标准8度角绒面积分式反射率量测仪.docx

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标准8度角绒面积分式反射率量测仪

1.仪器简介

1.1概论

仪器全称为标准8度角绒面积分式反射率量测仪（StandardDiffusion8°IntegrationSphereSpectroscopic-Reflectometer），是一款可以测量绒面试片的反射率的仪器。

由于绒面的特殊表面，使得测量其反射率变得十分困难。

我们根据ISO7724和DIN5033标准设计的新型的反射率量测仪正是针对这一问题的最佳解决方案。

在太阳能电池制造领域，获得太阳能硅片的反射率对生产的控制及研究有着极其重要的意义，我们的仪器能够帮助用户及时获得数据，让用户能实时控制生产的状况。

1.2硬件参数

●积分球

积分球出光口直径：

20mm

取样范围直径：

25mm

积分球内部漫反射系数：

波长（nm）

绝对反射系数

波长（nm）

绝对反射系数

波长（nm）

绝对反射系数

250

0.939

1000

0.991

1800

0.915

300

0.987

1100

0.992

1900

0.829

400

0.995

1200

0.983

2000

0.811

500

0.998

1300

0.98

2100

0.842

600

0.998

1400

0.932

2200

0.842

700

0.997

1500

0.929

2300

0.816

800

0.996

1600

0.944

2400

0.768

900

0.995

1700

0.939

2500

0.701

表1-1积分球漫反射系数

●光谱仪

信号接收方式：

Back-thinnedCCD组

有效波长范围：

320nm~1074nm

解析度：

1.45nm

精确度：

10nm内<0.05%（波长为632nm的光源）

采样值范围：

16bit（0~65536）

●氙灯

波长范围：

250nm~2500nm

额定功率：

75W

工作电流：

5A

标称寿命：

3000hours（光谱范围无衰减）

●氙灯电控箱

输入电源：

AC220V/10A；

输出电压：

DC150V（空载状态/触发状态）；DC15V（点灯状态）

输出功率：

75W

保险丝：

250V/5A

●氙灯触发器

输入电压：

DC150V（触发状态）；DC15V（点灯状态）

输出电压：

30KV（触发状态）；DC15V（点灯状态）

●能量光纤

●标准白板（由中国计量研究科学院测试）

●机构部分

载物台：

可旋转；可微调高度

暗箱：

为设备形成稳定的光学环境。

输入电源为AC220V

●计算机（带显示器）

●暗箱

1.3光学参数

●测量范围：

350nm~~1050nm

●测量试片：

反射率在0%~100%之间的试片，绒面的试片。

●测量结果：

全波长范围加权平均反射率

2.安装

2.1定位

需要至少1305mm*700mm*1400mm（长*宽*高）的空间用于安装定位。

如下图：

图2-1反射仪暗箱尺寸图

加上操作的空间，应至少安排1305mm*1200mm*1800mm（长*宽*高）的空间

2.2环境及厂务要求

●电源环境：

DC220V+/-5%

●无震动厂区

●空气湿度：

20%~~60%

●空气中无酸或碱等腐蚀性气体

3.开机步骤

3.1准备工作

3.1.1确保装机已完成。

3.1.2确保接线都已正确接好。

检查氙灯电源到机台的两根线缆是否紧密旋扣；检查氙灯电源输入部分是否完好接电；检查计算机是否完好接电；检查暗箱是否完好接电；检查光谱仪是否完好接电；检查光谱仪与计算机之间的USB是否正确连接；检查光纤是否正确连接。

