辐射度量值传递与计量仪器

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第478页（2226字）

辐射度计量可分为两大类，一类是对各种标准光源，另一类是对各种辐射计进行计量检定。需要计量检定的辐射源包括各种温度、各种功率大小不同的黑体辐射器，各种标准光源，如钨带灯、溴钨灯、氘灯、低压汞灯、高压汞灯、氙灯。各种形式的热辐射源、杀菌灯、荧光体等等。

从参数来讲，可测定各种人工黑体的有效发射率(一般为0．99至0．999之间)，各种辐射源全波段或分波段的总辐射强度。计量的方法是用相应的标准辐射源与之比较，或选用合适的绝对辐射计进行直接测量。

在进行光源的光谱辐射度计量时，需要逐个波长地与标准辐射源(如高温标准黑体)进行比较测量，此时需要借助于一台高精度的光谱辐射计。光谱辐射计由输入光路、单色仪、高灵敏度的光接收器等几部分组成。输入光路有两种，一种是由凹面反射镜组成的成象系统，用于光谱辐亮度的比较测量，测量之前要调整光路，使标准辐射源的发光面与待测辐射源的发光面都能清晰地成象在单色仪的入射狭缝上，这种辐射计如图9．3－7(a)所示。另一种输入光路用于光谱辐射照度的比较测量，如图9．3－7(b)所示，光路上有一漫反射器(可以是白色漫反射板或内壁涂白的积分球)，令标准辐射源与待测辐射源分别以某一定距离(一般选择1米或0．5米，视辐射源的强弱而定)照射漫反射器，从它反射出来的光被引导到单色仪的入射狭缝，引导办法可以用光学系统，也可以直接照射，原则是能均匀地照到入射狭缝上。

图9．3－7 光谱辐射计

光谱辐射计所用的单色仪可以是棱镜式，也可以是光栅式的，棱镜或光栅都要根据工作的波段范围而选择，近紫外波段可用石英棱镜，可见光波段可用石英或玻璃棱镜，近红外波段可用玻璃棱镜，中远红外则要用氟化锂、溴化钾晶体的棱镜。也有某些材料如萤石(氟化钙)，制成的棱镜可用于近紫外到近红外宽广的波段，但缺点是各个波段的色散率都不太高。紫外光谱区用每毫米1200至2400刻线的细光栅，可见光谱区用600至1200刻线的光栅，在宽广的红外线波段，要分别选用每毫米300，100，60，30，刻线的粗光栅。高精度的光谱辐射计应该用两次色散的双单色仪，有棱镜——棱镜式，光栅－—光栅式以及棱镜——光栅式等几种，双单色仪能有效地降低仪器内的杂散光，提高光谱的纯度和增加仪器的色散率。

在远紫外和真空紫外波段，要用一种特殊结构的掠入射式光栅单色仪，而且要全密封抽真空，因些结构庞大，操作复杂。

光谱辐射计所用的光电探测器应该是高灵敏度的，因为经单色仪色散后出射的单色光是很弱的。在紫外至可见光谱区一般采用光电倍增管，在近红外区用硫化铅光导管。为进一步提高信噪比，常常需用调制放大或锁相放大。

由于要进行逐个波长的比较测量，所以测量工作冗长，数据量大，现在一般都用微机进行测量自动控制，并进行数据收集处理。这样的装置一般叫做自动光谱辐射计。

近年来由于CCD器件及快速扫描硅光电二极管阵列的出现，使光谱辐射计也得到发展，以前只有光谱扫描式的，；而现在可制造出同时记录整个光谱数据的快速光谱辐射计，可以有效地解决脉冲式光源的光谱测量问题。但这种仪器受光谱范围和响应线性范围的限制，精确度不如光谱扫描式辐射计高。

辐射计的计量检定量比较大，测量总辐射照度的有太阳辐射计、绝对辐射计、红外辐射计、紫外辐射计。紫外辐射计又分为A、B、C波段，还有对特定波长的紫外辐射剂量计，常用于医院或水质处理部门。电光源、电真空器件的生产和科研部门常要求检定各种不同波段的光谱辐射计。测量激光的有功率计和能量计。由于激光的功率范围很广，从纳瓦到兆瓦，且不同激光器波长不同，从紫外到红外都有，所以激光功率计和能量计按量程可分为微小功率、小功率、中功率、大功率、微小能量、小能量、大能量等等，并要指明对哪种激光有效。激光功率、能量计量的精确度在1%～10%之间。

【参考文献】：

［1］现代计量学概论，鲁绍曾主编，中国计量出版社，1987。

［2］现代计量测试技术，王江主编，中国计量出版社，1990。

［3］光度学，郝允祥等编着，北京师范大学出版社，1988。

［4］色度学，荆其诚等编着，科学出版社1979，。

［5］Principles Governing Photometry，Metrologia，19，97－101，1983．

［6］Accurate Measurement and Correction for Nonlinearities in Radiometers，J．Res．NBS，67A，1972．