1. 同級(jí)別直讀光譜儀中***穩(wěn)定的精度
為了獲得***佳的檢測精度，GNR研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過幾十年的技術(shù)積累，采用了多種行業(yè)******的技術(shù)來達(dá)到這一目的。
a. 采用單塊標(biāo)樣的智能校準(zhǔn)法+波長實(shí)時(shí)校準(zhǔn)
由于光學(xué)器件會(huì)受到空氣污染，譜線的光強(qiáng)度（圖1中譜線的高度）會(huì)變化，而譜線高度代表著元素含量，因此譜線高度的忽高忽低會(huì)影響測樣結(jié)果的穩(wěn)定性。一般直讀光譜儀需要用5-9塊標(biāo)樣來做全校準(zhǔn)，而GNR的智能校準(zhǔn)算法可以***計(jì)算每個(gè)待測元素的每條譜線的高度變化，做到***精密的校準(zhǔn)。 GNR通過幾十年累計(jì)的測試數(shù)據(jù)來擬合元素之間的關(guān)聯(lián)，從而用一塊標(biāo)樣的校準(zhǔn)來達(dá)到多塊標(biāo)樣校準(zhǔn)的效果。
由于溫度的變化及儀器環(huán)境的震動(dòng)等原因，譜線會(huì)發(fā)生水平方向的漂移，這同樣會(huì)導(dǎo)致含量的忽高忽低，因而影響測樣結(jié)果的穩(wěn)定性。波長實(shí)時(shí)校準(zhǔn)可以在每次激發(fā)預(yù)燃燒時(shí)***計(jì)算每個(gè)待測元素的每條譜線的***新像素點(diǎn)，確保準(zhǔn)確檢測元素的譜線位置，從而達(dá)到***穩(wěn)定的測樣精度。
圖1. 智能校準(zhǔn)費(fèi)+波長實(shí)時(shí)校準(zhǔn)效果圖（雙擊圖片顯示動(dòng)態(tài)圖）
b. 分辨率***高的coms檢測器
CMOS與 CCD對(duì)比
CMOS | CCD | |
封裝外形 | 如上圖，24P | 和CMOS非常類似，22P |
像素 | 4096 | 3648 |
單個(gè)像素尺寸 | 7*200um | 8*200um |
單個(gè)器件感光長度 | 28.672 mm | 29.184 mm |
感光靈敏度 | 650 V/(lx.s) | 160 V/(lx.s) |
暗電流電壓 (TYP) | 0.1 mV | 2 mV |
暗電流電壓 (MAX) | 2 mV | 5 mV |
飽和輸出電壓 | 2000 mV | 600 mV |
單位時(shí)間飽和亮度 =飽和輸出電壓/感光靈敏度 | 0.00307 lx.s | 0.00375 lx.s |
*動(dòng)態(tài)范圍 =飽和輸出電壓/暗電流電壓 | 20000 | 300 |
GNR采用了CMOS作為***新款直讀光譜儀的檢測器，相比較之前的CCD，在元器件性能上有如下的性能提升：
首先這兩款元器件（CMOS和CCD）采用了想類似的芯片封裝，在結(jié)構(gòu)上除了CMOS是24針腳，CCD是22針腳以外，其他幾乎一致。因此直讀光譜儀的分光室?guī)缀跹永m(xù)了之前的設(shè)計(jì)，沒有大的改動(dòng)。而GNR經(jīng)典的CCD直讀光譜儀S1,S3等系列之所以廣受歡迎，設(shè)計(jì)精密的分光室是其中重要的因素。CMOS在結(jié)構(gòu)上同CCD的一致性，也保證了GNR經(jīng)典的分光設(shè)計(jì)得到了完整地延續(xù)。也因此，新款的CMOS直讀光譜儀在外形設(shè)計(jì)上與經(jīng)典的CCD直讀光譜儀一致。
另外GNR采用了陣列CMOS，單個(gè)CMOS檢測具有4096個(gè)像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)尺寸為7*200um。相比較，之前采用的是3648像素，單個(gè)像素點(diǎn)是8*200um。因此可以看到，這款新型的CMOS具有了更高的像素。另外單個(gè)像素點(diǎn)相對(duì)CCD縮小了1um。在儀器分光焦面上，檢測相同寬度的焦面df，CMOS投入了更多的像素來檢測，相對(duì)于CCD，分辨率提高了將近40%。
