輻射測(cè)量分光光度計(jì)

在光輻射測(cè)量中，分光光度計(jì)主要用于測(cè)量材料光譜反射比或光譜透射比 。典型的系統(tǒng)有：

雙光束光學(xué)自動(dòng)平衡系統(tǒng) (Optical null system)

雙光束電學(xué)平衡系統(tǒng) (Electrical ratio-recording system)

單色儀 的構(gòu)思萌芽可以追述到1666年，牛頓在研究三棱鏡時(shí)發(fā)現(xiàn)將太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡太陽(yáng)光分解為七色光。1814年夫瑯和費(fèi)設(shè)計(jì)了包括狹縫、棱鏡和視窗的光學(xué)系統(tǒng)并發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光譜中的吸收譜線（夫瑯和費(fèi)譜線）。1860年克?；舴蚝捅旧鸀檠芯拷饘俟庾V設(shè)計(jì)成較完善的現(xiàn)代光譜儀—光譜學(xué)誕生。由于棱鏡光譜是非線性的，人們開(kāi)始研究光柵光譜儀。光柵單色儀是用光柵衍射的方法獲得單色光的儀器，它可以從發(fā)出復(fù)合光的光源（即不同波長(zhǎng)的混合光的光源）中得到單色光，通過(guò)光柵一定的偏轉(zhuǎn)的角度得到某個(gè)波長(zhǎng)的光，并可以測(cè)定它的數(shù)值和強(qiáng)度。因此可以進(jìn)行復(fù)合光源的光譜分析。

單色儀用來(lái)將具有寬譜段輻射的光源分成一系列譜線很窄的單色光，因而它既可作為一個(gè)可調(diào)波長(zhǎng)的單色光源，也可作為分光器。

單色儀是利用色散元件(棱鏡、光柵等)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同色散角的原理，將光輻射能的光譜在空間分開(kāi)，并由入射狹縫和出射狹縫的配合，在出射狹縫處得到所要求的窄譜段光譜輻射。

輻射測(cè)量棱鏡單色儀

單色儀工作的譜段范圍主要取決于棱鏡所用材料及其色散值，棱鏡的色散值應(yīng)盡可能大。

在可見(jiàn)譜段，玻璃的色散值隨波長(zhǎng)λ的增大而減?。辉诩t外譜段材料的工作譜段內(nèi), 色散值隨波長(zhǎng)的增大而增加。當(dāng)單色儀工作在相當(dāng)寬譜段范圍內(nèi)時(shí), 需更換不同材料的棱鏡。

主要性能指標(biāo)：

角色散表示色散元件分開(kāi)不同波長(zhǎng)輻射能的能力。對(duì)于棱鏡，角色散為式中，t是三角形棱鏡底邊尺寸，a0是沿縫高方向光束的口徑，dn/dλ是棱鏡材料的色散值。

主要性能指標(biāo)：

光譜分辨率定義為λ/dλ，表示波長(zhǎng)為l和波長(zhǎng)為λ dλ的色光剛能分開(kāi)的能力。對(duì)于某一波長(zhǎng)λ，其與相鄰色光剛能分開(kāi)的dλ越小，說(shuō)明棱鏡的光譜分辨能力越高。

根據(jù)方孔衍射極限角分辨率dq=dλ/a0，則棱鏡的最大理論分辨率Rmax

即對(duì)應(yīng)狹縫寬度趨近于零時(shí)，棱鏡的最大理論分辨率和棱鏡的尺寸以及棱鏡材料的色散成正比。實(shí)際上，由于物鏡有一定的像差以及要得到一定出射光能量，狹縫需要有一定的寬度，加上雜散光等的影響，實(shí)際單色儀的分辨率比Rmax小。

輻射測(cè)量光柵單色儀

參數(shù)：

光柵的角色散

線色散

光譜分辨率

如果對(duì)應(yīng)某一波長(zhǎng)，使i=

即在相當(dāng)寬的光譜范圍內(nèi)角色散近似均勻——光柵單色儀的優(yōu)點(diǎn)(棱鏡單色儀由于角色散是波長(zhǎng)的函數(shù)，以致色散小的小譜區(qū)因其光譜分辨率低而難以應(yīng)用)。