3.1.3确保环境及厂务符合要求。

不稳定的厂区电源会对设备有重大伤害；不稳定的厂区电源会对数据的精确性有影响；震动的环境会严重减少设备寿命甚至伤害到设备；酸或碱性的环境会腐蚀设备。

3.2开机顺序

3.2.1开暗箱风扇。

暗箱风扇电源接上即开始运转，有风扇启动的声音。

3.2.2开氙灯。

果断且迅速按下氙灯电灯电源开关，正常情况下会有一秒钟的吱吱的高压激发的声音并随之“嘭”的一下氙灯点亮。

氙灯发出亮白色的光。

由于含有紫外线，请不要注视氙灯的光线。

若5秒还不点亮氙灯，请立刻关上氙灯电源，并联系相关工程师报告状况。

3.2.3开光谱仪。

光谱仪的开关在电源线接口旁边，拨动开关即有风扇启动的声音。

3.2.4开计算机。

先打开显示器电源，再打开计算机，正常启动。

计算机完全启动后打开反射仪软件，软件显示界面会显示光谱仪序号。

若显示没有找到光谱仪则检查光谱仪与计算机的连接及光谱仪是否开启。

若有异常，请立即关上光谱仪电源，并联系相关工程师报告状况。

若计算机异常，请立即联系相关工程师报告状况。

图3-1正常状况

图3-2找不到光谱仪

4.测试

测试的过程很简单，依次按下面的步骤：

4.1Background

将载物台移动到滑轨右端，

图4-1Background位置

单击“Device”→“Background”进行背景光的采集。

图4-2选择Background按钮

图4-3正在做background

大概12秒钟后完成，信息提示：

Backgroundacquisitionfinished。

4.2Reference

将载物台移动到滑轨左端，使积分球的出光口对标准白板。

图4-4Reference位置

单击“Device”→“Reference”,对白板时光强进行采集。

图4-5选择Reference按钮

大概12秒钟后完成，信息提示：

Referenceacquisitionfinished。

4.3Measurement

将待测试片放在载物台上，待测部分放置在中间位置。

滑动载物台使积分球的出光口对准试片待测部分。

单击“Measurement”，开始量测。

图4-6选择Measurement按钮

图4-7Measuring

完成测量后，结果会以曲线的形式，显示在窗口中。

图4-7完成Measurement

5.数据处理

当测量完成后，可以通过几种方式读取结果

反射率曲线图。

图5-1测量结果显示窗口

在此窗口中可以通过“File”→“Open”，同时打开不大于8条曲线文件，方便进行比较。

此时，在“ShowList”的下拉菜单中，将会显示曲线名称与颜色的关系。

图5-2显示多组数据曲线

图5-3CurveList

在“CurveList”中，“

”的功能为显示/隐藏对应的曲线。

“

”表示选定对应的曲线，在“Remove”→“Delete”中进行删除；也可以在“File”→“Save”保存此组数据或通过“ShowData”显示具体的数据。

“

”后部的数据框，显示的为平均反射率。

直接读取反射率数据。

可以通过上面提到的“File”→“ShowData”直接读取数据。

图5-8ShowData

可以通过“Copy”按钮，将所有的数据复制到剪贴板，可以直接粘贴到如Excel等软件中。

所有测量的数据会生成以“.asc”结尾的文档，可以通过笔记本方式打开或者使用其他软件读取。

6.工程师设置

方便的测试操作是建立在正确的设置上的，负责设备的工程师可在详细了解如何设置后根据需要进行设置。

该设备为典型的光学设备，供电的稳定性、环境光、温度等都会对测试有影响。

所以要营造一个稳定测试环境，包括供电稳定，环境光不强且稳定，室温且温度变化不大，无震动等。

6.1硬件设置

6.1.1安装

完整的D8外型如下图所示，

外型尺寸：

1305mm*700mm*1400mm（长*宽*高）

工作范围：

1305mm*1200mm*1800mm（长*宽*高）

图6-1完整的D8外型

安装方式：

先将暗箱定位。

将4个脚螺丝固定，让滚轮悬空。

注：

设备移位易造成氙灯折断和积分球松动擦伤标准白板。

要移动设备必须先做好对氙灯和积分球的保护。

6.1.2设置

●氙灯电源箱长开，建议不要关掉电源。

尽可能少开关电源。

由于高压和大电流的关系，随意的开关会引起高压打坏电源里的元器件或电流烧毁元器件。

●光谱仪长开。

由于光谱仪从开启到稳定需要一段时间，为了测试的及时性，让光谱仪长开。

●暗箱风扇在开启氙灯或光谱仪前先开，保证通风系统的运行。

●计算机常开。

为了测试的及时性，加上计算机本身有待机省电模式，所以建议长开。

●保持积分球出光口与标准白板之间的距离为300um。

●保持积分球出光口与待测试片之间的距离为300um。

为了保证数据的可比较性，请将测试状态保持一致。

测试最理想的状态为积分球出光口直接接触到试片，但是在生产中接触到试片会损伤到试片，影响到产品的质量，增加生产的成本。

我们的设备采取积分球出光口与试片保持固定距离的方式，通过软件扣除环境光的影响，十分适合生产中使用。

6.2软件设置

6.2.1安装

安装的顺序是：

MDAC–>

Dotnet->

ControlDevelopmentInstrumentDriverActiveXControl->

RegSetup27->

SRD8_CDI

6.2.2升级

若有最新版的软件，则升级的顺序是：

备份数据->

卸载D8程序->

安装新版本的软件->

设置recipe

6.2.3设置

●启动软件：

通过桌面上的快捷方式：

SR—D8（CDI）或可以在路径：

“C：

\Program\Raditech\SRD8\”找到可执行档:

