創(chuàng)立于1977年的美國生物球儀器公司（Biospherical Instruments Inc.，簡稱BSI）是一家以研發(fā)為導(dǎo)向、集設(shè)計(jì)與生產(chǎn)為一體的環(huán)境監(jiān)測儀器公司。BSI在從南極到北極、從海洋到飲用水水庫的環(huán)境監(jiān)測中有著悠久的歷史。

30多年來，BSI的生產(chǎn)線聚焦于海洋、大氣、水質(zhì)和生物科學(xué)用的高品質(zhì)光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，是目前國際上光學(xué)儀器領(lǐng)域的。BSI的產(chǎn)品包括陸地與海洋的紫外線（UV）監(jiān)測系統(tǒng)、飲用水源地的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、以及海洋科學(xué)和大氣科學(xué)使用的多種UV和可見光波段的光學(xué)輻射儀。

BSI的儀器從簡單的光合有效輻射（PAR）測量儀，到非常復(fù)雜的水體剖面輻射測量系統(tǒng)，以及各種單通道光強(qiáng)測量傳感器，在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的認(rèn)同。如NASA、NOAA、EPA、WHOI、MBARI、Sea-Bird、RBR、HOBI、McLane、Teledyne、WETLabs、YSI等等都是BSI的忠實(shí)用戶。

1988，受美國自然科學(xué)基金（National Science Foundation, NSF）委托，BSI開始安裝“UV監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，并一直由BSI維持UV監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)。直到2009年，這個(gè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)才被拆分成兩部分：一部分轉(zhuǎn)到美國海洋與大氣管理局（NOAA）名下，另一部分仍由BSI負(fù)責(zé)。

2005年，BSI因?yàn)檠邪l(fā)成功微型輻射計(jì)（Microradiometers）而獲得NASA頒發(fā)的商業(yè)創(chuàng)新獎(jiǎng)（SBIR）。

2008年，BSI與NASA開始合作開發(fā)新的、現(xiàn)代化的輻射測量傳感器以支持現(xiàn)有的和下一代的海洋水色衛(wèi)星遙感任務(wù)。這套系統(tǒng)被稱之為行星輻射能光學(xué)傳感器（Optical Sensors for Planetary Radiant Energy, OSPREy），主要用于獲得海洋、天空、太陽和月亮的輻射測量數(shù)據(jù)，來滿足對海洋水色衛(wèi)星遙感的替代校準(zhǔn)和算法證實(shí)的精度要求。

2009年，BSI與芝加哥大學(xué)共同承擔(dān)了美國自然科學(xué)基金的“極地觀測網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目，用于長期觀測變化對極地環(huán)境特別是紫外線的影響。

在海洋光學(xué)儀器領(lǐng)域，BSI的產(chǎn)品就是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這從大量的著名海洋儀器設(shè)備公司從BSI采購光學(xué)儀器和傳感器并集成到其自己的產(chǎn)品上就可知道。下面這些代表性的海洋儀器設(shè)備公司都是BSI的忠實(shí)用戶：

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，美國Biospherical公司就開始研發(fā)和生產(chǎn)各種類型的光學(xué)儀器為相關(guān)領(lǐng)域的科研服務(wù)。其DY代的單通道輻射測量儀QSL-100到現(xiàn)在仍在各地的很多實(shí)驗(yàn)室中使用。多功能光量子測量儀AMOUR（Advanced Multi-purpOse Usb Radiometer）整合了Biospherical的第四代PAR傳感器并極大地?cái)U(kuò)展了它的功能、動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度。AMOUR是一款經(jīng)濟(jì)型多功能USB接口的輻射測量儀，適合于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和野外的科研或工程應(yīng)用。它的多功能體現(xiàn)在用戶可選擇多種不同的測量探頭（如輻照度、scalar輻照度和輻亮度）和工作波段（如窄頻帶、寬頻帶和PAR）。這款儀器小巧、經(jīng)濟(jì)，可以使用USB接口直接連接在電腦上工作，它的動(dòng)態(tài)范圍大于10個(gè)數(shù)量級。它傳承了Biospherical公司先進(jìn)的微型輻射測量儀技術(shù)，根據(jù)美國NASA的合約而研制。

AMOUR的探頭和接頭

從左至右：輻亮度、Scalar輻照度、輻照度和SMA接頭

應(yīng)用領(lǐng)域

l 光照培養(yǎng)箱、人工氣候室、溫室光強(qiáng)測量

l 陸地環(huán)境和淺水環(huán)境中的光強(qiáng)測量

l 藻類培養(yǎng)瓶/光生物反應(yīng)器內(nèi)部光強(qiáng)測量

l LED測試

l 有害光探測

l 太陽輻射（日射病）

l 其它光學(xué)測量

測量幾何學(xué)

l Irradiance（輻照度）

測量一個(gè)平面上的入射輻射。這一測量幾何適合于多數(shù)的輻射應(yīng)用，包括照明和太陽能研究。在入射角高達(dá)85°的情況下，AMOUR輻射計(jì)的理想余弦響應(yīng)偏離仍小于±5%。

