紅外技術(shù)精品課件

1、紅外技術(shù)第1頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二作業(yè)： 1. 各向同性的點(diǎn)輻射體，其輻射強(qiáng)度為4W/sr，求它在整個(gè)空間的輻射通量。 2. 一點(diǎn)輻射體載上半空間發(fā)出的輻射通量位62.8W，求該輻射體在上半空間的平均輻射強(qiáng)度。 3. 房間的面積為4.58m3.66m，由100cd電燈照明。電燈懸于天花板中央，離地2.44m，設(shè)燈在各個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度均相同。求地面上不同位置的照度：1）燈的下方； 2）房間的一角。 4. 陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5108km，太陽直徑為1.4106km，求太陽的光亮度和輻

2、射亮度。（設(shè)Km=683 lm/W）。第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第2頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二復(fù)習(xí)練習(xí)： 1.解釋概念：紅外輻射，點(diǎn)輻射源，擴(kuò)展源，漫輻射，2.坎德拉是如何定義的？3.光源確定后，如何使受輻射面積上獲得最大照度？根據(jù)什么定律？4.幾個(gè)光源同時(shí)照在某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)處的照度如何表示？5.光亮度與輻射亮度是否相等？光照度與輻射照度呢？6.陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5108km，太陽直徑為1.4106km，求太陽的總光通量和光出射度。第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第3頁，共34頁，20

3、22年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.1 引言光度學(xué)：包含人眼的光學(xué)特性，只限于可見光輻射度學(xué)：不涉及人眼的光學(xué)特性，規(guī)律適用于從紫外到 紅外波段第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)輻射度學(xué)用輻射量，光度學(xué)用光度量輻射度學(xué)與光度學(xué)區(qū)別：前者是純物理量，后者是通過對 人眼進(jìn)行測試和統(tǒng)計(jì)得出注意：輻射量和光度量的名稱基本一致電磁輻射的三個(gè)特性：傳播的直線性，波動性和量子性研究過程的兩個(gè)假設(shè)：輻射按直線傳播；輻射能不相干第4頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.2 描述輻射場的基本物理量：立體角 輻射能 輻射通量 輻射強(qiáng)度 輻射出射度 輻射亮度 輻射照度 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基

4、礎(chǔ)一.立體角 整個(gè)空間所對應(yīng)的立體角計(jì)算公式 球冠所對應(yīng)的立體角球臺側(cè)面積所對應(yīng)的立體角 BADo 第5頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二二.輻射量 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)輻射能Q 輻射通量 輻射強(qiáng)度I相關(guān)概念：點(diǎn)源，擴(kuò)展源，面源 物理意義 定義 輻射出射度M nAA定義 物理意義 輻射亮度L AA2n第6頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)輻射照度E 定義 物理意義 AA歸納輻射通量的幾種計(jì)算方法：已知輻射強(qiáng)度求輻射通量 已知輻射出射度求輻射通量 已知輻射亮度求輻射通量 已知輻射照度求輻射通量 第7頁，共34頁，20

5、22年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.3光譜輻射量 與 光子輻射量第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)光譜輻射通量光譜輻射強(qiáng)度光譜輻射出射度光譜輻射亮度光譜輻射照度光子輻射通量光子輻射強(qiáng)度光子輻射出射度光子輻 射亮度光子輻射照度第8頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)2.4 光度量一、聯(lián)系輻射量與光學(xué)量之間的量光譜光視效率（視見函數(shù)） 光視效能光譜光視效能最大光譜光視效能 Km = 683 lm/w 光視效率V()V()0.80.60.40.26007005004001.0圖2-8 人眼的光譜光視效率曲線光視效率與光譜光視效率的關(guān)系 暗適應(yīng) 亮適應(yīng)

6、明視覺 暗視覺 第9頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)二、光度量:光通量 發(fā)光強(qiáng)度 光出射度 光亮度 光照度光照度光通量發(fā)光強(qiáng)度光出射度光亮度“坎德拉” 定義： 頻率為5401012Hz的單色輻射光源 在給定方向上其輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度為1“坎德拉”。 由發(fā)光強(qiáng)度的單位導(dǎo)出光度學(xué)的其他單位光通量單位：1“流明”=1“坎德拉”1“球面度” 照度單位：1勒克斯 = 1“流明” /1平方米對線光譜第10頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)光照度單位換算表 。（P18表2-3

