輻射度量的測量

關(guān)于輻射度量的測量第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.1光譜輻射度量的測量入射輻射前置光學(xué)系統(tǒng)分光裝置I/O控制數(shù)據(jù)采集與處理A/D檢測器光譜輻射度量測量系統(tǒng)組成第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三FTIR目標(biāo)a()第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三

探測器對目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射響應(yīng)曲線

第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三定標(biāo)后目標(biāo)的光譜輻射曲線

第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三發(fā)射率計(jì)算

第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三FTIR目標(biāo)a()第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三點(diǎn)源光譜輻射量的測量第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.2總輻射度量的測量光譜段輻射度量測量系統(tǒng)組成第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.2總輻射度量的測量第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.2總輻射度量的測量Fig.2Theoutputofdetector標(biāo)定：

ForextendedsourceL(,T)L0(,T)ForpointsourceE(,T)E0(,T)第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三ThecalibrationofL(,T)ofextendedsource(1)(2)(3)(4)(5)第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三ThecalibrationofE

(,T)ofpointsource(6)(7)(8)(9)(10)(11)第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三上圖為在某處所測到的飛機(jī)尾焰輻射，飛機(jī)由于距離遠(yuǎn)相當(dāng)于點(diǎn)源，圖中清楚地給出了飛機(jī)在起飛過程中所發(fā)出的輻射。第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三需要完成的實(shí)驗(yàn)

內(nèi)部黑體的等效溫度溫升線性度點(diǎn)源測量誤差測試面源測量誤差測試第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三內(nèi)部黑體的等效溫度以零輸出法確定，即用一外部面型黑體通過調(diào)整其溫度，使輸出電壓為零，這時(shí)表明外部黑體在范圍內(nèi)的輻射量經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)衰減后，與內(nèi)部黑體經(jīng)過部分光學(xué)系統(tǒng)衰減后相等。由于種種原因產(chǎn)生零輸出時(shí)各波段所對應(yīng)的外部黑體溫度多數(shù)情況下是不相等的，同時(shí)由于在實(shí)驗(yàn)室條件下高溫面源（100C）不太容易得到，因此對于內(nèi)部黑體的等效工作溫度僅給出3-5um和8-12um。實(shí)驗(yàn)測得內(nèi)部黑體的等效溫度在3-5um和8-12um波段分別為：3-5m:68.3C8-12m:60.9C

第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三Fig.3Thecurveofoutputvoltageofradiometervs.thetemperatureofobject溫升線性度第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三Fig.4Thecurveofextendedsourcesensitivityvs.temperature第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三在實(shí)際的標(biāo)定過程中，為了減小標(biāo)定數(shù)據(jù)的誤差，需要注意以下幾點(diǎn)：對于同一個(gè)溫度點(diǎn)的不同波段進(jìn)行標(biāo)定之前，都要重新對準(zhǔn)。采用遠(yuǎn)距小目標(biāo)，即成像在探測器上占極小的面。如占到1/10以上，則還應(yīng)給以面積修正。因?yàn)橛心繕?biāo)的背景照度與沒目標(biāo)時(shí)背景照度是不相同的，后者增加了原目標(biāo)所占面積對應(yīng)的背景信號，或者說有目標(biāo)時(shí)目標(biāo)面積頂去了一塊背景面積。測試條件應(yīng)盡可能與標(biāo)定時(shí)接近，否則必然帶來誤差。在點(diǎn)源的標(biāo)定過程中，光闌應(yīng)選用發(fā)射率較高的材料并且離黑體出射孔有一定的距離。這是隨著黑體溫度的升高以及標(biāo)定時(shí)間的延長，光闌會(huì)被烤熱，使背景輻射信號變大，影響測量精度。在實(shí)際的標(biāo)定和測量過程中，還必須考慮大氣條件、各種噪聲和暗電流的影響。值得注意的幾點(diǎn)問題

