DR002太阳能光谱响应测试系统说明书30.docx
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DR002太阳能光谱响应测试系统说明书30
目录
一、系统组成-1-
1、7ILT250/7IPT250(250W卤钨灯光源及电源)-2-
2、651-1LightChopper(斩波器)-3-
3、7IFW6(滤光片轮)-4-
4、7ISW501(三光栅扫描光谱仪)-5-
5、7ISC2(太阳能电池专用样品室)-6-
6、7225DSPLock-inAmplifier(锁相放大器)-6-
7、标准探测器-6-
8、计算机-7-
9、光学平台(带支架)-7-
10、软件-7-
二、检测原理-7-
三、技术指标-8-
四、系统工作条件-9-
五、操作方法-9-
1、仪器布设-9-
2、连接数据线驱动线-10-
3、连接电源-10-
4、开启设备-10-
5、调整光斑大小-11-
6、程序参数设定-11-
7、数据测量-11-
8、关闭系统-11-
六、可能出现问题及解决方法-12-
七、维修事项-13-
太阳能光谱响应测试系统保修单-14-
产品合格证-15-
一、系统组成
整个系统由光源、斩波器、光谱仪、样品室、标准探测器、锁相放大器、计算机等组成。
总体布设如图1所示。
图1太阳能电池光谱响应测试系统框图
1、7ILT250/7IPT250(250W卤钨灯光源及电源)
卤钨灯是白炽灯较早的一种,灯丝由钨制成。
钨属难熔金属,熔点在3665K,硬度为模氏7.5,银色,机械加工后的比重可达20。
在玻壳内充入卤素气体后,由于卤钨循环,进一步延长了灯的使用寿命。
卤钨灯的特点如下:
●光通稳定,灯寿终时的光通量为开始的95~98%。
●色温高,可达3000K,整个寿命期间卤钨灯色温只降低50K左右。
●光效高,可达20~30流明/瓦。
图2250W光源光谱特性曲线
7ILT250卤钨灯光源(TungstenLampHouse)
7ILT250卤钨灯电源(PowerSupply)
光谱范围
300-2500nm
供电电压
AC220V10%/50Hz
光通量
9000lm
额定功率
250W
灯泡寿命
平均300h
电流调节范围
9.5-10.5A
灯泡型号
HLX64657(进口德国OSRAM)
电流漂移
0.1%/h
冷却形式
风冷
a、电源线连接方法:
我公司生产的7IPT250卤钨灯恒流源,随货配有一根电缆,您只需将电缆的一端与电源的五芯插座相连,另一端与光源室的五芯插座相连即可。
7ILT250卤钨灯光源室插座的外视图及芯号接线图如下:
接地
卤钨灯灯丝(DC12V/6.5A)
风扇电压AC220V
b、如何更换灯泡
当灯泡需要更换时,请一定在断电且光源室已冷却的情况下进行,将光源室侧盖的螺钉旋下,打开侧盖,小心地将旧灯泡取下,并将新灯泡插紧在磁灯座上,在确定灯丝端正以后,即可将光源室上盖盖好,旋上螺钉,灯泡即更换完毕。
在更换灯泡时,请小心不要碰到调焦镜组,如镜组上落有灰尘,请用吹球将灰尘吹去。
另外,更换灯泡时,请注意用干净的脱脂棉布拿取灯泡以保持清洁,若灯泡有污渍,请用脱脂棉蘸少量无水酒精擦拭干净,以免影响透过率。
c、注意事项
1.卤钨灯工作时会产生热量,功率越大热量越大,因此采用风扇进行冷却,使用时请不要覆盖灯室,不要遮挡出入风口,以免影响散热。
2.使用时如果能量够用,请尽量降低电流使用,电流过高将严重影响灯泡的使用寿命,尤其是超过6.25A以后。
另外,反复开关也会影响使用寿命。
3.不要在使用时或使用后光源室尚热的状态下打开光源室、触摸或更换灯泡,以免烫伤。
4.电源插座的芯5一定要妥善接地,以保证安全。
2、651-1LightChopper(斩波器)
产生有固定频率的交流光信号,主要参数为:
Frequency:
10Hz-3.2KHz
Outsector:
