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多功能光量子测量仪——AMOUR
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上海泽泉科技股份有限公司
更新时间：2024-07-19 10:03:32 -
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- 详细介绍
创立于1977年的美国生物球仪器公司（Biospherical Instruments Inc.，简称BSI）是一家以研发为导向、集设计与生产为一体的环境监测仪器公司。BSI在从南极到北极、从海洋到饮用水水库的环境监测中有着悠久的历史。
30多年来，BSI的生产线聚焦于海洋、大气、水质和生物科学用的高品质光学仪器的设计与生产，是目前国际上光学仪器领域的。BSI的产品包括陆地与海洋的紫外线（UV）监测系统、饮用水源地的水质监测系统、以及海洋科学和大气科学使用的多种UV和可见光波段的光学辐射仪。
BSI的仪器从简单的光合有效辐射（PAR）测量仪，到非常复杂的水体剖面辐射测量系统，以及各种单通道光强测量传感器，在世界范围内获得了广泛的认同。如NASA、NOAA、EPA、WHOI、MBARI、Sea-Bird、RBR、HOBI、McLane、Teledyne、WETLabs、YSI等等都是BSI的忠实用户。
1988，受美国自然科学基金（National Science Foundation, NSF）委托，BSI开始安装“UV监测网络系统”，并一直由BSI维持UV监测网络的运转。直到2009年，这个监测网络才被拆分成两部分：一部分转到美国海洋与大气管理局（NOAA）名下，另一部分仍由BSI负责。
2005年，BSI因为研发成功微型辐射计（Microradiometers）而获得NASA颁发的商业创新奖（SBIR）。
2008年，BSI与NASA开始合作开发新的、现代化的辐射测量传感器以支持现有的和下一代的海洋水色卫星遥感任务。这套系统被称之为行星辐射能光学传感器（Optical Sensors for Planetary Radiant Energy, OSPREy），主要用于获得海洋、天空、太阳和月亮的辐射测量数据，来满足对海洋水色卫星遥感的替代校准和算法证实的精度要求。
2009年，BSI与芝加哥大学共同承担了美国自然科学基金的“极地观测网络”项目，用于长期观测变化对极地环境特别是紫外线的影响。
在海洋光学仪器领域，BSI的产品就是行业标准。这从大量的著名海洋仪器设备公司从BSI采购光学仪器和传感器并集成到其自己的产品上就可知道。下面这些代表性的海洋仪器设备公司都是BSI的忠实用户：
l Sea-Bird Electronics, Inc.
l RBR Ltd.
l Falmouth Scientific, Inc.
l HOBI Labs, Inc.
l iRobot Corporation
l Ocean Sensors, Inc.
l Teledyne RD Instruments, Inc.
l WETLabs, Inc.
l YSI Inc.
l McLane Research Laboratories, Inc.
早在1978年，美国Biospherical公司就开始研发和生产各种类型的光学仪器为相关领域的科研服务。其DY代的单通道辐射测量仪QSL-100到现在仍在各地的很多实验室中使用。多功能光量子测量仪AMOUR（Advanced Multi-purpOse Usb Radiometer）整合了Biospherical的第四代PAR传感器并极大地扩展了它的功能、动态范围和灵敏度。AMOUR是一款经济型多功能USB接口的辐射测量仪，适合于实验室内和野外的科研或工程应用。它的多功能体现在用户可选择多种不同的测量探头（如辐照度、scalar辐照度和辐亮度）和工作波段（如窄频带、宽频带和PAR）。这款仪器小巧、经济，可以使用USB接口直接连接在电脑上工作，它的动态范围大于10个数量级。它传承了Biospherical公司先进的微型辐射测量仪技术，根据美国NASA的合约而研制。
AMOUR的探头和接头
从左至右：辐亮度、Scalar辐照度、辐照度和SMA接头
应用领域
l 光照培养箱、人工气候室、温室光强测量
l 陆地环境和浅水环境中的光强测量
l 藻类培养瓶/光生物反应器内部光强测量
l LED测试
l 有害光探测
l 太阳辐射（日射病）
l 其它光学测量
测量几何学
l Irradiance（辐照度）
测量一个平面上的入射辐射。这一测量几何适合于多数的辐射应用，包括照明和太阳能研究。在入射角高达85°的情况下，AMOUR辐射计的理想余弦响应偏离仍小于±5%。
l Scalar Irradiance（Scalar 辐照度）
Scalar响应与入射辐射的方向无关。这一测量几何广泛地应用在与藻类和微生物相关的海洋学和湖沼学研究当中，这是因为影响这些微小细胞的辐射与入射方向无关。根据测量杆的长度不同，Scalar辐射计可测量3.7π球面弧度上的辐射（整个球面弧度为4π）。
l Radiance（辐亮度）
辐亮度的测量可以量化一个物体到底有多亮。可以测量海洋、天空或室内物体的辐亮度。通常地，辐亮度用来描述单位面积上的辐射功率和观测的固定对角。AMOUR辐亮度的前向光学的视角范围为2.5°-20°。
l 通过SMA接头连接到延长杆上
如果AMOUR辐射计的配置中加一个SMA接头，就可以和其它的延长杆连起来使用，将它的应用扩展到难以接触到的地方如伸入到藻团中。延长杆也可以连接到积分球和一个光学平台上的其它组件上。
光谱响应
默认情况下，AMOUR的测量范围就是硅光电二极管的光谱响应范围（250-1100nm之间的宽带响应）。如果将要被测量的光源的波长分布是已知的，且仪器在订购的时候经过了响应函数校正，那么也可以测量光通量。
仪器订购的时候有多种过滤器可供选择，包括窄带和模仿某些生理响应函数的过滤器。它们包括：
l 窄带过滤器（约10nm带宽）通常在光源的波长分布是已知的且限定在一个较小的范围内（如激光）的情况下使用。或者和其它的辐射计结合起来覆盖整个目标光谱范围，由它来测量其中一部分的光谱。
l PAR（光合有效辐射）限定在400-700nm的光谱范围内，与其它测量中使用光谱响应加权不同，它使用量子响应加权。校正单位包括moles/(cm2s)，einsteins/(cm2s)，quanta或photons/(cm2s)，以及它们各自的MKS变量。
l 蓝光危害，主要指的是400nm到500nm波长之间的蓝光对视网膜潜在的光化学损伤。
l 光度响应，它描述了人眼对于光照的知觉亮度。
l 红斑，它描述了人类皮肤对太阳照射的以波长为基础的敏感度。
l 其它的响应函数，根据用户要求量身定做。
技术参数
1. AMOUR的技术参数
前向光学元件：
辐照度：天顶角小于85°的情况下，Cosine error<±3%
Scalar辐照度：入射角<±135°的情况下，Directional error<±5%
辐亮度：标准视角6°，14°；可选视角范围2.5°- 20°。
连接：SMA接头
光谱响应：取决于所使用的过滤器
检测限：取决于不同的设置，参考下面的表格
动态范围：6×1010
采样频率：4-125 Hz（原始频率），1/60-125 Hz（内部平均）
输出接口：标准接口为USB，也可以选择使用RS232或RS485
物理尺寸：
直径：1.2英寸，约合3 cm
