCD几乎是一致的。

***后，CMOS相对于CCD的一个重要特性就是动态范围。这是饱和输出电压与暗电流电压之比，表达的是检测器在其检测范围内，可用多少刻度来表征这个检测范围。对于检测器来说，检测到的***低光强度即是暗电流，检测到的***强光是饱和电压所对应的光，在这个***弱光到***强光之间，不同的检测器有不同数量的刻度，对于CCD来说，用300个刻度来表征***弱光到***强光，而这款CMOS的刻度达到了20000。因此在检测同样的样品时，CCD无法捕捉到的光的波动，对于CMOS来说却能够很灵敏得输出波动值，在配合上性能足够的读出系统后，元素的精度就能够得到极大得提高。

c. 激发光源芯片式电阻设计

GNR根据不同的元素，设置不同火花电阻设计，可以使得火花的放电非常稳定，这样CCD检测到的光强度不会出现烛光似的跳动，而是如日光灯一样的高亮度的稳定光。