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輻射計介紹
輻射計介紹
測量電磁輻射量的儀器。它響應(yīng)的波長范圍較寬,包括紫外線、可見光和紅外輻射。主要應(yīng)用于測量各種輻射源的輻射功率。
輻射計一般包含四個基本組成部分。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，成像后落在探測器的敏感面積上。②探測器：使接收到的輻射量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的信號，通常是電壓信號。③放大器和記錄顯示裝置：對探測器輸出的信號予以放大、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 輸入單位輻射量時輻射計的輸出。輻射計的響應(yīng)率 R根據(jù)測量參數(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）與輸出信號變化墹V之比，RL＝墹V/墹L。輻射計的響應(yīng)率確定后，根據(jù)輻射計的輸出就能獲得入射的輻射量。但是，輻射量是波長、方位、偏振和時間的函數(shù)。因此，輻射計必須考慮視場、光譜響應(yīng)和時間常數(shù)或頻率響應(yīng)。理想的輻射計應(yīng)設(shè)想為，在輻射計的視場內(nèi)響應(yīng)為常數(shù)，視場以外響應(yīng)為零。在光譜響應(yīng)方面，在工作的波長范圍內(nèi)響應(yīng)為常數(shù)，在這個范圍以外響應(yīng)為零。時間響應(yīng)也是如此。實際的輻射計都不是理想的，可通過實測其視場和光譜響應(yīng)，求得等效的理想輻射計的響應(yīng)曲線。
類型 ①直流型：用溫差電堆作接收器，時間常數(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：用熱敏電阻作探測器，輻射計的時間常數(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：探測器為熱敏電阻，輻射計時間常數(shù)約為幾十毫秒，以黑體作為參考輻射源。圖中為這類輻射計的結(jié)構(gòu)。它的工作原理是從被測的輻射源發(fā)射的輻射（包括可見光、紅外輻射等）入射至輻射計，為光學(xué)系統(tǒng)所會聚，并成像在探測元件上；探測元件將入射輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，信號大小正比于輸入輻射；電信號?jīng)放大處理,加以顯示和記錄。由于探測元件的性能不同,放大器的增益等可能發(fā)生變化，所以，輻射計內(nèi)部設(shè)置一個參考黑體，其發(fā)射率是穩(wěn)定的,溫度是控制的,由它提供一個參考的輻射基準(zhǔn)。用一個與光軸成45°設(shè)置的、由電機(jī)驅(qū)動的扇形平面鏡調(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元件上。經(jīng)過處理就可將入射輻射與參考輻射相比較，獲得測量結(jié)果。
定標(biāo) 確定輻射計的響應(yīng)率，測出輸入、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，使用時將黑體放在遠(yuǎn)處，使輻射計瞄準(zhǔn)黑體腔，并使腔口充滿輻射計的視場，改變黑體的溫度，即可得不同的輸入輻射和相應(yīng)的輻射計輸出；另一類是面源型黑體，蜂窩結(jié)構(gòu)，面較大，定標(biāo)時貼近輻射計，使面源充滿輻射計的入射孔徑，同樣可以獲得定標(biāo)曲線。
用標(biāo)準(zhǔn)探測器進(jìn)行輻射定標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)探測器的原理是利用電加熱功率增減來平衡由于入射輻射的加熱。在平衡時，電加熱功率即等于入射的輻射功率。這種標(biāo)準(zhǔn)探測器常稱為輻射計或電定標(biāo)輻射計。將輻射計與輻射計相比，也可獲得定標(biāo)曲線。英國國家物理實驗室和美國國家標(biāo)準(zhǔn)局都采用電定標(biāo)熱電輻射計作為輻射計量的標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)用 廣泛用于測量目標(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量等。在測量點(diǎn)源時（即被測目標(biāo)對輻射計的張角小于輻射計的視場），首先要瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使點(diǎn)源的像全部進(jìn)入探測元件。其次注意落入視場內(nèi)的背景輻射。特別是在熱紅外波段測常溫目標(biāo)時，背景輻射不可忽視。在測量面源時（即目標(biāo)的張角大于輻射計的視場）,確切確定測量部位,以便消除背景的影響。在大氣中測量，還必須研究大氣吸收對輻射的影響。
輻射計是基本的輻射測量儀器。進(jìn)一步擴(kuò)展其功能即可改變?yōu)楦鞣N性能的輻射計。①光譜輻射計：將入射紅外輻射分光后，對各波長的紅外輻射分別測量輻射強(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：通過掃描對景物逐點(diǎn)逐行進(jìn)行紅外輻射強(qiáng)度測量的儀器。③多光譜掃描輻射計：通過掃描方式對景物逐點(diǎn)逐行并同時用若干波段進(jìn)行輻射測量的儀器（見多光譜掃描儀）。