第1章-辐射度与光度基础C--2014.9.26分解.ppt

例1 1若可以将人体作为黑体 正常人体温的为36 5 1 试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W m2 2 正常人体的峰值辐射波长为多少 m 峰值光谱辐射出射度Me s m为多少 3 人体发烧到38 时峰值辐射波长为多少 发烧时的峰值光谱辐射出射度Me s m又为多少 解 1 人体正常体的绝对温度为T 36 5 273 309 5K 根据斯特藩 波尔兹曼辐射定律 正常人体所发出的辐射出射度为 2 由维恩位移定律 正常人体的峰值辐射波长为 m 9 36 m 峰值光谱辐射出射度为 Wcm 2 m 1 3 72Wcm 2 m 1 3 人体发烧到38 时峰值辐射波长为 发烧时的峰值光谱辐射出射度为 3 81Wcm 2 m 1 例1 2将标准钨丝灯 TW 2856K 为黑体时 试计算它的峰值辐射波长 峰值光谱辐射出射度和它的总辐射出射度 解标准钨丝灯的温度为TW 2856K 因此它的峰值辐射波长为 m 峰值光谱辐射出射度为 1 309 28565 10 15 248 7Wcm 2 m 1 总辐射出射度为 下页 上页 返回 郎伯余弦定律 1 郎伯余弦定律 1 点源 从强度为I的点源辐射到立体角 的通量 1 若点源向各个方向的辐射是均匀的 则总的通量为 2 若照射一个小面元dA dA的法线与dA到点源的连线r的夹角 则照到dA上的通量为 由照度的定义得该面元dA上的照度为 4 4 为照度E与距离r之间的反比定律 注 电源成立的条件是光源极小或极远 3 朗伯辐射体及其辐射特性 对于某些自身发射辐射的辐射源 其辐亮度与方向无关 即辐射源各方向的辐亮度不变 这类辐射源称为朗伯辐射体 绝对黑体和理想漫反射体就是两种典型的朗伯体 在实际问题的分析中 也常采用朗伯体作为理想的模型 1 4朗伯辐射体及其辐射特性 朗伯余弦定律按照朗伯辐射体亮度不随角度 变化的定义 朗伯体反射或发射辐射的空间分布可表为理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内发射 或反射 的辐射功率 亮度 和该指定方向与表面法线夹角的余弦成正比 即朗伯余弦定律 球面坐标系中的体积元素为 1 4朗伯辐射体及其辐射特性 朗伯体辐射出射度与辐亮度的关系极坐标对应球面上微面元dA的立体角d 设朗伯微面元dS亮度为L 则辐射到dA上的辐射通量为在半球内发射的总通量P为根据出射度的定义 得 朗伯体辐射空间坐标 1 4朗伯辐射体及其辐射特性 例题 已知太阳辐亮度L0等于2 107 m2 sr 太阳的半径r0等于6 957 108m 地球的半径re为6 374 106m 太阳到地球的年平均距离l为1 496 1011m 求太阳的辐射出射度M0 辐射强度I0 辐射通量 0以及地球接收的辐射通量 e 地球大气层边沿的辐照度Ee 解 太阳可假定为朗伯光源 则太阳的辐射出射度 M0 L0 6 2832 107 W m2 假定太阳为一均匀发光体 则太阳的辐射通量 0 4 r02M0 3 821 1026 W 太阳的辐射强度 I0 0 4 3 041 1025 W sr 地球对太阳的立体角 re2 l2 5 703 10 9 sr 地球接收到的太阳的辐射通量 e I0 1 734 1017 W 地球大气层边沿的辐照度 Ee I0 l2 1358 79 W m2 若令其最大值为1 将光谱功率分布进行归一化 那么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱功率分布 光谱功率分布 自然光源和人造光源大都是由多单色光组成的复色光 不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率 常用光谱功率分布来进行描述 决定光源颜色的客观因素就是它的光谱功率分布 典型白光LED相对光谱分布曲线 光谱功率分布 典型光谱功率分布曲线 空间光强分布 利用配光曲线 