由于通過(guò)光柵的能量大部分集中在無(wú)法使用的零級(jí)光譜，而其它譜級(jí)的能量迅速減弱。為了最大限度地提高光能利用的可能性，炫耀光柵得到了廣泛的應(yīng)用。

每個(gè)刻痕的斷面都相當(dāng)于一個(gè)小反射鏡，把光線反射到預(yù)定的方向上，就能使衍射的大部分光能量集中在所需要的某一光譜級(jí)次的波段范圍內(nèi)。具有這種特性的光柵稱(chēng)為定向光柵或炫耀光柵。

中文名稱(chēng)：積分球

英文名稱(chēng)：integrating sphere

定義：光度測(cè)用的中空球體。在球的內(nèi)表面涂有無(wú)波長(zhǎng)選擇性的(均勻)漫反射性的白色涂料。在球內(nèi)任一方向上的照度均相等。

理想積分球的條件：

①積分球的內(nèi)表面為一完整的幾何球面,半徑處處相等

②球內(nèi)壁是中性均勻漫射面，對(duì)各種波長(zhǎng)的入射光線具有相同的漫反射比

③球內(nèi)沒(méi)有任何物體,光源也看作只發(fā)光而沒(méi)有實(shí)物的抽象光源

設(shè)有一束入射輻射通量照在積分球內(nèi)表面A上,這里分析不在A處的某一表面元dA‘上的輻照度值。當(dāng)積分球內(nèi)壁涂以反射比為ρ具有朗伯漫射特性的涂料，表面A上某一面元dA的反射輻亮度LA和它的輻照度EA之間存在著關(guān)系：

使用注意事項(xiàng)：

若設(shè)ρ(λ)=0.98，照度的相對(duì)變化率約為反射比相對(duì)變化的50倍。即涂層材料光譜反射比的少量變化，會(huì)引起出射輻照度相當(dāng)大的變化。為此，應(yīng)當(dāng)選用光譜反射比近似平且朗伯漫射特性好的材料作為涂層。常用的有硫酸鋇、氧化鎂、海倫(聚四氟乙烯)等，其光譜反射特性在可見(jiàn)光和近紅外相當(dāng)平坦，漫射特性在小于60°以內(nèi)很好，反射比高達(dá)0.98以上。

積分球和探測(cè)器與光源一起工作時(shí)，應(yīng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮其光譜特性。

要求高的涂層反射比主要是為了增加出射窗處的輻亮度值，因?yàn)榉e分球出射窗處的輻照度值和球半徑的平方成反比，球較大時(shí)，輻照度值將相當(dāng)?shù)汀?

當(dāng)出射窗的輻照度要求不強(qiáng)，而要求輻照度的時(shí)間穩(wěn)定性好時(shí)，可用反射比較低的涂層。這時(shí)涂層反射比的變化，球內(nèi)臟物對(duì)輻照度值的影響就較小。

當(dāng)積分球工作在中遠(yuǎn)紅外譜段時(shí)，由于硫酸鋇等在波長(zhǎng)大于2.5mm時(shí), 反射比下降很快，因此用作涂層材料性能較差。硫是一種較理想的紅外漫射材料，在3~12mm的平均反射比高達(dá)0.94，只是在11.8mm處有一吸收帶, 其朗伯漫射特性和硫酸鋇等相近。

出射窗應(yīng)當(dāng)選用無(wú)選擇性的透明材料。窗的位置離開(kāi)球表面會(huì)使部分球面積的光不能進(jìn)入出射窗。因?yàn)閷?shí)際積分球的工作特性并非理想，出射窗處的輻照度也不是完全均勻，因此，出射窗口的尺寸和積分球應(yīng)當(dāng)有一定的比例。經(jīng)驗(yàn)表明，如果要保證出射窗輻照度均勻性在1%左右，則出射窗的直徑最好不大于球直徑的1/10。是用作定標(biāo)源的積分球在出射窗口的輻亮度相對(duì)分布(積分球的直徑為0.76m，出射窗直徑是0.3m)。可以看出，相對(duì)輻亮度分布差異可達(dá)2.6%。