SR—D8（CDI），进入主操作界面：

图6-2主操作界面

●Recipe参数的设定

主操作界面中，在左上角“File”→“EditRecipe”→“Login”→“Recipe”.

图6-3File下拉菜单

图6-4ID与Password

图6-5Recipe设定界面

（I）BoundariesforCalculation：

设置如图，此处设定请不要超出光谱仪的硬件参数范围。

建议设置为Low:

350.00;High:

1050.00;Points:

700

（II）AlarmSetting：

设置如图，如果测量结果超出了设定的范围，在打印出的报告中会有“NG”的提示标志。

（III）DataGraphicDisplaywithlimit（Y）：

设置Y轴的显示范围，一般为0~1。

当显示数据曲线图的时候，也可按照需要设定好区间进行查看。

（IV）AirMassSetting:

设置如图，Resultfactor是一个常数，在AM1.5G的时候固定为0.1312;

Name为AirMass的名称，这里为AM1.5G

GlobalSource为加载AirMass的路径

Title,TitleX,TitleY分别为曲线的标题及横纵坐标标示

（V）Filesettings:

当Savefileafterthemeasurement被选定后，“Path”将生效，

所设定的位置为测量结果的保存文件夹，“filename”为最后一次测量结果保存的文件名

Numberofmeasurement为测试的次数设置。

一般设置为1次。

为了测试重复性的时候会设置多次，看测试系统的稳定性。

（VI）RLambdaminimum:

设置拟合曲线看吸收峰值。

需要看拟合曲线则勾选ShowFittingCurve。

FittingOrder表示拟合的次数。

一般为5。

根据经验，先大致判断吸收峰的位置所在波长，然后将Boundaries设置为波长减100到波长加100。

如吸收峰波长为610nm左右，则可设置Boundaries为500到700。

NKfIle可以加载与试片相关的nk文件。

（VII）InputBox

在4.1.5—4.1.7中各项，当修改各数据的时候，单击对应的输入窗口的时候，会弹出InputBox，与小键盘相同的功能，更加方便数据的输入。

图6-6Inputbox

*****************

按照不同应用对象，对参数进行测定，然后通过“SaveRecipe”将设定进行保存为.RD8文件。

软件每次启动后，会自动调用“Last.RD8”中的参数。

●Config参数的设定

按照以下路径：

主操作界面→“File”→“EditRecipe”→“Login”→“Recipe”→|“Config”,进入以下界面。

图6-7Config界面

（I）IntegrationTime（ms）：

此项为积分时间，在设备调试的时候，Raditech的工程师会根据光强的强弱与测量时间的需要进行调整。

单位为毫秒。

（II）Withsubsteactbackground：

为扣除背景光，测试反射率时要勾选。

（III）SampleAverage：

此项为平均次数。

当平均次数越多，数据的稳定性会越好，以此得到的曲线会更加平滑。

注意：

此设定是根据光谱仪及氙灯等光学条件设定，请不要随意修改。

●Setup

此项涉及到底层设置，由厂商设定。

6.2.4光强稳定性测试

将载物台移动到Reference的位置

打开软件“Spec32”，进入光谱信号量测界面。

图6-7Spec32光谱信号测量界面

根据4.2“Config”参数，设定“Integration”和“SampleAvg”，在“AmplitudeCalibration”项中，选择“RawA/DCounts，NoCompensation”。

