主题:【讨论】ICP检测器CCD与CID那个更有优势

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yyqhyn
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ICP检测器CCD与CID那个更有优势
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hbmy2008hbmy
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个人认为CCD更有优势,CID在紫外区需要涂上荧光涂层,很容易损坏
lilongfei14
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yyqhyn
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zoe0122
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CCD和CID技术现在用在科学仪器上还不是最完美的,因为计算机数据处理能力的局限,检测器的像素仅局限在百万以下,对信号的采集并不能非常精确的处理。其动态范围仅为10的5-6次方。。。。看到过文献报道,检测器像素达到千万以上才能和分光信号非常好的匹配。考虑到复杂样品的多元素信号有弱有强,所以许多处理复杂基体的样品客户还是会选择动态范围更大的PMT或者HDD检测器。
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2011/7/12 13:43:56 Last edit by zoe0122
acronis
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    对于这种说法我不敢苟同。敢问能找到这篇文献出来吗?

    至于对于跟分光信号非常的好匹配,请问是指哪方面的匹配?分辨率或者是其他?

    以我的了解,CCD和CID经过这么多年的发展,开发出CCD、深度致冷型CCD、EMCCD和ICCD等不同应用的CCD,具有量子效率高(可达95%),检测灵敏(可达单光子计数级别),分辨率高(像素大小从24um到10um以下),检测速度快(上百万个像素同时采集信号)等优点,逐步走向成熟,早已是现代微弱光信号检测,尤其是光谱信号检测的一把利器!

原文由 zoe0122(zoe0122) 发表:
CCD和CID技术现在用在科学仪器上还不是最完美的,因为计算机数据处理能力的局限,检测器的像素仅局限在百万以下,对信号的采集并不能非常精确的处理。其动态范围仅为10的5-6次方。。。。看到过文献报道,检测器像素达到千万以上才能和分光信号非常好的匹配。考虑到复杂样品的多元素信号有弱有强,所以许多处理复杂基体的样品客户还是会选择动态范围更大的PPT或者HDD检测器。
popo
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我也不苟同4楼说的。
其实在光谱分析中使用那么多的像素点作用大么?
仪器的光谱分辨率取决于光学器件的设计,很多人甚至厂家说检测器越大分辨率越高有什么依据么?
信号的强弱都可以通过控制积分时间来得到很好的检测。
CID和CCD不同的还在于两者的读出方式。从读出速度上看,CCD明显优于CID,一般CID快的也就200KHZ,而CCD可以在1MHZ以上。加上CID是一个像素一个像素的读取,读取过程中还要比较所累积的电荷是否达到读出的要求,还有楼上说的量子效率问题,所以在光谱分析中短波一般都至少采取10-15S的积分,长波采用5S的积分。因为时间短了不够判断也没有足够的信号读出。
而CCD不需要比较电荷,时间到了就进行读出,可以进行0.1S以下的积分,更有甚者可以进行0.01秒的积分读出。
bigbighead
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不同意4#和6#的观点。
如6#所说,CCD和CID最大的差别在读取的方式上。CCD是固定频率,时间一到就读出来,CCD可以到1MHz,但是对于高含量元素和低含量元素,它读取的时间都是一样,这就造成如果同时要测量高含量元素和低含量元素时,积分时间只能折中,积分时间长了,高含量元素的检测器像素会饱和溢出;可是积分时间短了,低含量元素的信噪比又不好,影响检出限。仪器厂商在提供仪器检出限时,提供的实际上都是非常低含量时测得结果,而实际样品中,特别是有高基体或有高含量元素要测时,CCD检测器的低含量元素检出限就与仪器检出限相距较大。
而CID不一样,CID是检测到某像素到达一定电位后,再去读这个像素,就是所谓的一个一个读,不同像素采用的积分时间可以不一样,这样就可以高含量积分时间短,低含量积分时间长,以保证最小的读出噪音,是高低含量元素达到最好的信噪比。
所以CID的仪器厂商,号称他们的仪器可以同时检测样品中高低含量的元素。而其实,CCD的仪器当然也可以,只是这时,低含量的元素不是最好的检出限。
再打个比方,CCD就是现在的数码相机,拍照时如果拍摄范围内有逆光,那么拍摄的效果就是,强光部分很强,弱光部分很弱,因为曝光时间长的话,一定曝光过度,就像ICP中的CCD溢出。这时,照片中的弱光部分效果就不好,没有办法,对于相机来说,必须还原真实。可是CID来做这件事,它可以分别读取不同的部分,也就是说,强光部分曝光时间短,弱光部分曝光时间长,每个部分都达到最佳的效果。当然,这时得到的照片不是我们真实看到的,可是这在科学检测上来说确实非常好的,所以热电号称哈勃望远镜上装的就是CID检测器,它不但可以观测像太阳一样强烈的光芒,也可以观测天际中很弱得小星星。
acronis
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      CCD是顺序读取,就是CCD像素要从上而下一排排,再从左到右一个个的读取各个像素的信号。

      而CID可以随机读取,就是通过行列编码器任意读取某个像素的数据。

      说的更清楚些,你要想知道CCD上某个像素的信号,一般需要全部把所有的CCD读取下来,最起码也要把该像素以下的所有数据读取出来才行。而CID则可以通过行列编码器,任意时刻读取任何像素的数据。这样的优势正如这篇帖子所描述的。