以下圖譜線為例：圖A是檢測該譜線CMOS投入的像素，圖中一條豎格代表一個(gè)像素，圖B是檢測該譜線CCD投入的像素。
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圖A：CMOS
圖B：CCD
我們選擇CMOS作為檢測器的另一大原因是CMOS更廣的動(dòng)態(tài)范圍。***點(diǎn)是感光靈敏度的提升。這款CMOS的感光靈敏度是650V/(lx·s)，而相對(duì)CCD靈敏度是160 V/(lx·s)，也就是說在相同亮度光照射下，CMOS的輸出信號(hào)強(qiáng)度大約是CCD的4倍。由于直讀光譜儀需要檢測的元素幾乎全是雜質(zhì)元素，因此檢測對(duì)象的光信號(hào)普遍較弱，而光電的轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)上是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這不僅對(duì)AD器件的要求，也對(duì)低電平信號(hào)的處理要求非常嚴(yán)格。從硬件上的布線不受到互相干擾，到信號(hào)處理方式是否合理正確，都局限了CCD直讀光譜儀檢測結(jié)果的***度。而CMOS感光靈敏度的提升大大降低了讀出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和出錯(cuò)度。
此外，CMOS的暗電流典型電壓是0.1mV，相對(duì)于CCD的2mV降低到了僅僅5%。由于暗電流幾乎決定了檢測器的背景強(qiáng)度，也即是檢測器能夠檢測的元素***低含量，因此CMOS的這個(gè)特性極大得降低了GNR直讀光譜儀的檢出限。在產(chǎn)品特性上，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)型號(hào)的性能下沉，比如S1采用了CMOS之后就能檢測一些之前CCD S3才能檢測的元素或者含量范圍。當(dāng)然，S3也開始達(dá)到了之前CCD S5的分析性能。對(duì)于用戶來說，滿足檢測需求的儀器選擇范圍更加寬廣了。
然而，在單位時(shí)間飽和亮度上，CMOS和CCD性能幾乎一致。這個(gè)參數(shù)表示了檢測器檢測***強(qiáng)光的能力。而根據(jù)儀器檢測數(shù)據(jù)表明，CMOS在高含量元素的檢測性能方面與CCD幾乎是一致的。
***后，CMOS相對(duì)于CCD的一個(gè)重要特性就是動(dòng)態(tài)范圍。這是飽和輸出電壓與暗電流電壓之比，表達(dá)的是檢測器在其檢測范圍內(nèi)，可用多少刻度來表征這個(gè)檢測范圍。對(duì)于檢測器來說，檢測到的***低光強(qiáng)度即是暗電流，檢測到的***強(qiáng)光是飽和電壓所對(duì)應(yīng)的光，在這個(gè)***弱光到***強(qiáng)光之間，不同的檢測器有不同數(shù)量的刻度，對(duì)于CCD來說，用300個(gè)刻度來表征***弱光到***強(qiáng)光，而這款CMOS的刻度達(dá)到了20000。因此在檢測同樣的樣品時(shí)，CCD無法捕捉到的光的波動(dòng)，對(duì)于CMOS來說卻能夠很靈敏得輸出波動(dòng)值，在配合上性能足夠的讀出系統(tǒng)后，元素的精度就能夠得到極大得提高。
c. 激發(fā)光源芯片式電阻設(shè)計(jì)
GNR根據(jù)不同的元素，設(shè)置不同火花電阻設(shè)計(jì)，可以使得火花的放電非常穩(wěn)定，這樣CCD檢測到的光強(qiáng)度不會(huì)出現(xiàn)燭光似的跳動(dòng)，而是如日光燈一樣的高亮度的穩(wěn)定光。