单击“

”（scancontinuous，开始进行数据测量。

将得到光谱仪信号曲线：

特征波峰

图6-8信号曲线图

按照以下标准对信号进行确认：

9.2.1信号强度（Y轴坐标），氙灯特征光谱的波峰，在30000—50000之间，

9.2.2单击“

”，然后选定一个波峰。

通过“

”对波形放大，确认信号的波动小于正负50。

6.3电气设置

氙灯更换方法

旧氙灯的拆卸

关闭氙灯电源后，待氙灯冷却30分钟，以免被烫伤。

断开氙灯与电源控制箱之间的连线，以避免电容中残存电容放电。

拆下光纤，以免造成弯折损伤。

图6-9光纤连接处

松下固定氙灯盒盖的4颗螺丝，拆下盒盖。

图6-10灯盒固定螺丝

轻轻扶住氙灯正极的卡夹，使用内六角扳手松开固定负极卡夹的固定螺丝，使氙灯负极从卡夹中取出。

图6-11卸下氙灯负极

持氙灯的负极，松开正极卡夹的螺丝，将旧氙灯取下后请妥善保管，以免破损伤人。

图6-12卸下氙灯正极

注意：

氙灯在长时间使用过后，因为高温的关系，很容易与卡夹粘连到一起，在拆卸的过程中，请不要用强力拉拽，造成氙灯断裂，而导致人员划伤。

新氙灯的安装

打开新氙灯的包装，取下氙灯负极的护套。

图6-13氙灯负极护套

将氙灯正极装入卡夹中，锁好螺丝。

将氙灯负极放入卡夹并且锁好螺丝。

确认氙灯与触发器连接线，各个接点连接正常。

盖好氙灯盒盖，并且连接好灯盒与电控箱之间的连线，接好光纤。

注意：

在更换氙灯的过程中，请不要以任何方式，接触氙灯的玻璃部分，保证各动作中所持氙灯部位均为两端金属部分，以免影响光强。

注意：

用于固定氙灯正、负极的卡夹，在氙灯使用过程中，因为高温的原因，极易氧化，在更换新的氙灯的时候，请进行去除氧化层的处理，以保证与氙灯的接触良好。

6.4维护

本设备几乎没有维护成本，只需隔一段时间简单查看设备状况是否正常，设置是否被修改或部件是否被碰撞。

●常规维护

负责设备的工程师，应经常查看设备，观察是否有异常情况或操作人员是否按照正确的设置操作。

确认氙灯是否正常发亮；氙灯电流表读数是否维持在5A；暗箱风扇是否正常运作。

确认载物台上是否整洁，是否有试片颗粒，避免伤害试片；积分球口是否与试片及标准白板保持一定距离；光纤没有被挤压到。

●每周维护

使用无尘布对仪器外表面进行清洁。

由于设备一直处于上电运行状态中，严禁使用酒精或湿抹布等擦拭。

注意：

在清洁过程中，对积分球以及相关的连接部分时，请不要剧烈用力，以免影响光路。

●确认测量信号的稳定性。

●当氙灯老化后，对氙灯进行更换。

7.注意事项

●使用环境要求

仪器所放置的位置，尽量保证周围无不稳定光源（如：

自然光，卤素灯等）直接照射，以免影响测量结果。

要求保证为稳定的室温（24±3℃）,以及稳定的湿度（40%±5%RH）,以确保测量的准确性

仪器所放置的位置，请远离其他易产生剧烈震动的机台。

以免测量出现误差。

仪器所放置的位置，请远离使用强酸与强碱的机台，以免光学部件被腐蚀

●工作距离

积分球测试口与试片之间的距离，十分关键，在工程师调试并确认后，请不要随意更改，以免影响量测结果。

●标准白板的保护

标准白板在使用后，请立即盖好盒盖保存，以免造成污染或划伤，而影响正常使用。

若不慎有灰尘或其他损伤，也不要擦拭或者试图修补，以免进一步伤害标准白板

●光路的稳定性

在量测过程中，请不要接触任何光学部件，比如：

光纤，光谱仪，积分球等。

以免量测数据失真。

●关于停电

设备最好一直开着，对设备的电源开启关闭会影响设备的寿命。

建议不要因为省电或维护等原因断电。

不可抗拒的原因需要断电，可按顺序断开氙灯电源，光谱仪电源，电脑电源及其它电源。

电源供应时再循序开启。

●规范性操作

请按照以上章节的标准测量步骤进行操作，以免造成损伤试片。

8.常见问题

当碰到问题时，应先联系设备供应商工程师，在得到确认后操作或等待。

以下问题仅做参考。

序号

现象

原因

解决办法

1

打开主电源后，指示灯没有亮起

与电源的连线没有接好

请检查电控箱与电源之间的连线

保险丝烧断

请更换保险丝

2

无法进行

background/reference/measurement

与光谱仪连接不正常

请检查光谱仪是否与电源连接

请检查光谱仪开关是否已经打开

请检查光谱仪与电脑之间的USB连线是否连接好

软件引起冲突

请检查确认有其他软件安装，并引起冲突，比如：

防火墙软件

在安装软件的时候，软件没有安装在默认路径下，无法搜索到光谱仪配置文件

氙灯触发造成USB连接中断

请重新启动计算机（注意：

在触发氙灯前，请不要开启光谱仪和电脑）