7、） 光照度單位英尺燭光（fed）勒克斯（lx）輻透（ph）毫輻透（mph）流明/單位面積1英尺燭光（fed）11.076101.08010-31.0761lm/ ft21勒克斯（lx）9.29010-2110-410-11lm/ m 21輻透（ph）9.29010210411031lm/ cm 21毫輻透（mph）9.29010-11010-31103 lm/ cm 2第11頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)常見物體的照度。（P18表2-4） 夜空在地面產(chǎn)生的照度310-4滿月在天頂時(shí)產(chǎn)生的照度0.2辨認(rèn)方向所需的照度1晴朗夏天室內(nèi)的照度100

8、-500太陽直射的照度10 000第12頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)光度學(xué)和輻射度學(xué)基本物理量一覽表。（P19表2-5） 輻射量光譜輻射量光子輻射量光度量通量強(qiáng)度亮度出射度照度第13頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)例1：如圖，在桌面OB上方有一盞100W 的鎢絲充氣燈泡P，其發(fā)光效率為15lm/ W，光源在各方向均勻發(fā)光，燈泡可在垂直桌面方向上下移動，問燈泡離桌面多高時(shí)，B點(diǎn)（OB=1m）處的光照度最大？該光照度等于多大？1mroxPBn解：光源的光通量為： V =P=15100 = 1

9、500lm，由于燈泡在各方向均勻發(fā)光，看成點(diǎn)光源，則=4 第14頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)令OPx ，則 1mroxPBn所以 第15頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.5 朗伯余弦定律和漫輻射源的輻射特性 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)一、漫輻射源漫輻射指輻射亮度與方向無關(guān)的輻射。 鏡面反射（很光或鍍得很好 反射鏡 反射光線方向性很好 觀察耀眼） 漫反射（反射體表面粗糙 反射光線無方向性 各方向觀察感覺無差別） 朗伯余弦定律 理想漫反射源單位表面積向空間指定方向單位立體角內(nèi)發(fā)射（或反射）的輻射功率和該指定方向與表

10、面法線夾角的余弦成正比 ?；蚋鱾€(gè)方向上輻射亮度相等的發(fā)射表面，其輻射強(qiáng)度按余弦規(guī)律變化 第16頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二二、漫輻射源（朗伯輻射源）的輻射特性：第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)朗伯輻射源各方向的輻射亮度相等朗伯輻射源的輻射亮度與輻射出射度關(guān)系 朗伯輻射源的輻射亮度與輻射強(qiáng)度關(guān)系 朗伯輻射源的輻射強(qiáng)度與輻射通量關(guān)系 朗伯輻射源的輻射亮度與輻射照度關(guān)系 I0I第17頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.6 輻射量的基本規(guī)律及計(jì)算 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)一、距離平方反比定律點(diǎn)輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律 dAndId點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的輻

11、射強(qiáng)度P例1：在一平面A上4米高處有一發(fā)光強(qiáng)度為100cd的各向同性的點(diǎn)光源C，求C在面A上的P點(diǎn)和o點(diǎn)產(chǎn)生的照度，OcP =60o604mIACPn據(jù)距離平方反比定律，對o點(diǎn)： 對P點(diǎn)： 例2：（P.21） 第18頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)例2：測量得白熾燈在1米處產(chǎn)生的照度為10lm/m2，求其在0.5米處產(chǎn)生的照度是多少？（見圖2-13） 解：把白熾燈看成點(diǎn)光源，據(jù)距離平方反比定律，有第19頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)例3：滿月能在地面產(chǎn)生0.2 lx的照度。而月亮到地球的距

12、離是3.78105km，計(jì)算月亮的發(fā)光強(qiáng)度。 解：據(jù)距離平方反比定律第20頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二二、立體角投影定律微小面輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律。 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)nAss立體角投影定律nlA特例：當(dāng) 0三、組合定律多個(gè)輻射源照射同一點(diǎn)，產(chǎn)生的照度的規(guī)律E1E2E3E=E1+E2+E3組合定律原理圖四、塔爾伯特（Talbot）定律輻射通過紅外系統(tǒng)的調(diào)制盤前后，某輻射量的變化關(guān)系 式中，t總總的時(shí)間；t輻射量通過調(diào)制盤開口的時(shí)間；X0輻射通過調(diào)制盤前的輻射量；X 輻射通過調(diào)制盤后的輻射量；第21頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星

