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輻射計介紹
輻射計介紹
測量電磁輻射量的儀器。它響應的波長范圍較寬,包括紫外線、可見光和紅外輻射。主要應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。④參考輻射源和調制器：用作儀器內部的輻射基準，一般取黑體的形式。
響應率 輸入單位輻射量時輻射計的輸出。輻射計的響應率 R根據(jù)測量參數(shù)的不同有三種定義。①響應率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、光譜響應和時間常數(shù)或頻率響應。理想的輻射計應設想為，在輻射計的視場內響應為常數(shù)，視場以外響應為零。在光譜響應方面，在工作的波長范圍內響應為常數(shù)，在這個范圍以外響應為零。時間響應也是如此。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，求得等效的理想輻射計的響應曲線。
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制盤。③交流平面鏡調制器型：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構。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變?yōu)殡娦盘?，信號大小正比于輸入輻射；電信號經放大處?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，輻射計內部設置一個參考黑體，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。用一個與光軸成45°設置的、由電機驅動的扇形平面鏡調制器進行調制，其作用是將入射輻射與參考輻射交替地投在探測元件上。經過處理就可將入射輻射與參考輻射相比較，獲得測量結果。
定標 確定輻射計的響應率，測出輸入、輸出的定標曲線。定標方法有兩種：一種是用標準輻射源，另一種是用標準探測器。高精度的標準輻射源也有兩類：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處，使輻射計瞄準黑體腔，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的輻射計輸出；另一類是面源型黑體，蜂窩結構，面較大，定標時貼近輻射計，使面源充滿輻射計的入射孔徑，同樣可以獲得定標曲線。
用標準探測器進行輻射定標。標準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。這種標準探測器常稱為輻射計或電定標輻射計。將輻射計與輻射計相比，也可獲得定標曲線。英國國家物理實驗室和美國國家標準局都采用電定標熱電輻射計作為輻射計量的標準。
應用 廣泛用于測量目標的輻射特性，特別是軍事目標的輻射特性。還可用于非接觸的溫度測量等。在測量點源時（即被測目標對輻射計的張角小于輻射計的視場），首先要瞄準目標，使點源的像全部進入探測元件。其次注意落入視場內的背景輻射。特別是在熱紅外波段測常溫目標時，背景輻射不可忽視。在測量面源時（即目標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。進一步擴展其功能即可改變?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逐行進行紅外輻射強度測量的儀器。③多光譜掃描輻射計：通過掃描方式對景物逐點逐行并同時用若干波段進行輻射測量的儀器（見多光譜掃描儀）。