100Hz-3200Hz
Innersector:
10Hz-320Hz
Control
Manual:
Digitalpush-button
External:
Applicationof0.5Vto10Vpk-pksineorsquarewave,100Hzto3200HztoEXTSYNCBNCconnector
InternalFrequency
Accuracy:
±30ppmat25℃
Stability:
±50ppm/℃(range10℃to30℃)
详见附件《651-1Light-Chopperinstructionmanual》。
3、7IFW6(滤光片轮)
多极光谱属正常的衍射现象,是具有公倍数波长的光谱同时从单色仪的狭缝里出来,引起测量的不准确性。
例如,当单色仪处在600nm时,600nm的1级光谱、300nm的2级光谱和200nm的3级光谱都会从狭缝里出来,而此时只有600nm的1级光谱才是我们需要的。
为了去处2级、3级乃至多级光谱,通常采用高通滤光片来滤掉短波长的辐射。
7IFW6滤光片轮为赛凡公司7IMS系列单色仪或7ISW系列光谱仪配套产品,可用于消除多级光谱,应用范围190-2500nm。
本系统中,滤光片轮第一档为空,不安装任何滤光片,第二到第四档配置滤光片材料分别为ZJB320,CB535,HWB850,使用范围185-1700nm,在扫描过程中全自动转换,由软件设置转换位置。
滤光片配置参数及转换设定见下表:
档位
滤光片材料代号
使用波长范围(nm)
使用范围透过率性能
1
(空)
全波
100%
2
ZJB320
>380
>91%
3
CB535
>600
>90%
4
HWB850
>900
>88.7%
5
(空)
全波
100%
6
(空)
全波
100%
滤光片的更换位置已在程序中设定,在光谱扫描中将根据扫描的位置自动判断并进行转换,用户可不必更改。
在本系统首次安装使用时,可用四个螺钉滤光片轮一同连接到7ISW501光谱仪的出口,连接数据线即可。
注意:
滤光片轮在非启用状态下可手动控制,启用状态下由于步进电机带电,不可以手控,两种状态下所使用的滤光片档数均可由手轮上的示数读出。
使用时请注意不要弄脏滤光片,以免影响透过率!
4、7ISW501(三光栅扫描光谱仪)
7ISW501采用非对称式水平光路,通过改变出射光轴的离轴角度来达到消除慧差的目的,使谱线更加对称,波形更加完美,同时也有利于提高分辨率,仪器光路还充分消除了二次色散,降低杂散光,以避免在短波处混有长波辐射,仪器的数值孔径为F/8,优于普通的单色仪,因此能够更好的利用光能量。
技术参数见下表。
焦距
500mm
F/#
F/8
波长准确度
0.2nm(使用1200g/mm光栅)
波长重复性
0.1nm(使用1200g/mm光栅)
分辨率
0.05nm(435.8nm处,缝宽10μm,使用1200g/mm光栅)
线色散
1.7nm/mm(使用1200g/mm光栅)
杂散光
5×10-4
实用光谱范围
185nm-远红外(依所选光栅而定)
标准配置光栅参数
1200g/mm,λp=300nm;600g/mm,λp=750nm;300g/mm,λp=1250nm
光栅有效使用面积
55mm×55mm
狭缝有效尺寸
刃口10μm自动保护,宽10μm-3mm连续对称可调;高10mm
仪器外形尺寸
560mm×320mm×204mm
仪器重量
28kg
光路中心高
140mm
a、狭缝调节
7ISW501的狭缝采用锋利的不锈钢刃口,防腐防锈,为避免狭缝闭合时两刃口互相伤害,还专门采用有间隙的设计,使狭缝两刃口之间的最小间隙保持在10μm,即不影响正常使用,又不会使狭缝完全闭合。
之所以采用10μm作为保护间隙是因为它接近于衍射极限,也是国家标准规定的分辨率测量极限,实际应用不会使用10μm以下的宽度。
您在使用时可以不必担心狭缝开的太小会使刃口损坏、造成整台仪器的故障。
