摘要由于LED的快速发展，LED的特性测量问题日益受到国际社会的关注。与白炽灯、荧光灯等传统光源相比，发光二极管（LED）具有寿命长、光效高、功耗低及便于维修等优点，因此，对LED性能参数的测试就显得越加重要。目前，测量LED最简单的方法就是使用荷兰Avantes公司的微小型光纤光谱仪进行测量，本文以荷兰Avantes公司的微型光纤光谱仪AvaSpec-2048为例，介绍微型光谱仪在LED测量方面的应用。
1.引言
测试LED各类光谱参数基本上有三种方法，一是用单色仪分光后进行测量。二是把测量光用若干块不同波长的带通滤光片过滤后到达光探测器，光探测器一般用光电倍增管和硅光电二极管。三是把测量光经衍射光栅分光后到达线阵CCD电荷耦合器件。前一种方法计量部门运用较多，但测量时间较长。后面面两种方法主要用于便携式光谱测试仪对LED进行多参数一次性快速测量，用同一结构配置的硬件测量多个参数，测量精度高。利用荷兰Avantes的光纤光谱仪可以监测LED测量中的光强度（单位为μWatt/cm2/nm）、辐射量（μWatt/cm2,μJoule/cm2，μWatt或μJoule）、光度量（Lux或Lumen）、色坐标X,Y,Z,x,y,z,u,v和色温等十多个参数，例如：主波长、纯度、中心波长、峰值波长，质心等。
2.光谱仪部分
2.1仪器原理
荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048系列光纤光谱仪，采用对称式光路设计，入射焦距和色散焦距都是75mm；包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和SonyILX554B型2048像素线阵CCD探测器，波长范围200-1100nm，最高分辨率0.04nm，接口方面提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O数字/模拟接口。
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图1光学平台
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图2AvaSpec-2048系列光纤光谱仪2.2功能及特点
2.2.1外触发功能
AvaSpec-2048FT快触发型光谱仪能够在接受外触发信号之后仅延迟1.3μs就开始采样；该光谱仪还可以发出一个TTL信号来触发脉冲激光器，而且在AvaSoft软件中可以设置采样开始时间与该激光脉冲之间的延迟（-42ns至2.7ms，步长42ns），-42ns的负延迟采样时间的特性对测量脉冲激光器非常有用。
AvaSpec-2048FT的这些特点使其适用于需要快速响应和需要与外触发信号精确同步的应用领域（它的时间抖动只有±21ns），例如传送带上的产品检测等。而输出TTL信号的特性则可使其用于激光诱导击穿光谱（LIBS）测量或荧光测量，这些应用都要求激光脉冲发射一段时间之后开始采样。
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图3外触发时序图
[attach]45812[/attach]2.2.2历史通道功能
AvaSpec-2048FT快触发型光谱仪可以同时监测最多8个输出参数随时间的变化，如用户定义的函数、积分、峰值（波长，相对强度）等。函数可以用Visual-Basic代码编写。时序测量的结果可以被存储、载入或者打印。缩放和全景显示功能可以把时序测量结果中感兴趣的部分快速放大至全图显示。
2.2.3独立测量功能
AvaSpec-2048FT快触发型光谱仪可以配置成进行独立测量工作，而不必使用计算机。
USB2平台的AvaSpec-2048光谱仪添加了蓝牙（-BT）通信以及在板卡上存储光谱的SDRAM卡选项，能够实现远距离测量和传输（大于300米）以及长时间光谱数据存储。
2.2.4宽光谱范围内的高分辨率
对于等离子体测量和LIBS测量，一般都要求光谱仪在较宽的光谱范围内，具有较高的分辨率。
AvaSpec-2048FT快触发型光谱仪的最高分辨率可达0.04nm，而多通道光谱仪可以满足在200-900nm光谱范围内，分辨率优于0.1nm，同时使用光纤束进行探测（一端为一个光纤接头，用于探测信号;另一端为多个接头，连接各个通道），操作既简单，又可以保证探测位于同一位置的信号。
2.2.5对称式光路设计
对称式光路的入射焦距和色散焦距比是严格的1:1关系，在CCD上成的是完美的直线象，并且由于不存在光路交叉，使得杂散光的影响被降低到最小。
2.2.6多通道间数据同步采样
AvaSpec-2048FT快触发型光谱仪可以配置成双通道或多通道（USB1.1平台最多8个，USB2.0平台最多128），采用主从电路板控制，各通道间实现真正意义上的同步数据采集。每个通道均包括一个独立的光学平台。
2.2.7温度稳定性好，热漂移小
AvaSpec-2048光谱仪的光学元件和底板间采用无应力装配，出厂前经过特殊工序处理，因此环境温度对光谱仪影响极小，环境温度每变化1℃仅漂移0.1个像元；优秀的温度稳定性确保了长时间测量的精确性和可重复性。
3.LED测量实验
3.1LED测量系统