l Scalar Irradiance（Scalar 輻照度）

Scalar響應(yīng)與入射輻射的方向無關(guān)。這一測量幾何廣泛地應(yīng)用在與藻類和微生物相關(guān)的海洋學(xué)和湖沼學(xué)研究當(dāng)中，這是因?yàn)橛绊戇@些微小細(xì)胞的輻射與入射方向無關(guān)。根據(jù)測量桿的長度不同，Scalar輻射計(jì)可測量3.7π球面弧度上的輻射（整個(gè)球面弧度為4π）。

l Radiance（輻亮度）

輻亮度的測量可以量化一個(gè)物體到底有多亮。可以測量海洋、天空或室內(nèi)物體的輻亮度。通常地，輻亮度用來描述單位面積上的輻射功率和觀測的固定對角。AMOUR輻亮度的前向光學(xué)的視角范圍為2.5°-20°。

l 通過SMA接頭連接到延長桿上

如果AMOUR輻射計(jì)的配置中加一個(gè)SMA接頭，就可以和其它的延長桿連起來使用，將它的應(yīng)用擴(kuò)展到難以接觸到的地方如伸入到藻團(tuán)中。延長桿也可以連接到積分球和一個(gè)光學(xué)平臺上的其它組件上。

光譜響應(yīng)

默認(rèn)情況下，AMOUR的測量范圍就是硅光電二極管的光譜響應(yīng)范圍（250-1100nm之間的寬帶響應(yīng)）。如果將要被測量的光源的波長分布是已知的，且儀器在訂購的時(shí)候經(jīng)過了響應(yīng)函數(shù)校正，那么也可以測量光通量。

儀器訂購的時(shí)候有多種過濾器可供選擇，包括窄帶和模仿某些生理響應(yīng)函數(shù)的過濾器。它們包括：

l 窄帶過濾器（約10nm帶寬）通常在光源的波長分布是已知的且限定在一個(gè)較小的范圍內(nèi)（如激光）的情況下使用。或者和其它的輻射計(jì)結(jié)合起來覆蓋整個(gè)目標(biāo)光譜范圍，由它來測量其中一部分的光譜。

l PAR（光合有效輻射）限定在400-700nm的光譜范圍內(nèi)，與其它測量中使用光譜響應(yīng)加權(quán)不同，它使用量子響應(yīng)加權(quán)。校正單位包括moles/(cm²s)，einsteins/(cm²s)，quanta或photons/(cm²s)，以及它們各自的MKS變量。

l 藍(lán)光危害，主要指的是400nm到500nm波長之間的藍(lán)光對視網(wǎng)膜潛在的光化學(xué)損傷。

l 光度響應(yīng)，它描述了人眼對于光照的知覺亮度。

l 紅斑，它描述了人類皮膚對太陽照射的以波長為基礎(chǔ)的敏感度。

l 其它的響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)用戶要求量身定做。

技術(shù)參數(shù)

1. AMOUR的技術(shù)參數(shù)

前向光學(xué)元件：

輻照度：天頂角小于85°的情況下，Cosine error<±3%

Scalar輻照度：入射角<±135°的情況下，Directional error<±5%

輻亮度：標(biāo)準(zhǔn)視角6°，14°；可選視角范圍2.5°- 20°。

連接：SMA接頭

光譜響應(yīng)：取決于所使用的過濾器

檢測限：取決于不同的設(shè)置，參考下面的表格

動(dòng)態(tài)范圍：6×10¹⁰

采樣頻率：4-125 Hz（原始頻率），1/60-125 Hz（內(nèi)部平均）

輸出接口：標(biāo)準(zhǔn)接口為USB，也可以選擇使用RS232或RS485

物理尺寸：

直徑：1.2英寸，約合3 cm

長度：取決于不同的前向光學(xué)元件，5英寸，約合12.7 cm（輻照度探頭）；8英寸，約合20.3 cm（Scalar輻照度探頭）；7英寸，約合17.8 cm（14°視角的輻亮度探頭，視角越小，長度越長）

2. 微型輻照計(jì)的技術(shù)參數(shù)（AMOUR的核心）

探測器：Si（13 mm²），InGaAs（7 mm²）或GaAsP（7 mm²）

光電流-電壓轉(zhuǎn)換：1、2000和4000三個(gè)增益級別的靜電計(jì)放大器

ADC：24-bit bipolar，4-125 Hz數(shù)據(jù)頻率

線性：使用一個(gè)可調(diào)控的光源，在信號電流范圍1×10^-12到1×10^-15之間對所有的微型輻射計(jì)進(jìn)行測量，通常地，與參考靜電計(jì)系統(tǒng)相對，error<1%

響應(yīng)時(shí)間：時(shí)間常數(shù)小于0.01秒的指數(shù)型變化，增益改變的時(shí)間要求小于0.1秒

電子靈敏度：在電流分辨率<10^-15A時(shí)，ADC分辨率為0.5 μV。飽和電流為160 μV。三級增益信號范圍是1.6×10¹¹。

暗補(bǔ)償：在每一個(gè)增益水平的校準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行暗補(bǔ)償?shù)臏y量和設(shè)置。

微型輻射計(jì)的電源：±5 VDC，4 mA電流

光譜范圍：25-1650 nm（1100-1650 nm要求使用InGaAs探測器）

檢測限和飽和度：

BSI在科研系統(tǒng)和政府部門的部分典型用戶

l NASA（美國宇航局）

l NOAA（美國海洋與大氣管理局）

l US EPA（美國環(huán)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 EPA

l 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 Academy

l The University of Toledo

l University of Washington

l Wayne State University

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