辐射照度测量与色修正系数

　　1　引言

　　辐射照度测量,包括紫外、可见、红外及(500-3000)K黑体源辐射照度的测量,在国防、医疗、无损探伤、材料老化,光化反应、农业等多方面都有较广泛的应用。目前国内使用的辐射照度计(以下简称“辐照计”)以探测器类型划分,主要有光电型和热电型两类。

　　其显示方式主要有指针式和数字式两种。它主要由辐射探测器,有效光栏,显示仪表组成。其有效光栏,可以是加在探测器前专用的锥孔光栏,也可以是探测器有效探测面积本身。一般说来探测器的光谱响应度,不是中性而是波长的函数,响应的波长范围一般也不相同(见表1)。

　　与“异色”光照度测量的情况类同,由于其探测器的光谱响应度一般不是中性,响应的波长范围也不尽相同,被测辐射源的光谱分布与校准用标准源的光谱分布不同,甚至辐射的波长范围也大不相同。辐照计经计量部门用标准辐射计和标准辐射源校准后,在使用时同样也存在有色修正的问题,若不能进行色修正,在某些情况下,将可能带来巨大的偏差。问题的严重性在于,在实际工作中,要在一个宽的波长范围内测定标准辐射源和被测源的光谱功率分布及辐照计的光谱响应度常常是困难的,甚至办不到,因而不能计算色修正系数并进行修正。

　　下面给出了色修正系数的计算公式。并对一些实际测量的典型情况,计算了色修正系数的值,从而揭示了不进行色修正可能带来的巨大偏差,并得出了一些有用的结论。同时也回答了一些用户遇到的问题:为什么两只(不同型号的)辐照计送同一个计量部门校准后,测量同一被测源,结果却相差很大。

　　2　定义

　　按辐射度学,某一辐射源在某一方向,某一被照射面元上的光谱辐射照度为Eλ(λ),那么在波长范围[λ1,λ2]内所产生的辐射照度Ee为:

式中[λ1,λ2]—光谱辐射照度不为零的波长范围,主要由辐射源决定,也可用加截止滤光片的办法限定,也可人为规定,如UV—C、B、A波段,按CIE规定其[λ1,λ2]分别为:(100~280)nm、(280~315)nm、(315~400)nm。

　　若用光谱辐照度响应度为r(λ)的探测器来接收,则响应输出信号R为:

式中[λ1D,λ2D]—Eλ(λ)与r(λ)乘积不为零的波长范围,由两个范围中的较小一个决定。一般取决于探测器响应的波长范围,在探测器前加截止滤光片也可限定其范围。

　　3　校准

　　校准装置光路示意图如图1。所用标准辐射计是锥腔型电校准绝对辐射计(ESR),其工作原理是:当辐射束射入其接收锥腔时,被内壁黑层吸收转化为热,并引起自身温度的升高,使辐射计接收锥腔上的热电堆产生一个热电势输出。在辐射功率较小时,如(0·1~100)mW的范围内,输出热电势与入射的辐射功率成正比。