根据测试LED不同的光谱参数，需要搭建不同的配置。由于LED发光面独有的外形尺寸，导致其发光很难均匀化，测量LED总光通量最简单最便捷的方法就是使用积分球和Avantes公司的光谱仪。积分球是测量光辐射的最简单的器件。积分球的内表面是完美的漫射体，具有非常均匀的空间反射性。辐射光在内表面上经过多次反射后变得十分均匀，导致在球壁上任何一点的光辐射度都相同。
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图5AvaSpec-2048LED测量系统典型配置该系统可以用辐射定标光AvaLight-HAL-CAL-ISP进行标定。用AvaSoft-IRRAD辐射测量软件可以从测得的光谱分布计算出相关参数，进而可进行绝对辐射测量。同时还可以计算、显示和存储被测光的强度。系统装置图如下：
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图6AvaSpec-2048LED测量系统光通量测量典型配置在利用功能强大AvaSoft－FULL和辐射测量软件进行LED测量的过程中，我们可以实时的查看测量中的各种参数，并且还可以在历史通道功能中设置您需要进行时间监控的值。软件的测量界面如下几附图所示：
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图7AvaSpec-2048LED测量系统软件测量界面
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图8AvaSpec-2048LED测量过程控制界面强大的过程控制软件，可以随时对LED各项光谱参数进行在线过程监测。
3.2LED测量实验操作
进行完系统的搭建之后就可以进行LED的标准测量，在实验室中进行LED的品质和性能检测时可以按照一下步骤进行：
1.系统搭建。打开AvaSoft光谱仪测量软件。
2.将LED安装在AvaSphere-LED-adapter上置于积分球中。
3.点亮LED点击开始按钮，选择合适的积分时间和平均次数，然后关闭LED保存暗背景。
4.在Setup选项中选中扣除暗背景，并且正确设置该选项中的样条和平滑参数。
5.点亮LED，点击Application选项中的绝对辐射测量选项开始测量设置，设置完成后点击OK键开始测量。如果您需要对某一个或几个参数监测其随时间的变化，也可以在测量前进行设置测量，详细的操作流程请您参阅软件操作手册，里面有十分详细的操作介绍。
4.光谱仪在LED工业中的应用
荷兰Avantes的光纤光谱仪在LED的工业生产中已经有非常成熟的应用，现在已经应用的领域有LED分光，以及汽车仪表照明LED的品质检测，LED成品和半成品检测等等。目前LED工业中的典型应用有以下几类：
·LED芯片在线光谱性能检测
·LED产品挑选、分级品质检测
·LED生产厂家出货检验
·LED生产封装前后的在线品质控制
荷兰Avantes光纤光谱仪的强大的模拟和数字I/O接口（接口上有13个可编程的I/O端口，3个数字输入，10个数字输出,还有2个模拟输出口和2个模拟输入口）、USB及RS232接口，使得光谱仪可以在有/无计算机环境下轻松使用。结合AS-5216-DLL和IRRAD-DLL动态链接库，可以方便的与PLS机及外围设备进行通信，便于二次开发和集成,大赢数控设备（深圳）有限公司已经在LED分光机中得到成功应用。
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图9深圳大赢LED分光设备
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图10单色LED测量利用这一特性可以很方便的把光谱仪集成到在线的质量控制、品质挑选设备中，并且，利用过程控制软件，对LED各项参数进行在线监测，而且还可以将编写好的程序写入硬件板卡中后使光谱仪独立工作，
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图11大功率白光LED在线监测5.综述
利用荷兰Avantes光纤光谱仪进行LED测量可以有下面几点优势：
1.在线测量
使用USB2.0技术，每秒钟可进行上百次测量。产品自带数字和模拟信号I/O端口，可方便的给出报警、触发等信号，极大的方便了在线测量。
2.便于集成到系统
提供功能强大的DLL驱动程序，使您完全操控仪器的动作，极大的方便了您进行二次开发。同时产品有极佳的同步功能，让您随心所欲的安排设备之间的时间响应次序。
3.高靠性
产品所有元件均采用无应力装配，有极高的可靠性，环境温度对光谱仪影响极小，环境温度每变化1℃仅漂移0.1个像元，完全适应工业测试环境。
4.测量速度快
AvaSpec-2048-USB2可以实现每秒900个光谱的超高速采样速率，数据传输速度为1.8ms.
5.小巧便携
175×110×44mm，716克，真正的便携式设备。方便您到任何场地进行测量。
6.结论
用AvaSpec-LED测量系统进行LED的颜色、主波长、色温等光度参数的测量、LED品质检测等方面的应用具有功能强大、性价比高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点，而且体积小巧，带有模拟输入输出功能容易和其他系统进行通信集成，方便集成到系统中进行在线监测。