7ISW501的狭缝宽度从10μm到3mm连续可调,高度为14mm。
7ISW501采用读数分厘卡驱动狭缝的宽度,它的环形最小刻度为10μm每格,每25格为一圈,相当于0.25mm,每转4圈为1mm。
垂直刻线的上段有数字标识,单位为mm,中间有半毫米刻线,下段为0.25mm的指示刻线。
b、仪器使用
7ISW501采用精密蜗轮蜗杆传动,由64细分的步进电机驱动器驱动。
光谱仪连线方法如下:
●电源插座接220V/50Hz市电
●9芯串口插座接计算机的RS232串口
确认仪器接线完全正确之后,您可以打开仪器后部接线座上的电源开关,这时开关上的红色指示灯会点亮,表明供电正常,如果红色指示灯不亮,请检查电源插座是否有效接好或插座保险有无损坏。
正常开机后,您会听到蜗杆带动蜗轮旋转的声音,这时仪器在进行自检复位,自检复位完成之后仪器会自动停下来等待于计算机进行通讯,运行应用软件,选择实际连接应用的串口,就可以开始使用仪器了。
在自检过程之中,仪器不能与外界通讯,运行软件时会提示通讯失败,此时您不用担心,耐心等待片刻,等仪器自检完成停止转动之后,再次进行串口通讯就会连接成功。
5、7ISC2(太阳能电池专用样品室)
7ISC2多功能样品室的相对孔径与我公司生产的7IMS/7ISW系列单色仪和光谱仪匹配。
石英透镜的位置可调节,使通过样品的光束既可是平行光束,也可是汇聚光束。
有7ISC2多功能样品室采用远紫外石英汇聚透镜,透过光谱范围从185nm直到2.5µm,可见光区域平均透过率在90%以上,无吸收峰。
样品室入口处配有可变光阑,可以调节进入样品室光能大小。
本系统中,样品室用于放置被测太阳能电池和标准探测器,可以装夹并连接电极,手动进行切换。
可以放置156mm*156mm(厚度0.4mm)的太阳电池,还可以放置绝对辐射计,有较大的空间。
6、7225DSPLock-inAmplifier(锁相放大器)
光源在不同波长的辐射能量不同,探测器在不同波长的响应度也不同,将光源经过斩波器调制成具有固定频率(参考频率)的周期信号,则探测器也输出具有相同频率的电信号,经过锁相放大器将含有参考频率的电信号检出,而其它频率的信号(噪声)则被抑制掉,从而提高了系统的信噪比,保证了测量准确度。
具体说明详见《7225DSPLock-inAmplifierinstructionmanual》。
7、标准探测器
日本滨松S1337-1010BQ硅探测器,并在中国计量科学研究院进行光谱响应的标定,标定间隔5nm,范围350-1100nm。
详见《测试证书》
标准探测器基本参数如下:
型号名称
S1337-1010BQ
有效接收面积(mm2)
100(10×10)
波长使用范围(nm)
190-1100
峰值波长(nm)
960
峰值波长响应度(A/W)
0.5
200nm的响应度(A/W)
0.1-0.12
响应时间(µs)
3
工作温度范围(℃)
-20~+60
储存温度范围(℃)
-20~+80
分流电阻RSH(MΩ)
200(>50)
等效噪声功率NEP
1.8×10-14W/√Hz
暗电流(25℃;-1V)
2×10-10A
结电容(pf)
1100(VR=0V,f=10KHZ)
8、计算机
Dell整机一台,带2个标准RS232接口,pentium(R)4CPU3.0处理器。
9、光学平台(带支架)
1.8mx1.2m光学平台,用于整个系统的安放,确保系统稳定性。
10、软件
太阳能光谱响应测试系统软件是我们公司独立开发的应用软件,软件界面操作简单,通过操作软件可实现参数设置、测量数据、输出曲线、保存、打印等功能。
具体操作详见《太阳能光谱响应测试系统软件说明书》。
二、检测原理
光谱响应分为绝对光谱响应和相对光谱响应。
太阳能电池的绝对光谱响应
是指在某一特定波长
处,太阳电池输出的电流
与入射到太阳电池上的辐射功率
的比值(单位:
A/W):