光輻射測(cè)量中 ，在光度導(dǎo)軌上用標(biāo)準(zhǔn)光源來(lái)標(biāo)定待測(cè)光源、探測(cè)器和光輻射測(cè)量系統(tǒng)，仍是最常用而且精確、可靠的裝置之一。

光度導(dǎo)軌和一般導(dǎo)軌的主要區(qū)別在于：

有精確的軸向距離刻度和標(biāo)尺

有精確的軸向距離刻度和標(biāo)尺；

1）可使部件之間軸向相對(duì)位置對(duì)準(zhǔn)，并在其相對(duì)移動(dòng)時(shí)保持對(duì)準(zhǔn)關(guān)系；

2）精確確定測(cè)量部件之間的軸向距離。

光度導(dǎo)軌的主要功能

使兩個(gè)或多個(gè)部件之間軸向的相對(duì)位置對(duì)準(zhǔn)，并在其相對(duì)移動(dòng)時(shí)保持對(duì)準(zhǔn)關(guān)系。

光度導(dǎo)軌的特點(diǎn)是其它方法(如加中性密度濾光片改變光闌孔徑等)不能或不能精確實(shí)現(xiàn)的。由于在光度導(dǎo)軌上調(diào)節(jié)的參數(shù)是距離，不會(huì)改變光源的光譜分布(不考慮中間大氣的影響)，而一般加入光闌等很難同時(shí)做到精確又連續(xù)可調(diào)。

用光源加上相距一定距離的透射-漫射屏，可得到透射、漫射特性近似朗伯的均勻輻亮度源。改變光源至屏的距離，光源的輻亮度值可連續(xù)、精確地變化。

導(dǎo)軌上裝有數(shù)個(gè)帶距離精細(xì)刻度的滑動(dòng)架或滑動(dòng)車(chē)，以便和導(dǎo)軌上的距離刻尺對(duì)準(zhǔn)，提高距離讀數(shù)的精度。為了增加垂直測(cè)量平面上輻照度等的變化范圍，減少距離誤差對(duì)測(cè)量的影響，光度導(dǎo)軌應(yīng)盡可能長(zhǎng)。

在1900年，輻射這個(gè)詞一直被用于描述電磁波 。大約在下個(gè)世紀(jì),電子,x射線、天然放射性被發(fā)現(xiàn)。新發(fā)現(xiàn)的輻射顯示的粒子特征,與此相對(duì)照的電磁輻射,被當(dāng)作一個(gè)波。在1920年代,德布羅意發(fā)展了他的理論二元性的物質(zhì),它很快就被后來(lái)被證明是正確的電子衍射實(shí)驗(yàn)，粒子和波的區(qū)別不在是[B-1]了到[C-1]那么重要了。今天,輻射是指所有已發(fā)現(xiàn)的[D-1]整個(gè)電磁頻譜以及所有的原子與亞原子粒子。其中的許多不同類(lèi)型的輻射被組合在一起是指[D-2)電離和非電離輻射。電離是指電離輻射的能力，以原子或它穿越的介質(zhì)分子。非電離輻射的波長(zhǎng)的約10nm或更長(zhǎng)。該電磁波譜的一部分包括無(wú)線電波、微波、可見(jiàn)光(λ=770~390nm),和紫外線(λ=390~10nm)。電離輻射包括其余電磁波譜(x射線,λ≈0.01~10nm)和比x射線波長(zhǎng)短的γ線。它也包括所有的原子與亞原子粒子,如電子,正電子,質(zhì)子,阿爾法機(jī),中子,和介子。該材料在本文僅適用于電離輻射。

