輻射度量的測量

關于輻射度量的測量9.1光譜輻射度量的測量入射輻射前置光學系統(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2頁,共39頁，星期六，2024年，5月第3頁,共39頁，星期六，2024年，5月第4頁,共39頁，星期六，2024年，5月第5頁,共39頁，星期六，2024年，5月FTIR目標

a()第6頁,共39頁，星期六，2024年，5月第7頁,共39頁，星期六，2024年，5月

探測器對目標和標準黑體輻射響應曲線

第8頁,共39頁，星期六，2024年，5月定標后目標的光譜輻射曲線

第9頁,共39頁，星期六，2024年，5月發(fā)射率計算

第10頁,共39頁，星期六，2024年，5月FTIR目標

a()第11頁,共39頁，星期六，2024年，5月點源光譜輻射量的測量第12頁,共39頁，星期六，2024年，5月第13頁,共39頁，星期六，2024年，5月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14頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.2總輻射度量的測量第15頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.2總輻射度量的測量Fig.2Theoutputofdetector標定：

Forextendedsource

L(

,T)

L0(

,T)Forpointsource

E(

,T)

E0(

,T)第16頁,共39頁，星期六，2024年，5月第17頁,共39頁，星期六，2024年，5月Thecalibrationof

L(

,T)ofextendedsource(1)(2)(3)(4)(5)第18頁,共39頁，星期六，2024年，5月Thecalibrationof

E

(

,T)ofpointsource(6)(7)(8)(9)(10)(11)第19頁,共39頁，星期六，2024年，5月上圖為在某處所測到的飛機尾焰輻射，飛機由于距離遠相當于點源，圖中清楚地給出了飛機在起飛過程中所發(fā)出的輻射。第20頁,共39頁，星期六，2024年，5月需要完成的實驗

內(nèi)部黑體的等效溫度溫升線性度點源測量誤差測試面源測量誤差測試第21頁,共39頁，星期六，2024年，5月內(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，這時表明外部黑體在

范圍內(nèi)的輻射量經(jīng)光學系統(tǒng)衰減后，與內(nèi)部黑體經(jīng)過部分光學系統(tǒng)衰減后相等。由于種種原因產(chǎn)生零輸出時各波段所對應的外部黑體溫度多數(shù)情況下是不相等的，同時由于在實驗室條件下高溫面源（

100

C）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。實驗測得內(nèi)部黑體的等效溫度在3-5um和8-12um波段分別為：3-5

m:68.3

C8-12

m:60.9

C

第22頁,共39頁，星期六，2024年，5月Fig.3Thecurveofoutputvoltageofradiometervs.thetemperatureofobject溫升線性度第23頁,共39頁，星期六，2024年，5月Fig.4Thecurveofextendedsourcesensitivityvs.temperature第24頁,共39頁，星期六，2024年，5月在實際的標定過程中，為了減小標定數(shù)據(jù)的誤差，需要注意以下幾點：對于同一個溫度點的不同波段進行標定之前，都要重新對準。采用遠距小目標，即成像在探測器上占極小的面。如占到1/10以上，則還應給以面積修正。因為有目標的背景照度與沒目標時背景照度是不相同的，后者增加了原目標所占面積對應的背景信號，或者說有目標時目標面積頂去了一塊背景面積。測試條件應盡可能與標定時接近，否則必然帶來誤差。在點源的標定過程中，光闌應選用發(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定時間的延長，光闌會被烤熱，使背景輻射信號變大，影響測量精度。在實際的標定和測量過程中，還必須考慮大氣條件、各種噪聲和暗電流的影響。值得注意的幾點問題

第25頁,共39頁，星期六，2024年，5月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)，當發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時，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一定溫度的黑體來描述。9.3輻射溫度的測量幾個概念第26頁,共39頁，星期六，2024年，5月輻亮度溫度實際發(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，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的探測器)來判斷其間亮度相等時，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黑體的溫度9.3輻射溫度的測量第27頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.3.1亮溫的測量光學高溫計的結(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28頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.3.1亮溫的測量光學高溫計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0.65

m，譜段寬度約80nm的響應特性(見圖9-14中帶剖面線部分)。由于人眼在這個窄的紅色譜段內(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，故不會因為色差異造成亮度平衡的困難。圖9-14光學高溫計的光譜響應第29頁,共39頁，星期六，2024年，5月光學高溫計的觀察視場內(nèi)，人眼可看到待測輻射源和高溫計燈泡燈絲像(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0.65

m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系，故亮溫指示儀表刻度也是非等間隔。圖9-15高溫計燈泡燈絲的消隱第30頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.3.1亮溫的測量高溫計標定的標準輻射源是經(jīng)過標定的鎢帶燈。不加中性密度濾光片時標定的溫度在700~1200℃之間。溫度太低時，人眼觀察亮度太暗，會影響儀器的標定和測量精度。溫度高于1200℃時，應加入中性密度濾光片，以減弱像的亮度過大對人眼的強刺激。其透射比

可由下式關系求得第31頁,共39頁，星期六，2024年，5月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。精密光學高溫計和工業(yè)用高溫計各有兩塊厚度為2mm和3.2mm的濾光片，分別用于1200~1800

C和1800~3200

C的測溫。當=常數(shù)時，即為常數(shù)時，衰減與待測輻射源的溫度值無關，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)進行必要修正。第32頁,共39頁，星期六，2024年，5月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，利用色度計算公式，求出光源在色度圖上的色坐標，從而由色度圖上等溫相關色溫線確定光源在給定工作電壓下的色溫或相關色溫。②雙色法。這是最常用的色溫測量或標定的方法。第33頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.3.2色溫的測量測量需要已標定色溫值的標準光源，再用待測光源和標準光源進行雙色比對測量，求出待測光源的色溫值。測量原理是：選定兩個窄譜段(原則上是任意的，例如在可見譜段，常在藍色和紅色各選一個譜段)，如果待測光源在這兩個譜段探測器輸出信號的比值與某色溫的標準光源相同，那么標準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34頁,共39頁，星期六，2024年，5月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)動架，一塊濾光片透射的峰值波長為0.46

m，另一塊為0.66

m。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，因為距離的變化不會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，待測光源和標準光源在相同的透射譜段上進行比對測量，所以對探測器的光譜響應特性也沒有特殊要求，只要在測量譜段上具有足夠的響應度。第35頁,共39頁，星期六，2024年，5月9.3.2色溫的測量測試步驟：一、先求出標準光源在所標定的色溫值下探測器的電壓讀數(shù)比(Vs/Vi)標準，下標s表示短波濾光片移入光路，下標i是長波濾光片移入光路。這一比值的測量應使標準光源置于離漫射屏不同的距離上。第36頁,共39頁，星期六，2024年，5月測試步驟：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待測和標準光源移入時探測器的讀數(shù)Vi標準相同，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定電壓值(表中為94.5V)，具有與標準光源相同的色溫(表中色溫為2856Ｋ)。第37頁,共39頁，星期六，202