第6章-辐射测量的基本仪器.ppt

1、第6章放射订正测量的基本设备，6.1光度轨道6.2积分球6.3单色器6.3.2使用光栅单色器6.3.3单色器的一些问题，6.4分光光度订正和分光放射订正6.5傅里叶变换分光放射订正，光放射订正中光度轨道和一般轨道的主要区别是，6.1光度轨道， 正确的轴方向距离刻度和标尺，正确的轴方向距离刻度和标尺。1 )对准零配件间的轴方向相对位置，其相对移动时可以保持对准关系。2 )正确地决定测量零配件间的轴方向距离。6.1相片圈套导轨、相片圈套导轨的主要功能：6.1相片圈套导轨使两个以上零配件之间的轴向相对位置对齐，在其相对移动时保持对齐关系。 喀呖声，以精确确定测量零配件之间的轴向距离，并使用辐射的平方

2、反比定律，连续精确地改变某个平面上的辐射(照度)。 通过在光源上加入一定距离的透射扩散屏，可以得到透射扩散特性接近兰伯特的均匀的辐射亮度源。 通过改变光源到屏幕的距离，可连续且正确地改变光源的放射亮度值。 光度指南的特征是，添加中性密度过滤器，改变光圈开口等，其他方法无法实现，或者不能正确实现。 由于在光度轨道上调节的残奥表是距离，所以在不改变光源的光谱分布(不考虑中间大气的影响)的情况下，加入光圈等，很难正确且连续地调节云同步。 为了根据导轨上的距离尺寸提高距离读取的精度，在导轨上安装了几个带有距离细的刻度的滑架或滑车。 为了增加垂直测量平面上的放射度等变化范围，降低距离误差对测量的影响，请

3、尽可能加长光度导轨。6.1光电圈套导轨，例如有效工作长度为3m的光电圈套导轨，其最近的工作距离为0.3m，放射度可以连续变化100倍，6m的有效工作长度的光电圈套导轨，其放射度等可以连续变化400倍。 放射度和距离的平方成反比，所以距离精度直接影响放射度的测量精度。 当在6.1光度圈套指南、和光度圈套指南上测量时，从光源到被测量平面的最接近操作距离取决于用平方反比定律校正辐射度的容许误差，可以根据允许的相对距离误差和光源的尺寸来确定最接近操作距离。 距离对辐射度的检验误差应小于0.2%，根据辐射度和距离的平方关系，理论距离的检验误差应小于0.1%，实际距离的测量精度应大于0.05，即1m的测量

4、距离的距离误差应小于0.5mm。 更近的测量距离要求距离精度更高，所以实际使用上的测量距离最好至少要超过0.5m。 相对距离误差保持被测面的距离指示符在同一垂直平面内或存在已知的准确距离。 一般可以使用专用的距离男同性恋定(图6-1 )。 图中l是从连接两孔垂直丝状体的线到前端a的距离，可以正确测量。 两丝状体的接线和丝状体被照面(例如，带钨丝灯)为共线的情况下，可以将a点作为丝状体位置距离测定的基准。 另外，丝状体平面、被测量面应该垂直测量光学系统的光轴，如果不是微量的垂直，由于光源的非兰伯特放射特性，有时会产生一定距离下的放射度的检验误差。 另外，在图6-1的距离男同性恋架中，标准光源和被

5、测定光源分别安装在左右的滑架上，在光度轨道的中间的滑架上安装了目视光度修正部。 通过调节它们的高低方向，使得两光源的丝状体表面与目视光度修正的测定光轴垂直，来自两光源的光从目视光度修正的两侧入射，在其观察视野内一体化。11、中文名称：积分球英文名称： integrating sphere定义：光度测定用的中空球体。 在球的内面涂布具有波长选择性(均匀)扩散自反性的白色涂料。 在球内的任意方向上照度都相等。6.2积分球集成球、E2与线圈2在球内的位置无关，即来自球内任意线圈的福通量在球内的各内表面形成的辐射度的值，与该辐射通量除以球的内表面面积的值正好相等。 6.2积分球，理想积分球的条件：积分