长度：取决于不同的前向光学元件，5英寸，约合12.7 cm（辐照度探头）；8英寸，约合20.3 cm（Scalar辐照度探头）；7英寸，约合17.8 cm（14°视角的辐亮度探头，视角越小，长度越长）
2. 微型辐照计的技术参数（AMOUR的核心）
探测器：Si（13 mm2），InGaAs（7 mm2）或GaAsP（7 mm2）
光电流-电压转换：1、2000和4000三个增益级别的静电计放大器
ADC：24-bit bipolar，4-125 Hz数据频率
线性：使用一个可调控的光源，在信号电流范围1×10-12到1×10-15之间对所有的微型辐射计进行测量，通常地，与参考静电计系统相对，error<1%
响应时间：时间常数小于0.01秒的指数型变化，增益改变的时间要求小于0.1秒
电子灵敏度：在电流分辨率<10-15A时，ADC分辨率为0.5 µV。饱和电流为160 µV。三级增益信号范围是1.6×1011。
暗补偿：在每一个增益水平的校准时进行暗补偿的测量和设置。
微型辐射计的电源：±5 VDC，4 mA电流
光谱范围：25-1650 nm（1100-1650 nm要求使用InGaAs探测器）
检测限和饱和度：
检测限
饱和度
单位
动态范围
辐照度， 313 nm
6.90E-06
3.62E+05
μW/(cm² nm)
5.2E+10
辐照度， 490 nm
1.16E-06
6.81E+04
μW/(cm² nm)
5.9E+10
辐照度， PAR nm
1.09E-10
5.7
μE/(cm² s)
5.2E+10
Scalar辐照度, 313 nm
6.30E-02
4.15E+09
μW/(cm² nm)
6.6E+10
Scalar辐照度, 490 nm
1.98E-05
1.04E+06
μW/(cm² nm)
5.2E+10
Scalar辐照度, PAR nm
1.11E-09
58.5
μE/(cm² s)
5.2E+10
辐亮度， 313 nm
4.93E-07
2.96E+04
μW/(cm² nm sr)
6.0E+10
辐亮度， 490 nm
1.41E-07
8510
μW/(cm² nm sr)
6.0E+10
辐亮度， PAR nm
1.31E-11
0.79
μE/(cm² s sr)
6.0E+10
BSI在科研系统和政府部门的部分典型用户
l NASA（美国宇航局）
l NOAA（美国海洋与大气管理局）
l US EPA（美国环保局）
l Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI，Woods Hole海洋研究所)
l Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI，蒙特雷海洋研究所)
l
Australia EPAl World Meteorological Organization
l Yale University
l University of California, Berkeley
l University of California, Davis
l University of California, Irvine
l University of California, Riverside
l University of California, Santa Barbara
l University of california, San Diego
l Stanford University
l University of Chicago
l Massachusetts Institute of Technology
l Arizona State University
l Australian Antarctic Division
l Australian Institute of Marine Sciences
l Bedford Institute of Oceanography
l Bigelow Laboratory for Ocean Science
l Boston University Marine Program
l Bowling Green State University
l British Antarctic Survey
l Center for Coastal Physical Oceanography
l Virginia’s Center for Innovative Technology
l French Governmental Research Agency
l Centre d’Oceanologe de Marseille, Campus de Luminy
l Colorado State University
l University of Copenhagen
l California State University, Long Beach
l California State University, San Marcos
l Danish Meteorological Institute
l National Environmental Research Institute,
Denmark l Duke University
l Florida Gulf Coast University
l Finnish Institute of Marine Research
l Florida State University
l University of Georgia
l Goteborg University
l Hawaii Institute of Marine Biology, SOEST
l Hong Kong University of Science and Technology
l Polish Academy of Sciences
l University of Maine
l University of Maryland
l MAX-PLANCK-INSTETUT fur Marine Mikrobiologie
l Unviersity fo Michigan
l University of Minnesota
l University of Mississippi
l Moss Landing Marine Labs
l Michigan State University
l Miami University of Ohio
l National University of Singapore
l San Diego State University
l Southern Illinois University
l University of Southampton
l Texas A & M University
l University of South Carolina
l University of North Carolina
l University of Ottawa
l University of Western Australia
l University of South Florida
l
U. S. Naval Academyl The University of Toledo
l University of Washington
l Wayne State University
l
