积分时间(Integration Time),也叫曝光时间,是指探测器在一次采集过程中,将光信号转化为电荷并累积的时间。
积分时间越长:累积的电荷越多,信号强度越大。
积分时间越短:采集速度越快,适合高速检测。
为什么不是越长越好?
暗电流是探测器在没有光照时,因热激发产生的微小电流。暗电流与积分时间成正比——积分时间越长,暗电流累积越多,噪声也随之增大,反而会淹没弱信号。
暗输出电压与积分时间成正比,积分时间越短,动态范围越宽。
动态范围描述的是光谱仪同时测量强信号和弱信号的能力。长积分时间下,暗电流升高,能够有效区分的信号上限与下限之间的范围就会缩小。
当最长积分时间增加,暗噪声升高,分母变大,动态范围自然减小。
如果积分时间过长,即使是中等强度的信号,也可能导致探测器像素内的电荷“满阱溢出”——这就是我们常说的过曝或饱和。一旦饱和,光谱的峰值会被“削平”,数据失真,无法用于定量分析。
对于高通量检测或在线监测场景,长时间积分意味着单次采集耗时更长,无法满足快速检测的需求。例如,LIBS(激光诱导击穿光谱)或工业实时监测,通常需要毫秒级的积分时间。