      但这样也会带来一些问题,因为CCD只有一个放大器,所以信号的统一性得到了保证。而CID则不然,近似于CMOS,每行或者每列都有放大器,也就是不同的像素可能会经过不同的放大器方法,那么就很难统一放大比,这就引入了模式噪声,所以CCD的噪声要比CID的要小。这也是CCD在微弱信号监测领域,强于CID的一个重要原因。

原文由 bigbighead(bigbighead) 发表:
不同意4#和6#的观点。
如6#所说,CCD和CID最大的差别在读取的方式上。CCD是固定频率,时间一到就读出来,CCD可以到1MHz,但是对于高含量元素和低含量元素,它读取的时间都是一样,这就造成如果同时要测量高含量元素和低含量元素时,积分时间只能折中,积分时间长了,高含量元素的检测器像素会饱和溢出;可是积分时间短了,低含量元素的信噪比又不好,影响检出限。仪器厂商在提供仪器检出限时,提供的实际上都是非常低含量时测得结果,而实际样品中,特别是有高基体或有高含量元素要测时,CCD检测器的低含量元素检出限就与仪器检出限相距较大。
而CID不一样,CID是检测到某像素到达一定电位后,再去读这个像素,就是所谓的一个一个读,不同像素采用的积分时间可以不一样,这样就可以高含量积分时间短,低含量积分时间长,以保证最小的读出噪音,是高低含量元素达到最好的信噪比。
所以CID的仪器厂商,号称他们的仪器可以同时检测样品中高低含量的元素。而其实,CCD的仪器当然也可以,只是这时,低含量的元素不是最好的检出限。
再打个比方,CCD就是现在的数码相机,拍照时如果拍摄范围内有逆光,那么拍摄的效果就是,强光部分很强,弱光部分很弱,因为曝光时间长的话,一定曝光过度,就像ICP中的CCD溢出。这时,照片中的弱光部分效果就不好,没有办法,对于相机来说,必须还原真实。可是CID来做这件事,它可以分别读取不同的部分,也就是说,强光部分曝光时间短,弱光部分曝光时间长,每个部分都达到最佳的效果。当然,这时得到的照片不是我们真实看到的,可是这在科学检测上来说确实非常好的,所以热电号称哈勃望远镜上装的就是CID检测器,它不但可以观测像太阳一样强烈的光芒,也可以观测天际中很弱得小星星。
popo
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7#说的曝光问题没错,CCD是顺序读取,光谱分析上普通的CCD的确存在你说的问题。所以对于这类CCD的仪器可以采用采用不同积分时间多次测定的方式来进行,然后选择一个合适的结果,比如之前的MPX。也有采用减少行像素点并增加行数的办法来处理的,比如现在的730/735,还有就是分段并采用预曝光设计,智能决定检测器上各个谱线的最佳积分时间,比如5300/7300.当然,这些都是需要去特别设计的。
CID是可以控制每个像素点,但是如果信号太强,等到检查的时候也是1-2S以后的事情了,那个时候如何办?如果我的积分时间设置15S,5S后某个像素点判断信号可以读出,那么剩下的10S干嘛?
popo
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刚才刻意百度了一下哈勃望远镜,现在上面用到的先进巡天照相机,好像没有CID什么事。
“参见维基百科 先進巡天照相機”
先進巡天照相機有三個獨立的通道,科學任務能從其中具體的選擇最合適的通道。在這裡簡要的敘述這些通道和他們的檢測器。

廣域通道(WFC):這是先進巡天照相機最常被用到的通道,他的檢測器是兩個相鄰接的2048 X 4096畫素的CCD,能產製具有科學價值的16.7百萬畫素影像。廣域通道機板上的每個畫素對應的視野是0.05",所以他的有效視野是202 " ×202 ",對光譜的探測範圍是350至1,100奈米。

高解析通道(HRC):有兩個可供選擇的光抑制遮罩,可以遮蔽明亮的天體光源。 第一個是有兩個遮光斑點,可以用指令控制的日冕儀,直徑1.8"的斑點位於視野的中心,直徑3.0"的則靠近邊上。第一個斑點較為常用,例如主體是明亮的恆星或類星體旁的拱星盤時。第二個是位於通道的杜瓦瓶窗口入口,寬0.8”,長5”,被稱為法斯梯手指的遮罩。高解析通道的檢測器是1024 X 1024的硫碘碲(SITe) CCD,視野(26"x29")比廣域通道(WFC)小,但是畫素的空間採樣(0.025")是廣域通道的兩倍。在近紫外線的波段(<350奈米)上也比較靈敏。

日盲通道(SBC)由多極板微通道陣列(MAMA)組成的感測器能很好的計數在波長範圍在115至170奈米的低背景紫外線光子,它包含光陰極、微通道極板和陽極陣列。他的空間採樣是每畫素0.030 ",視野是25 " x 25 "。先進巡天照相機的日盲通道實際上是太空望遠鏡影像攝譜儀(STIS)在2004年8月無法使用後的備品。

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