为了确定入射到探测器上的辐射功率
,通常使用经过光谱标定的光探测器对光源在某一特定波长
处的辐射功率进行标定。
如果光探测器在某一特定波长
处的绝对光谱响应是
,探测器在光源A下特定波长
处的输出电流为
,则光源A在特定波长
处输出的辐射功率
应为:
(单位:
A)
如果在相同的条件下测量太阳电池,既
,则太阳电池的绝对光谱响应可以表达为:
(单位:
A/W)
可以使用任一波长
下太阳能电池的绝对光谱响应来归一化太阳电池的绝对光谱响应。
如果在波长
下太阳电池的绝对光谱响应为
,则太阳电池的相对光谱响应
可以表达为:
显然
是无量纲的,实际中通常是测量相对光谱响应,然后再标定
的数值,使用上式即可得出太阳能电池的绝对光谱响应。
通过太阳电池光谱响应的测量,还可以得出太阳电池的量子效率
,其表达式为:
测试过程:
首先光源经斩波器产生交流光进入光谱仪,与此同时斩波器输出参考频率给锁相放大器。
固定频率光经光谱仪,进入装有标准探测器的样品室。
光谱仪在工作过程中,使得照射到探测器的光谱不断变化。
探测器产生的电流大小由锁相放大器测得。
光源在不同波长的辐射能量不同,探测器在不同波长的响应度也不同,将光源经过斩波器调制成具有固定频率(参考频率)的周期信号,则探测器也输出具有相同频率的电信号,经过锁相放大器将含有参考频率的电信号检出,而其它频率的信号(噪声)则被抑制掉,从而提高了系统的信噪比,保证了测量准确度。
然后放入太阳能电池重复上述过程。
两次数据实施传输给计算机,经计算机处理得到相应数据与曲线。
三、技术指标
光谱范围:
300-1100nm
分辨率:
0.5nm
扫描间隔:
5nm(可以软件插值方法实现扫描间隔1nm)
温度范围:
20-27℃
斩波频率:
10Hz-3.2KHz
扫描方式:
自动
测量时间:
全光谱范围自动测量时间1.1-5.5分钟之间(扫描步距1-5nm)
〔说明:
300-1100nm之间每5nm测一点,共140个测试点,如果时间常数取300ms,步距扫描时间为200ms,扫描一点用时500ms,140个点合计用时70s。
如果系统工作稳定,将标准探测器的实际响应值测试后作为恒量,每次测量只对太阳能电池进行扫描测试,则全光谱测试时间在1.1-5.5分钟之间(扫描步距1-5nm)。
如果每次测量都对标准探测器和太阳能电池进行分别扫描测试,则测试时间要加倍,并且要有二者手动更换的时间,全部测量完成时间在3-11分钟之间(扫描步距1-5nm)〕
数据处理:
自动给出相对光谱响应。
当输入相关参数后,自动给出绝对光谱响应和量子效率。
测量方式:
电流/电压均可
四、系统工作条件
仪器的工作环境条件对测量精度有一定的影响,建议采用以下工作条件:
a.室温5-25℃
b.室内相对湿度不大于85%
c.室内无腐蚀性气体
d.室内不应有强烈电磁场干扰
e.仪器不应受到影响使用的震动
f.供应电源:
电压(220±22)V,频率(50±1)Hz
五、操作方法
1、仪器布设
初次使用或仪器搬动后需要对各仪器进行布设,各仪器按照图1进行布设。
a、将滤光片轮安装到光谱仪的出射口上,用螺钉拧紧;
b、将斩波器安装到光谱仪入射口上用滚花螺钉拧紧;
c、将光源放置在斩波器托板上,使光源底部的调整螺钉与四个坑重合,调整螺钉使得光源聚光镜光轴通过斩波器内扇区与光谱仪狭缝中心;
d、适当调整样品室位置使得其入射口对准光谱仪出射口。
2、连接数据线驱动线
a、用专用线连接光谱仪9芯RS232串口与计算机RS232串口;
b、用专用数据线(白线灰头)连接锁相放大器与计算机RS232串口;
c、将斩波器接线连接到控制器后面板的Chopperhead接口;
d、用同轴电缆连接斩波器的输出端(Syncf÷10)与锁相放大器的参考信号输入端(REFIN);
e、用同轴电缆连接样品室的输出信号端与锁相放大器前面板B/I输入端。
f、用专用线连接滤光片轮接口与光谱仪滤光片轮接口。
!