13、期二調(diào)制盤的知識調(diào)制盤的功能和特點(diǎn)：用作斬光器，將連續(xù)輻射變成交變輻射；用作空間濾波器，把被測目標(biāo)從背景中識別出來。用作對目標(biāo)方位進(jìn)行編碼的編碼器，提供目標(biāo)方位信息。即具備調(diào)制、編碼和空間濾波三種功能。高的調(diào)制效率；精確地對目標(biāo)位置進(jìn)行編碼；最佳的空間濾波性能；并能與紅外器件、電子部件的最佳工作頻率相配合。 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第22頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二幾種典型調(diào)制盤 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)平移條帶狀調(diào)制盤X22X1r(X1，X2)1X2X1=0圖2. 條帶調(diào)制盤相位圖3. 斬光盤旭日型調(diào)制盤即太陽光芒型調(diào)制盤 輻條均勻旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤即斬光盤 圖4

14、 旭日型調(diào)制盤振幅調(diào)制 n/p圖5 旭日型調(diào)制盤的調(diào)制波形第23頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.7 輻射的反射、吸收和透射 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)一、反射率、吸收率和透射率 1 光譜反射率、吸收率和透射率 1（）（）（）全反射率與光譜反射率關(guān)系 全吸收率與光譜吸收率關(guān)系 全透射率與光譜透射率關(guān)系 輻射在介質(zhì)上的反射、吸收和透射i第24頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二二、朗伯定律和朗伯比耳定律 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)朗伯布格爾吸收定律（吸收定律）由于介質(zhì)的吸收，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/時(shí)，輻

15、射功率衰減為原來的1/e。條件：只有吸收（不考慮散射） 由于被介質(zhì)吸收的輻射功率的相對值與通過的路程成正比 影響吸收系數(shù)的因素：波長，因此 內(nèi)透射率： 第25頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二散射定律 由于介質(zhì)的散射，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/（）時(shí)，輻射功率衰減為原來的1/e 條件：只有散射 同時(shí)存在吸收和散射，且這兩種衰減機(jī)理彼此無關(guān)，則總的內(nèi)透射率為介質(zhì)對輻射只有散射作用，輻射衰減的相對值與通過的路程dx成正比 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第26頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二朗伯定律同時(shí)存在吸收和散射

16、，透射的輻射功率 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)介質(zhì)的消光系數(shù)或衰減系數(shù)朗伯-比耳定律 在距離表面為x的介定律應(yīng)用紅外氣體分析儀的工作原理圖 質(zhì)內(nèi)透射的輻射功率將隨介質(zhì)內(nèi)的吸收元和散射元的濃度的增加而以指數(shù)規(guī)律衰減 第27頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二2.8 輻射量的計(jì)算舉例 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)1. 圓盤的輻射強(qiáng)度和輻射通量 II0AL圓盤輻射強(qiáng)度2. 球面的輻射強(qiáng)度和輻射通量I0dI0球面輻射強(qiáng)度LdIR第28頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)3. 半球面的輻射強(qiáng)度和輻射通量4. 點(diǎn)源產(chǎn)生的輻射照度 LII0

17、R半球面輻射強(qiáng)度n點(diǎn)源IddAl點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的輻射照度x第29頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)5. 小面源產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度和輻射照度6. 線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度 LsAsnnAs圖2-24 小面源產(chǎn)生的輻射照度線狀輻射源的輻射強(qiáng)度分 布 dyRL圖2-25 線輻射源產(chǎn)生的輻射照度I0zddoxI或 線狀輻射源產(chǎn)生的輻射通量第30頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度：第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)DBACxddxxrl圖2-26 線源在平行平面上x點(diǎn)處的輻射照度22Rh1單位長度上的最大輻射強(qiáng)度 長度dx對x點(diǎn)的輻射強(qiáng)度 dx在x點(diǎn)的輻射照度 線狀輻射源發(fā)出的輻射照度特例：x點(diǎn)位于AB對稱點(diǎn)的垂線上 第31頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度的兩種極端情況： 第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)hl 時(shí)hl時(shí)描述輻射源的基本參數(shù)： 輻射的光譜分布即物體發(fā)射的輻射能量在不同波段（和各光譜區(qū)域）中的數(shù)值。 輻射的空間分布即輻射強(qiáng)度在空間的分布情況 簡單形狀輻射源的輻射特性： （P32 表2-6）輻射源的總通量第32頁，共34頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期二第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第33頁，共