提高光的利用率 对于各向异性光源 其发光强度在空间各方向上是不相同的 若在空间某一截面上自原点向各个径向取矢量 就得到了光源在该截面的发光强度曲线 即配光曲线 配光曲线表示一个灯具或光源发射出的光强在空间中的分布情况 光源的分布温度 辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致 那么该黑体的温度就称为该辐射源的分布温度 用黑体辐射特性近似表示一般非黑体辐射光源的辐射特性 黑体的温度决定了它的光辐射特性 对非黑体辐射 它的某些特性常可用黑体辐射的特性近似的表示 对于一般光源 经常用分布温度 色温或相关色温表示 光源的色温 辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同 则黑体的这一温度称为该辐射源的色温 请注意 光源的色温与光源本身的温度是两回事 通常两者是不相同的 例如白炽灯光源本身温度为2800K 但其色温是2845K LED 光源的色温 当绝对黑体的温度增高时 最大的发射本领向短波方向移动 所以色温较高的光源 其发出的辐射能较多地分布在波长较短的绿光和蓝光之中 而色温较低的光源 其辐射能较多地分布在波长较长的红光中 因此 在上述几种标准白光中 色温较低者 偏红 色温较高时 偏蓝 不同色温的效果3000K黄色光 强穿透力4200K白中带黄 原车配氙气灯5000K光全白 欧规最高色温6000K光全白 略带蓝色6500K阳光下的白天7000 8000K白中明显带蓝8000K以上蓝光 穿透力极差 光源的相关色温 对于一般光源 它的颜色与任何温度下的黑体辐射的颜色都不相同 这时的光源用相关色温表示 在均匀色温度图中 如果光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标最接近 则该黑体的温度称为该光源的相关色温 平时我们所说的色温大多是指相关色温 人工光源中 只有白炽灯与黑体加热发光相似 其色温为2856K 呈现的昏黄色与黑体在2856K时发出的颜色一样 而灯丝也接近此温度 其它人工光源的光色 不是黑体辐射 只能比照黑体辐射同颜色时的温度 标准光源和色温 颜色与色度 三原色 三基色是相互独立的 其中任一色均不能由其它二色混合产生 它们又是完备的 即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到 有两种基色系统 一种红 绿 蓝 另一种是黄 青 紫 或品红 红 绿 黄红 蓝 紫蓝 绿 青红 蓝 绿 白 用C代表一种颜色 R G B 表示红 绿 蓝三基色 则 其中 R G B 表示代表产生混合色的红 绿 蓝三原色的单位量 附 当这三原色光的相对亮度比例为1 0000 4 5907 0 0601时就能匹配出等能白光 所以CIE选取这一比例作为红 绿 蓝三原色的单位量 即 R G B 1 1 1 尽管这时三原色的亮度值并不等 但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待 所以红 绿 蓝三原色光等比例混合结果为白光 即 R G B W X Y Z分别为匹配待配色所需要的红 绿 蓝三原色的数量 称为光谱三刺激值 光的三原色 颜色与色度 在理论上 为了定量地表示颜色 采用色度坐标x y z分别是红 绿 蓝三种颜色的比例系数 所有的光谱色在色坐标上为一马蹄形曲线 该图称为CIE1931色坐标 围成的三角形内的所有颜色可以由三基色按一定的量匹配而成 国际照委会制定的CIE1931色度图如右图 色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹 是光谱各种颜色的色度坐标 红色波段在图的右下部 绿色波段在左上角 蓝紫色波段在图的左下部 靠近图中心的C是白色 相当于中午阳光的光色 其色度坐标为x 0 3101 y 0 3162 色度坐标 不同色温的光源在色度图中的位置 可见不同色温的光 其颜色也不同 色表 眼睛直接观察光源时看到的