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輻射計(jì)介紹
輻射計(jì)介紹
測(cè)量電磁輻射量的儀器。它響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍較寬,包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外輻射。主要應(yīng)用于測(cè)量各種輻射源的輻射功率。
輻射計(jì)一般包含四個(gè)基本組成部分。①光學(xué)系統(tǒng):以一定大小的孔徑面積收集入射的輻射功率，成像后落在探測(cè)器的敏感面積上。②探測(cè)器：使接收到的輻射量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的信號(hào)，通常是電壓信號(hào)。③放大器和記錄顯示裝置：對(duì)探測(cè)器輸出的信號(hào)予以放大、處理、顯示或記錄。④參考輻射源和調(diào)制器：用作儀器內(nèi)部的輻射基準(zhǔn)，一般取黑體的形式。
響應(yīng)率 輸入單位輻射量時(shí)輻射計(jì)的輸出。輻射計(jì)的響應(yīng)率 R根據(jù)測(cè)量參數(shù)的不同有三種定義。①響應(yīng)率R：入射輻射通量變化墹Φ與輸出信號(hào)變化墹V之比，R=墹V/墹Φ。②響應(yīng)率RE：入射光瞳上輻照度變化墹E與輸出信號(hào)變化墹V之比，RE＝墹V/墹E。③響應(yīng)率RL：入射光瞳上輻亮度變化墹L（即單位面積單位立體角內(nèi)的輻射通量的變化）與輸出信號(hào)變化墹V之比，RL＝墹V/墹L。輻射計(jì)的響應(yīng)率確定后，根據(jù)輻射計(jì)的輸出就能獲得入射的輻射量。但是，輻射量是波長(zhǎng)、方位、偏振和時(shí)間的函數(shù)。因此，輻射計(jì)必須考慮視場(chǎng)、光譜響應(yīng)和時(shí)間常數(shù)或頻率響應(yīng)。理想的輻射計(jì)應(yīng)設(shè)想為，在輻射計(jì)的視場(chǎng)內(nèi)響應(yīng)為常數(shù)，視場(chǎng)以外響應(yīng)為零。在光譜響應(yīng)方面，在工作的波長(zhǎng)范圍內(nèi)響應(yīng)為常數(shù)，在這個(gè)范圍以外響應(yīng)為零。時(shí)間響應(yīng)也是如此。實(shí)際的輻射計(jì)都不是理想的，可通過(guò)實(shí)測(cè)其視場(chǎng)和光譜響應(yīng)，求得等效的理想輻射計(jì)的響應(yīng)曲線。
類型 ①直流型：用溫差電堆作接收器，時(shí)間常數(shù)約2秒,參考輻射由溫差電堆的發(fā)射率和溫度決定。②交流涂黑調(diào)制器型：用熱敏電阻作探測(cè)器，輻射計(jì)的時(shí)間常數(shù)為25毫秒，其參考輻射為涂黑的調(diào)制盤。③交流平面鏡調(diào)制器型：探測(cè)器為熱敏電阻，輻射計(jì)時(shí)間常數(shù)約為幾十毫秒，以黑體作為參考輻射源。圖中為這類輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)。它的工作原理是從被測(cè)的輻射源發(fā)射的輻射（包括可見(jiàn)光、紅外輻射等）入射至輻射計(jì)，為光學(xué)系統(tǒng)所會(huì)聚，并成像在探測(cè)元件上；探測(cè)元件將入射輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，信號(hào)大小正比于輸入輻射；電信號(hào)經(jīng)放大處理,加以顯示和記錄。由于探測(cè)元件的性能不同,放大器的增益等可能發(fā)生變化，所以，輻射計(jì)內(nèi)部設(shè)置一個(gè)參考黑體，其發(fā)射率是穩(wěn)定的,溫度是控制的,由它提供一個(gè)參考的輻射基準(zhǔn)。用一個(gè)與光軸成45°設(shè)置的、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的扇形平面鏡調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，其作用是將入射輻射與參考輻射交替地投在探測(cè)元件上。經(jīng)過(guò)處理就可將入射輻射與參考輻射相比較，獲得測(cè)量結(jié)果。
定標(biāo) 確定輻射計(jì)的響應(yīng)率，測(cè)出輸入、輸出的定標(biāo)曲線。定標(biāo)方法有兩種：一種是用標(biāo)準(zhǔn)輻射源，另一種是用標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器。高精度的標(biāo)準(zhǔn)輻射源也有兩類：一類是腔式黑體，腔口較小，發(fā)射率很高，使用時(shí)將黑體放在遠(yuǎn)處，使輻射計(jì)瞄準(zhǔn)黑體腔，并使腔口充滿輻射計(jì)的視場(chǎng)，改變黑體的溫度，即可得不同的輸入輻射和相應(yīng)的輻射計(jì)輸出；另一類是面源型黑體，蜂窩結(jié)構(gòu)，面較大，定標(biāo)時(shí)貼近輻射計(jì)，使面源充滿輻射計(jì)的入射孔徑，同樣可以獲得定標(biāo)曲線。
用標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器進(jìn)行輻射定標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的原理是利用電加熱功率增減來(lái)平衡由于入射輻射的加熱。在平衡時(shí)，電加熱功率即等于入射的輻射功率。這種標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器常稱為輻射計(jì)或電定標(biāo)輻射計(jì)。將輻射計(jì)與輻射計(jì)相比，也可獲得定標(biāo)曲線。英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局都采用電定標(biāo)熱電輻射計(jì)作為輻射計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)用 廣泛用于測(cè)量目標(biāo)的輻射特性，特別是軍事目標(biāo)的輻射特性。還可用于非接觸的溫度測(cè)量等。在測(cè)量點(diǎn)源時(shí)（即被測(cè)目標(biāo)對(duì)輻射計(jì)的張角小于輻射計(jì)的視場(chǎng)），首先要瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使點(diǎn)源的像全部進(jìn)入探測(cè)元件。其次注意落入視場(chǎng)內(nèi)的背景輻射。特別是在熱紅外波段測(cè)常溫目標(biāo)時(shí)，背景輻射不可忽視。在測(cè)量面源時(shí)（即目標(biāo)的張角大于輻射計(jì)的視場(chǎng)）,確切確定測(cè)量部位,以便消除背景的影響。在大氣中測(cè)量，還必須研究大氣吸收對(duì)輻射的影響。
輻射計(jì)是基本的輻射測(cè)量?jī)x器。進(jìn)一步擴(kuò)展其功能即可改變?yōu)楦鞣N性能的輻射計(jì)。①光譜輻射計(jì)：將入射紅外輻射分光后，對(duì)各波長(zhǎng)的紅外輻射分別測(cè)量輻射強(qiáng)度的儀器,如地物光譜儀、航空地物光譜儀等,可用于遙感研究。②掃描輻射計(jì)：通過(guò)掃描對(duì)景物逐點(diǎn)逐行進(jìn)行紅外輻射強(qiáng)度測(cè)量的儀器。③多光譜掃描輻射計(jì)：通過(guò)掃描方式對(duì)景物逐點(diǎn)逐行并同時(shí)用若干波段進(jìn)行輻射測(cè)量的儀器（見(jiàn)多光譜掃描儀）。