!
!
注意:
请不要在仪器带电的情况下插拔串口,以免引起计算机的串口损坏。
3、连接电源
a、连接光谱仪的电源接入220V/50Hz市电;
b、用专用五芯线连接卤钨灯光源与钨灯电源,卤钨灯电源接入220V/50Hz市电;
c、锁相放大器电源插头接入220V/50Hz市电;
d、斩波器电源插头接入220V/50Hz市电;
4、开启设备
设备开启请按如下顺序进行
a、适当选择斩波器调制频率(本测试系选10-20Hz),开启斩波器电源开关;
b、将钨灯电源的电流调至最小后,开启钨灯电源开关;
c、开启光谱仪开关;
d、开启锁相放大器开关;
e、开启计算机开关
!
!
!
务必遵守上述开机顺序。
5、调整光斑大小
a、松开光源聚光镜筒上的调节螺母,沿轴向调节聚光镜,使射到光谱狭缝光斑最集中(开启光源之前必需先开启斩波器);
b、启动太阳能光谱响应测试系统程序,操作光谱仪对话窗口,使其扫描到0级。
打开样品室盖,调整光谱仪入射窗狭缝、出射窗狭缝及样品室光阑的大小,使得光斑完全照射到探测器的感光面上。
6、程序参数设定
a、运行程序,选择程序面板上的端口选项,选择正确的端口号(锁相放大器为4、光谱仪位5)。
b、选择光谱仪参数No.1300-1100nm;No2、No3不选择。
c、设定扫描间隔、扫描次数、扫描时间、扫描速度。
注意:
如果仪器没有连接成功,检查光谱仪、锁相放大器连线是否正确,是否接通电源。
如果系统已经正确使用过,则系统已经默认正确端口,即不用操作a步骤。
7、数据测量
a、将样品室开管扳向标准探测器端,盖好样品室盖,操作程序,选择程序中标准探测器电流响应,点击开始进行扫描;
b、将样品室转换开光扳向太阳能电池端,打开样品室盖,安装太阳能电池(注意应使光斑完全照落到电池上),选择程序进行太阳能电池扫描;
c、测量结束,保存、打印数据。
8、关闭系统
a、关闭计算机、显示器;
b、关闭钨灯电源;
c、关闭锁相放大器;
d、关闭斩波器;
e、关闭光谱仪;
f、关闭系统总电源。
!
!
上述步骤b、c顺序不可颠倒,以免烧坏斩波器轮!