6、球的内表面为完全的几何球面，半径在任何地方都相等的球内壁为中性均匀扩散面，对于各波长的入射光线具有相同扩散反射比的球内没有任何物体。 光源也只是发光，视为没有实物的抽象光源。 理想积分球、6.2积分球、积分球内壁涂有白色扩散层的球的直径由测定的灯的尺寸和功率的大小决定。 在直径D=1m、2m、3m等球的墙壁上开小窗口，在该直径dr (灯的尺寸)球上开小门，或者开口，容易取出灯，在有支架、灯头、屏幕等的积分球内壁涂抹反射率具有兰伯特扩散特性的涂料， 在表面a的某一面元素dA的反射放射亮度LA与其放射度EA之间，球内表面的某一面元素dA的放射度dE0是入射辐射通量在表面a向dA扩散的一次扩散放射度

7、，dA的总放射度除了表面a的直接扩散光有助于该放射度以外，面a也有助于dA的一次扩散放射度也是E0。6.2积分球、6.2积分球、积分球中可能有几个样品、探针等孔，第I个孔的反射比称为I，开口面积与球内表面积之比称为开口系数fi。 因此，积分球壁的平均反射比在式中，s是积分球内表面面积的总和。 6.2积分球由于来自表面a的反射放射亮度经由球内3次、4次、n次(n )对dA放射度的贡献分别是2E0、3E0，所以dA上的总放射度，光源在积分球内、积分球是完全扩散球表面时，光另一方面，光源在球内时，该信号值在光源的4个立体角内使用上的注意事项：6.2积分球、球内如果有屏蔽屏幕或物体(例如光源等)，则积

8、分球的实际动作状况偏离理想球。 增加球的大小可以相对减少屏蔽屏幕和物体的影响。 屏蔽屏应涂抹与积分球内表面相同的涂层材料。 如果球内有不吸收光的表面，例如灯泡沫经济壳体，则使用上的注意事项：6.2积分球、涂层的分光反射比对积分球出射光线的分光特性有大的影响，()=0.98时，照度的相对变化率是约反射，即，涂层材料的分光反射比的微小变化是出射放射度为此，有必要选择分光反射比大致平坦、兰伯特的扩散特性良好的材料作为涂层。 常用的是沉淀硫酸钡、过氧化镁、海伦(聚四拉夫领氟乙烯)等，其光谱反射特性在可见光和近红外下平平整整相当大，扩散特性在60以内即可，反射比高达0.98以上。使用注意事项：6.2积分

9、球、积分球和探针与光源一起动作时，整体应考虑其分光特性。 要求高涂层反射率主要是为了增加出射窗处的辐射亮度值。 这是因为，积分球在出射窗的放射度值与球半径的平方成反比，球越大，放射度值就变得相当低。 如果出射窗的辐射要求不强而辐射要求的时间稳定性良好，则可以使用反射较低的涂层。 此时涂层的反射比的变化，球内脏物对放射度值的影响小。 积分球在中远红外光谱下工作时，沉淀硫酸钡等在波长超过2.5m时，反射率下降快，因此作为涂层材料的性能差。硫是理想的红外扩散材料，312m的平均反射率高达0.94，但在11.8m处有吸收带，其兰伯特扩散特性接近于沉淀硫酸钡等(图6-7 )。 使用注意事项：6.2积分球

10、、射出窗请选择没有选择性的透明材料。 如果窗的位置远离球表面(图6-8 )，某些球面积的光将无法进入出射窗。 实际的积分球工作特性不理想，出射窗的放射度也不完全均匀，所以出射窗的大小和积分球需要一定的比例。 根据经验可知，为了确保出射窗的放射度均匀性为1左右，出射窗的直径优选为球直径的1/10以下。 图6-9是作为定标源使用的积分球在出射窗的放射亮度相对分布(积分球的直径是0.76m，出射窗的直径是0.3m )。 可知，相对的辐射亮度分布的差达到2.6。图6-8窗的位置和影响、图6-9某定标积分球射出窗的放射亮度相对分布、典型的积分球、恒温积分球、直径：1.5m、2.0m球内温度控制精度(与球