3

氙灯无法点亮

触发器无法达到触发电压

请与Raditech客服工程师联系

电控箱直流输出电压偏低

顺时针转动调节按钮，加大直流输出电压

更换保护芯片LM324

氙灯阳极氧化电阻过大

请将氧化部分去除，或更换新的配件

连接线松脱

请检查各个条导线的连接点是否松脱

超出氙灯使用寿命

请更换氙灯

4

数据震动剧烈

信号不稳定

请检查电流表示数是否稳定

请确认电流表的示数是否设定在5A位置

请检查光纤在量测过程中是否稳定

请检查光纤的SMA接头是否稳定

请检查仪器周围是否安放有剧烈震动的设备

请检查周围的光源是否稳定，比如：

是否有自然光影响

信号强度不足

积分时间太短，设定请与装机时设定的参数对照

光学镜片位置变动，具体调整方法请与Raditech工程师联系

5

电流表示数为0

直流输出端无电流输出

请检查输出直流电压是否为150v

如问题依旧存在请与Raditech客服工程师联系

6

积分球出光口与试片接触

使用的试片厚度远大于安装时设定的间隙

请与Raditech客服工程师联系

积分球被人为外力撞歪

请与Raditech客服工程师联系

7

量测数据出现较大偏差

氙灯达到使用寿命

更换新的氙灯

工作距离不正确

请将标准片量测时与积分球口距离保证在300um

标准片表面划伤

寄回Raditech重新校准（如果划伤严重，需更换新的标准片）

表8-1常见问题处理方法

9.附件

9.1Airmass1.5G

图9-1ASTM标准图标

ASTMG173-03ReferenceSpectraDerivedfromSMARTSv.2.9.2

Wvlgthnm

EtrW*m-2*nm-1

GlobaltiltW*m-2*nm-1

Direct+circumsolarW*m-2*nm-1

280.0

8.2000E-02

4.7309E-23

2.5361E-26

300.0

4.5794E-01

1.0205E-03

4.5631E-04

350.0

1.0122E+00

5.2798E-01

3.2913E-01

400.0

1.6885E+00

1.1141E+00

8.3989E-01

450.0

2.0690E+00

1.5595E+00

1.2881E+00

500.0

1.9160E+00

1.5451E+00

1.3391E+00

600.0

1.7700E+00

1.4753E+00

1.3278E+00

650.0

1.5260E+00

1.3594E+00

1.2299E+00

700.0

1.4220E+00

1.2823E+00

1.1636E+00

800.0

1.1248E+00

1.0725E+00

9.8859E-01

850.0

9.1000E-01

8.9372E-01

8.2900E-01

900.0

9.1378E-01

7.4260E-01

6.9429E-01

950.0

8.2867E-01

1.4726E-01

1.3944E-01

1000.0

7.4255E-01

7.3532E-01

6.9159E-01

1050.0

6.6117E-01

6.5463E-01

6.1802E-01

1100.0

6.0000E-01

4.8577E-01

4.6113E-01

1150.0

5.4623E-01

1.2164E-01

1.1648E-01

1200.0

5.0005E-01

4.4825E-01

4.2789E-01

1300.0

4.1537E-01

3.5312E-01

3.3855E-01

1400.0

3.3896E-01

3.2466E-09

3.1513E-09

1500.0

3.0077E-01

2.5061E-01

2.4339E-01

1550.0

2.6961E-01

2.6990E-01

2.6226E-01

1600.0

2.5259E-01

2.3810E-01

2.3133E-01

1650.0

2.2840E-01

2.2526E-01

2.1902E-01

1700.0

2.0539E-01

1.9975E-01

1.9464E-01

1750.0

1.8518E-01

1.6566E-01

1.6162E-01

1800.0

1.6800E-01

3.1828E-02

3.1112E-02

1850.0

1.5337E-01

2.9993E-06