輻射測(cè)量的儀器主要包括主要包括光度導(dǎo)軌、積分球、單色儀、分光光度計(jì)、光譜輻射計(jì)以及傅立葉變換光譜輻射計(jì) 。

用以測(cè)量光源光譜輻射度量的儀器叫光譜輻射計(jì)，其基本由比較光路、單色儀和探測(cè)顯示系統(tǒng)組成。圖77是貝克曼DK-2R分光輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖，標(biāo)準(zhǔn)光源和待測(cè)光源分別放在兩個(gè)燈室中，它們發(fā)出的光分別經(jīng)過(guò)一石英漫射器(注意：球只是用于固定漫射器，其本身不是積分球)，再經(jīng)反射鏡照在擺動(dòng)反射鏡上；擺動(dòng)反射鏡交替地將來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)/待測(cè)光源的光能引入單色儀；在單色儀的出射狹縫處安裝探測(cè)器，探測(cè)器輸出信號(hào)的大小與待測(cè)光源和標(biāo)準(zhǔn)光源光譜輻強(qiáng)度之比成正比。儀器測(cè)量精度在3%以內(nèi)。

隨著光譜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，各種光譜儀器得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。提高光譜分辨率常受到光譜譜段變窄使光譜信號(hào)減弱、測(cè)量時(shí)間增長(zhǎng)等的限制，增加精細(xì)光譜測(cè)量的困難。尤其是紅外譜段，近十多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的傅里葉變換光譜輻射計(jì)(簡(jiǎn)記作FT輻射計(jì))、哈達(dá)瑪變換光譜儀等，以光譜分辨率高、信噪比大、測(cè)量時(shí)間短等一系列優(yōu)點(diǎn)得到日益廣泛的應(yīng)用。新型光電探測(cè)器、信號(hào)處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使傅立葉光譜儀器的應(yīng)用前景更為廣闊，不僅在實(shí)驗(yàn)室，而且被廣泛用于航空航天的光譜測(cè)量?jī)x器 。

連續(xù)改變干涉儀的光程差，利用光電元件可以記錄干涉儀中射出的可變光輻射通量，得出干涉圖函數(shù)。對(duì)干涉圖作傅立葉余弦變換，就可得到任何波數(shù)的輻射光強(qiáng)度。

傅立葉變換光譜儀的分辨本領(lǐng)：

如果干涉裝置所能達(dá)到的最大光程差為±xm，則傅立葉變換光譜儀的分辨本領(lǐng)即最小剛能分辨的兩譜線的波數(shù)差應(yīng)為

Ds=1/2xm

當(dāng)光源不是理想的點(diǎn)光源時(shí)，極限分辨率與光源對(duì)儀器所張立體角有關(guān)。

傅立葉變換光譜儀的優(yōu)點(diǎn)：

（1）多路優(yōu)點(diǎn)（Fellgett優(yōu)點(diǎn)）（2）輻射通量大的優(yōu)點(diǎn) （3）波數(shù)示數(shù)精度高（Connes優(yōu)點(diǎn)） （4）雜散光低2100433B

1.電磁輻射測(cè)量?jī)x用于電磁環(huán)境電磁輻射測(cè)量：居室、辦公室、計(jì)算機(jī)房、控制室、高壓線、變壓器、發(fā)射塔電磁輻射測(cè)量等。 　2.電磁輻射測(cè)量?jī)x用于電氣設(shè)備電磁輻射測(cè)量：計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、復(fù)印機(jī)、電纜、監(jiān)控器、空調(diào)、冰箱等電氣設(shè)備的電磁輻射測(cè)量分析。 　3.電磁輻射測(cè)量?jī)x用于電磁輻射防護(hù)功能的測(cè)量：測(cè)試電磁防護(hù)服、電腦防輻射屏幕/防護(hù)材料的屏蔽電磁輻射功能 機(jī)要室或屏蔽機(jī)房的射頻信號(hào)監(jiān)視的電磁輻射測(cè)量。