提示:
如果系统已经正确布设,每次测量时只需重复4—7。
且步骤顺序不能改变。
六、可能出现问题及解决方法
可能出现的问题
解决办法
程序显示连接不成功
a、检查光谱仪及锁相放大器是否开启;
b、检查光谱仪及锁相放大器数据线是否连接正常;
c、检查程序中光谱仪及锁相放大器端口号是否选择正确。
程序显示测量电流恒为零值
a、检查光源是否开启;
b、检查是否将样品室与锁相放大器连接好;
c、检查太阳能电池的两个电极是否与样品室电极接触正常;
d、样品室开关是否扳向正确位置(与实际测量状态吻合)。
程序显示电流响应值无规律跳跃
a、检查程序中锁相放大器的参数是否设定正确,正确选择为:
前面板、测电流。
b、斩波器参考信号输出端是否连接正确,应连接Syncf÷10端。
c、斩波器频率选择是否正确,避免选择50Hz的整数倍。
d、样品室盖是否盖好。
7IPT250钨灯电源显示电流调整不准
液晶三位半板表有问题,更换板表。
7IPT250钨灯电源显示电流为零
3140芯片坏,更换3140芯片。
7IPT250钨灯电源,一开机或开机后一段时间:
显示电流10.5A最大,调整面板上调节旋钮不起作用。
a、可能3个MOS管(IRF250)中有烧坏的,断开MOS管连线逐个测量,三脚中任意两脚短路,即为烧坏,更换即可。
b、芯片3140坏,更换3140芯片
七、维修事项
如果仪器出现故障,您可以将仪器送返赛凡光电公司进行修理,我们为您提供一年的免费修理服务。
请您先填写附页的返修单,将您的问题全部列在上面,并传真赛凡光电的售后服务部门,传真号:
0086-10-80885973。
售后服务部门在收到您的传真之后将与您联系、安排返修事宜,并且在可能的情况下发送一台同样的仪器与您进行更换以免耽误您的工作。
您也可以电话反映仪器的问题,寻求解决办法,电话0086-10-80885970/1/2。
敬告:
下列情况为非保修内容,如果发生您可寻求付费修理:
1.人为损坏或使用不当
2.客户自行修理或委托他人修理而未得到赛凡公司的认可,造成仪器的损坏
3.从用户接到仪器当日算起超过一年保修期范围
FAXTO:
0086-10-80885973售后服务部
FROM:
太阳能光谱响应测试系统保修单
产品型号
DR002
产品编号
仪器编号
仪器问题
维修意愿
填写人
填写日期
联系人
联系电话
联系传真
北京赛凡光电仪器有限公司
产品合格证
产品型号
DR002
产品名称
太阳能光谱响应测试系统
合格性判定
合格
检验员
检验日期
北京赛凡光电仪器有限公司
产品装箱单
产品型号:
DR002
产品名称:
太阳能光谱响应测试系统
产品实物装箱表
序号
产品(主机)名称
数量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7ISW501(三光栅扫描光谱仪)
7225DSPLock-inAmplifier(锁相放大器)
7ILT250/7IPT250(250W卤钨灯光源及电源)
651-1LightChopper(斩波器)
Dell计算机
7IFW6(滤光片轮)
7ISC2(太阳能电池专用样品室)
S1337-1010BQ硅探测器
1.8mx1.2m光学平台
1台
1台
1套
1台
1台
1个
1台
1只
1台
序号
附件及工具名称
1
2
3
4
5
6
7
8
9
RS232串口线(9针-9芯)
锁相放大器专用数据线(白线灰头)
BNC同轴信号线
滤光片控制线(15针-9芯)
10A/250V电源线
5针-5孔钨灯电源电缆线
M6X12螺钉
IRFP250MOS管
太阳能光谱响应测试系统应用软件安装光盘
1根
1根
1根
1根
2根
1根
8个
2个
1张
序号
随机文件
1
2
3
4
5
6
太阳能光谱响应测试系统使用说明书
太阳能光谱响应测试系统软件使用说明书
7ISW501三光栅扫描光谱仪检验报告
7ILT250/7IPT250检验报告
7IFW6滤光片轮检验报告
S1337-1010BQ硅探测器测试证书
1份
1份
1份
1份
1份
1份
检验员:
出厂日期:
- 配套讲稿:
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- DR002 太阳能 光谱 响应 测试 系统 说明书 30
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