11、心在同一水平面上距球壁约10cm处的球内空气温度):1 1814年夫琅和费将狭缝、棱镜项目、窗1860年库霍夫和本生为了研究金属光谱诞生了比较完整的现代摄谱仪光谱学。 因为棱镜光谱是非线性的，所以开始了对光栅摄谱仪的研究。 光栅单色器是一种通过光栅衍射的方法获得单色光的装置，可以从发出复合光的光源(即，不同波长的混合光的光源)获得单色光，可以获得光栅的一定偏转角即波长的光，并测量其数值和强度。 因此，复合光源的分光分析是可能的。 6.3单色器、单色器可作为波长可调的单色光源或摄谱仪使用，因为将具有宽光谱段辐射的光源分成一系列发射谱线的窄单色光。 单色器利用色散元件(棱镜项目、光栅等)对不同波长

12、的光具有不同色散角的原理，在空间上分离光辐射能量的光谱，并且通过入射和出射狭缝的组合获得出射狭缝所要求的窄光谱的光谱辐射。6.3.1棱镜项目单色器、6.3.1棱镜项目单色器、单色器工作的光谱范围主要取决于棱镜项目所使用的材料及其色散值，棱镜项目的色散值应尽可能大，6.3.1棱镜单色仪红外光谱段的材料工作光谱段中当单色器在相当宽的光谱范围内工作时，需要交换不同材料的棱镜项目。图6-11可见光谱段色散材料的频散曲线、图6-12红外光谱段色散材料的频散曲线、6.3.1棱镜项目单色器、主要性能指标：字符色散显示色散元件分离不同波长的辐射能量的能力。 对于棱镜项目，角色分散是式中，t是三角形棱镜项目的底

13、边尺寸，a0是沿着狭缝高度方向的光束口径，dn/d是棱镜项目材料的色散值。 6.3.1棱镜项目单色器，主要性能指标：线色散表示在出射狭缝平面上相邻波长分离的程度。 从几何学关系容易写，f2是第二物镜的焦距长度。 6.3.1棱镜项目单色器，主要性能指标：分光极限分辨率定义为/d，表示波长与d的色光分离的能力。 对于某波长，能够与邻接的色光分离的d越小，表示棱镜项目的分光极限分辨率越高。 根据方孔衍射极限角极限分辨率d=d/a0，棱镜项目的最大理论极限分辨率，即对应狭缝宽度接近0时，棱镜项目的最大理论极限分辨率与棱镜项目的大小及棱镜项目材料的色散成比例。 实际上，为了在物镜上得到一定的像差和一定的

14、出射光线能量，狭缝需要一定的宽度，加上杂散光等的影响，实际的单色器极限分辨率比Rmax小。6.3.1棱镜项目单色器的入射狭缝和出射狭缝的宽度对分光极限分辨率和出射辐射通量的影响、图6-13的入射狭缝宽度对像面上的分光放射度分布的影响，假定在某光源存在两个相邻的发射谱线，在一定的入射狭缝宽度下， 当这些出射狭缝面上放射度分布如图6-13(a )所示那样入射狭缝宽度增加时，两发射谱线在出射狭缝平面上的像宽也增加，当入射狭缝宽度增加到某种程度时，两发射谱线的像重叠而无法区别(图6-13 (b ) )。 6.3.1棱镜项目单色器的入射狭缝和出射狭缝的宽度对分光极限分辨率和出射辐射通量的影响、图6-13的入射狭缝宽度对像面上的分光放射度分布的影响是：当入射狭缝宽度逐渐减小时，两光谱的出射狭缝面上的像宽度也减少， 最小像宽由两个物镜的衍射极限和狭缝的衍射极限决定(图)，因此，为了得到最大极限分辨率并使发射谱