第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三分布溫度光源的分布溫度是在一定譜段范圍內(nèi)光源光譜輻亮度曲線和黑體的光譜輻亮度曲線成比例或近似地成比例時(shí)的黑體溫度，因而分布溫度可描述光源的光譜能量分布特性。色溫色溫是顏色溫度的簡稱，有幾種定義的方法。在可見譜段內(nèi)，當(dāng)發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時(shí)，那末黑體溫度就稱為發(fā)射體的色溫。即色溫是由人眼主觀色度感覺上把光源用相當(dāng)一定溫度的黑體來描述。9.3輻射溫度的測量幾個(gè)概念第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三輻亮度溫度實(shí)際發(fā)射體在某一波長(窄譜段范圍內(nèi))的光譜輻亮度和黑體在某一溫度同一波長下的光譜輻亮度相等時(shí)，黑體溫度稱為發(fā)射體的輻亮度溫度。如果波長在可見光譜范圍內(nèi)用人眼(或具有人眼光譜光視效率響應(yīng)的探測器)來判斷其間亮度相等時(shí)，則稱為亮度溫度，簡稱亮溫。輻射溫度輻射體的輻射溫度是在整個(gè)光輻射的譜段范圍內(nèi)的輻亮度與某溫度黑體輻亮度相等時(shí)黑體的溫度9.3輻射溫度的測量第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.1亮溫的測量光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)待測亮溫的光源B置于儀器的通光孔前，通過儀器物鏡B1、光闌D1和中性濾光片A后，光源成像在高溫計(jì)燈泡P的燈絲平面上。再經(jīng)過光闌D2、目鏡B2和紅色濾光片F(xiàn)，由觀察孔出射,人眼位于觀察孔處。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.1亮溫的測量光學(xué)高溫計(jì)紅色遮光片和人眼光譜光視效率曲線的組合，構(gòu)成了中央波長約0.65m，譜段寬度約80nm的響應(yīng)特性(見圖9-14中帶剖面線部分)。由于人眼在這個(gè)窄的紅色譜段內(nèi)靈敏度很低，故輻射源溫度變化所引起的顏色的變化，已很難為人眼所察覺，故不會(huì)因?yàn)樯町愒斐闪炼绕胶獾睦щy。圖9-14光學(xué)高溫計(jì)的光譜響應(yīng)第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)高溫計(jì)的觀察視場內(nèi)，人眼可看到待測輻射源和高溫計(jì)燈泡燈絲像(圖9-15)。調(diào)節(jié)燈泡的燈絲電流，使人眼在視場內(nèi)看到的燈絲像逐漸“消隱”，由指示儀表讀數(shù)，可直接讀得待測輻射源的亮溫值。燈絲“消隱”表示燈絲亮度和待測輻射源在0.65m窄譜段內(nèi)亮度值相等，只要燈絲電流和亮溫讀數(shù)事先經(jīng)過標(biāo)定，則儀器就可方便地用于輻射源亮溫的測量中。由于燈絲電流和亮溫值之間的非線性關(guān)系，故亮溫指示儀表刻度也是非等間隔。圖9-15高溫計(jì)燈泡燈絲的消隱第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.1亮溫的測量高溫計(jì)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)輻射源是經(jīng)過標(biāo)定的鎢帶燈。不加中性密度濾光片時(shí)標(biāo)定的溫度在700~1200℃之間。溫度太低時(shí)，人眼觀察亮度太暗，會(huì)影響儀器的標(biāo)定和測量精度。溫度高于1200℃時(shí)，應(yīng)加入中性密度濾光片，以減弱像的亮度過大對人眼的強(qiáng)刺激。其透射比可由下式關(guān)系求得第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.1亮溫的測量式中，T1和T2分別為輻射源的亮溫和加濾光片后測得的亮溫。精密光學(xué)高溫計(jì)和工業(yè)用高溫計(jì)各有兩塊厚度為2mm和3.2mm的濾光片，分別用于1200~1800C和1800~3200C的測溫。當(dāng)=常數(shù)時(shí)，即為常數(shù)時(shí)，衰減與待測輻射源的溫度值無關(guān)，即在測溫范圍內(nèi)不因輻射源溫度的變化而對溫度示數(shù)進(jìn)行必要修正。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.2色溫的測量最常用的測量色溫的方法有兩種：①測量待測光源的相對光譜能量分布，利用色度計(jì)算公式，求出光源在色度圖上的色坐標(biāo)，從而由色度圖上等溫相關(guān)色溫線確定光源在給定工作電壓下的色溫或相關(guān)色溫。②雙色法。這是最常用的色溫測量或標(biāo)定的方法。第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.2色溫的測量測量需要已標(biāo)定色溫值的標(biāo)準(zhǔn)光源，再用待測光源和標(biāo)準(zhǔn)光源進(jìn)行雙色比對測量，求出待測光源的色溫值。測量原理是：選定兩個(gè)窄譜段(原則上是任意的，例如在可見譜段，常在藍(lán)色和紅色各選一個(gè)譜段)，如果待測光源在這兩個(gè)譜段探測器輸出信號的比值與某色溫的標(biāo)準(zhǔn)光源相同，那么標(biāo)準(zhǔn)光源的色溫值就是待測光源的色溫值(圖9-16)。圖9-16雙色法測色溫第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.2色溫的測量測量裝置如圖9-17所示。光源照射具有朗伯反射特性的白色漫射屏，在離屏一定距離處安置前部有兩塊濾光片的轉(zhuǎn)動(dòng)架，一塊濾光片透射的峰值波長為0.46m，另一塊為0.66m。由于測量值是兩塊濾光片圖9-17雙色法測色溫的裝置

移入測量光路時(shí)探測器的讀數(shù)比，故對光源到漫射屏的距離沒有特殊的要求，因?yàn)榫嚯x的變化不會(huì)改變漫射屏反射光的光譜特性，但距離值也不宜過小。由于兩塊濾光片透射譜段很窄，待測光源和標(biāo)準(zhǔn)光源在相同的透射譜段上進(jìn)行比對測量，所以對探測器的光譜響應(yīng)特性也沒有特殊要求，只要在測量譜段上具有足夠的響應(yīng)度。第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三9.3.2色溫的測量測試步驟：一、先求出標(biāo)準(zhǔn)光源在所標(biāo)定的色溫值下探測器的電壓讀數(shù)比(Vs/Vi)標(biāo)準(zhǔn)，下標(biāo)s表示短波濾光片移入光路，下標(biāo)i是長波濾光片移入光路。這一比值的測量應(yīng)使標(biāo)準(zhǔn)光源置于離漫射屏不同的距離上。第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三測試步驟：二、然后將待測光源移入測量光路，邊測邊調(diào)節(jié)其燈絲電壓，并改變它到漫射屏的距離，使探測器的讀數(shù)Vi待測和標(biāo)準(zhǔn)光源移入時(shí)探測器的讀數(shù)Vi標(biāo)準(zhǔn)相同，表9-2給出待測光源的測試結(jié)果，若使則待測光源工作在標(biāo)定電壓值(表中為94.5V)，具有與標(biāo)準(zhǔn)光源相同的色溫(表中色溫為2856Ｋ)。第三十七頁，共三十九頁，編輯