紫外辐射(二)——紫外辐射的测量

　　0　引言

　　紫外辐射按波长不同分为:A(λ=400nm～320nm)、B(λ=320nm～280nm)、C(λ=280nm～200nm)、D(λ=200nm～10nm)四个波段,本文只涉及A、B、C三个波段。这三个波段常测的量有:总辐射通量Φc、辐照度Ec、相对光谱能量分布Pλ等。

　　总辐射通量和辐照度是紫外辐射源的重要技术指标,根据定义:以辐射的形式发射、传播或接收的功率为辐射通量,又称辐射功率,单位为W。由辐照度可直接知道辐射源投射到某一距离处的接收面上的辐射通量,单位为W/cm2。辐射源的相对光谱能量分布是辐射源的辐射通量(或辐照度)的相对值与波长的关系,它描述了辐射源辐射的光谱分布,是一个极其重要的参数,决定了辐射源的用途。下面将分别叙述这几个量的测量方法。

　　1　总辐射通量的测量

　　总辐射通量是辐射源向空间辐射的总辐射功率。通过测量辐射源所消耗的电功率,再测出总辐射功率,就得出该辐射源的辐射效率(即电能/辐射能的转换率)。测量总辐射通量的方法有两种:(1)绝对法;(2)相对法。

　　1.1　绝对法

　　在分布辐射度计上,用经过标定的紫外探测器测量辐射源在一定距离处辐照度的空间分布,再由此计算出总辐射通量。测量原理见图1。

　　由辐射度学已知,辐射源A向空间某一方向辐射的通量为Δe(称部分辐射通量)。

　　式中,Ee为辐射源A在距离l处的辐照度[W/cm2];ΔS为距离辐射源l处,立体角ΔΩ内截取的球面面积[cm2]。由此可以看出,将已标定好的紫外探测器装在距辐射源A为l处,测其4π立体角空间各点的辐照度并乘以包括该点在内的微元面积,即可算出A向各个方向辐射的部分辐射通量Δe,再将各个部分辐射通量加起来就得到总辐射通量,即Φe=∑Δe。在分布辐射度计上可完成空间各点辐照度Ee的测量。测量时应注意:探测器与辐射源间的距离要足够远(距离l>10倍的辐射源线度),使得辐射源可视为点源,否则应对测量结果进行修正。

　　图2为绝对测量示意图。图中,1为辐射源,固定在可绕自身轴旋转的专用装置上;2为大环架,可在垂直面内转动;3为探测器,已标定好,固定在大环架上,可随大环架在垂直面内转动。不难看出,通过固定装置和环架的结构可保证辐射源在4π立体角空间内辐照度的测量。

　　分布辐射率计结构庞大,造价昂贵,多在建立标准时使用,中国计量科学研究院用该法建立了C波段辐射源总辐射通量标准。而对于一般的测量和量值传递,多采用相对法。

　　1.2　相对法

　　相对法是通过被测辐射源与总辐射通量已知的标准辐射源辐射能量相比较而求得被测辐射源的总辐射通量的。用公式表示为: