【微型光谱仪应用】微型光谱仪在老化试验箱光源监控中的应用

一、背景

       光源是老化试验箱的“心脏”，其状态直接影响模拟的真实性和加速效果的可靠性。任何光源随着使用时间增加，光源光强会衰减，输出的光照强度逐渐下降。光谱可能偏移，发出的光线波长分布可能发生变化，不再能准确模拟太阳光。同时均匀性也可能下降，导致测试样品表面受光不均。

二、应用概述

       光纤光谱仪在老化试验箱光源监测中发挥着多重关键作用：

       1. 实时监测辐照度：老化试验标准（如ISO、ASTM）通常要求对特定波长（如氙灯测试常用340nm或420nm波段）的辐照度进行严格控制和监控。光纤光谱仪可以持续追踪这些波长的光强变化，确保其始终维持在标准规定的设定范围内。

       2. 追踪光谱分布变化：理想的光源其光谱输出应是稳定的。但实际上，随着灯管老化，光谱形状可能发生偏移。光纤光谱仪能够完整地测量光源的光谱辐照度分布，及时发现光谱的“畸变”或“漂移”，避免因光谱不匹配导致测试无效。

       3. 评估光源寿命与性能衰减：所有光源都有使用寿命，其输出会随时间逐渐衰减。通过光纤光谱仪长期记录辐照度和光谱数据，可以建立光源性能衰减曲线，从而科学地预测灯管寿命，并在光输出下降到影响测试有效性之前及时进行更换或功率调整，实现预测性维护。

       4. 确保光照均匀性：试验箱内不同位置的光照强度是否均匀，对测试结果至关重要。借助光纤探头或移动测量，可以扫描监测样品平面的不同点，评估光照的均匀性，并及时发现是否存在“热点”或“暗区”。

图1：老化试验箱

       一家专注于汽车安全系统的跨国公司使用海洋光学光纤光谱仪对试验箱光源输出的光谱特征进行监测。实验过程中将光纤探头固定在距离试验箱光源正中心50公分高度处，在线实时监测光源光谱分布情况，通过监测不同波段内辐照度值占总辐照度值的比值变化来预测灯管寿命，并在光输出下降到影响测试有效性之前及时进行更换或调整功率。实验装置如图3所示。

       实验过程中，还可以通过移动探头位置监测不同位置下的辐照度变化。

图3：光谱仪监测光源实验装置

三、实验装置

       典型配置如下：

四、结语

       将光纤光谱仪用于老化试验箱光源监测，主要优势包括：   

       1. 实时连续监测：不同于离线的、周期性的手动测量，可实现持续的、自动化的监测，数据更全面，能捕捉瞬时波动。

       2. 高精度与高分辨率：能提供高分辨率的光谱数据，准确反映光源的细微变化。

       3. 灵活性与便捷性：光纤探头通常较小，可以灵活布置在箱体内不同位置，甚至实现多点同步监测。

       4. 非接触测量：光纤探头只需对准光源，无需直接接触，避免了干扰测试环境或损坏探头。