紅外技術(shù)02課件

內(nèi)容簡介:本章主要介紹教學(xué)目的：在紅外物理（技術(shù)）及其應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到各種形式的輻射源發(fā)出輻射的問題和測(cè)量問題。掌握輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度的基本概念及計(jì)算教學(xué)方法：面授教學(xué)手段：投影加板書學(xué)時(shí)分配：6重點(diǎn)、難點(diǎn)：輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度的基本概念及計(jì)算。第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)：

1.各向同性的點(diǎn)輻射體，其輻射強(qiáng)度為4W/sr，求它在整個(gè)空間的輻射通量。2.一點(diǎn)輻射體載上半空間發(fā)出的輻射通量位62.8W，求該輻射體在上半空間的平均輻射強(qiáng)度。3.房間的面積為4.58m×3.66m，由100cd電燈照明。電燈懸于天花板中央，離地2.44m，設(shè)燈在各個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度均相同。求地面上不同位置的照度：1）燈的下方；2）房間的一角。4.陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5×108km，太陽直徑為1.4×106km，求太陽的光亮度和輻射亮度。（設(shè)Km=683lm/W）。第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)練習(xí)：

1.解釋概念：紅外輻射，點(diǎn)輻射源，擴(kuò)展源，漫輻射，2.坎德拉是如何定義的？3.光源確定后，如何使受輻射面積上獲得最大照度？根據(jù)什么定律？4.幾個(gè)光源同時(shí)照在某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)處的照度如何表示？5.光亮度與輻射亮度是否相等？光照度與輻射照度呢？6.陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5×108km，太陽直徑為1.4×106km，求太陽的總光通量和光出射度。第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)2.2描述輻射場(chǎng)的基本物理量：立體角輻射能輻射通量輻射強(qiáng)度輻射出射度輻射亮度輻射照度

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)一.立體角——

整個(gè)空間所對(duì)應(yīng)的立體角計(jì)算公式

球冠所對(duì)應(yīng)的立體角球臺(tái)側(cè)面積所對(duì)應(yīng)的立體角

ΩBADo

αθ二.輻射量——

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)輻射能Q

輻射通量Φ

輻射強(qiáng)度I相關(guān)概念：點(diǎn)源，擴(kuò)展源，面源

物理意義

定義

輻射出射度M

nΩΔΦΔΦA(chǔ)ΔA定義

物理意義

輻射亮度L

AθΔAΔΩΔ2Φn第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)輻射照度E

定義

物理意義

ΔΦA(chǔ)ΔA歸納輻射通量的幾種計(jì)算方法：已知輻射強(qiáng)度求輻射通量已知輻射出射度求輻射通量已知輻射亮度求輻射通量

已知輻射照度求輻射通量

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)2.4光度量一、聯(lián)系輻射量與光學(xué)量之間的量光譜光視效率（視見函數(shù)）

光視效能光譜光視效能最大光譜光視效能

Km=683lm/w光視效率V(λ)V′(λ)0.80.60.40.26007005004001.0圖2-8人眼的光譜光視效率曲線光視效率與光譜光視效率的關(guān)系

暗適應(yīng)亮適應(yīng)明視覺暗視覺

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)二、光度量:光通量發(fā)光強(qiáng)度光出射度光亮度光照度光照度光通量發(fā)光強(qiáng)度光出射度光亮度“坎德拉”定義：頻率為540×1012Hz的單色輻射光源在給定方向上其輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度為1“坎德拉”。

由發(fā)光強(qiáng)度的單位導(dǎo)出光度學(xué)的其他單位光通量單位：1“流明”=1“坎德拉”×1“球面度”

照度單位：1勒克斯=1“流明”/1平方米對(duì)線光譜第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)光照度單位換算表。（P18表2-3）光照度單位英尺燭光（fed）勒克斯（lx）輻透（ph）毫輻透（mph）流明/單位面積1英尺燭光（fed）11.076×101.080×10-31.0761lm/ft21勒克斯（lx）9.290×10-2110-410-11lm/m

21輻透（ph）9.290×10210411031lm/cm

21毫輻透（mph）9.290×10-11010-31103lm/cm

2第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)光度學(xué)和輻射度學(xué)基本物理量一覽表。（P19表2-5）

輻射量光譜輻射量光子輻射量光度量通量強(qiáng)度亮度出射度照度第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)例1：如圖，在桌面OB上方有一盞100W的鎢絲充氣燈泡P，其發(fā)光效率為15lm/W，光源在各方向均勻發(fā)光，燈泡可在垂直桌面方向上下移動(dòng)，問燈泡離桌面多高時(shí)，B點(diǎn)（OB=1m）處的光照度最大？該光照度等于多大？1mroθxPBn解：光源的光通量為：ΦV=ηP=15×100=1500lm，由于燈泡在各方向均勻發(fā)光，看成點(diǎn)光源，則Ω=4π第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)令OP＝x，則

1mroθxPBn所以二、漫輻射源（朗伯輻射源）的輻射特性：第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)朗伯輻射源各方向的輻射亮度相等朗伯輻射源的輻射亮度與輻射出射度關(guān)系朗伯輻射源的輻射亮度與輻射強(qiáng)度關(guān)系

朗伯輻射源的輻射強(qiáng)度與輻射通量關(guān)系

朗伯輻射源的輻射亮度與輻射照度關(guān)系

θI0Iθ2.6輻射量的基本規(guī)律及計(jì)算第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)一、距離平方反比定律——點(diǎn)輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律

dAndθIdΩ點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度P例1：在一平面A上4米高處有一發(fā)光強(qiáng)度為100cd的各向同性的點(diǎn)光源C，求C在面A上的P點(diǎn)和o點(diǎn)產(chǎn)生的照度，∠OcP=60°o60°4mIACPn據(jù)距離平方反比定律，對(duì)o點(diǎn)：

對(duì)P點(diǎn)：

例2：（P.21）

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)例2：測(cè)量得白熾燈在1米處產(chǎn)生的照度為10lm/m2，求其在0.5米處產(chǎn)生的照度是多少？（見圖2-13）

解：把白熾燈看成點(diǎn)光源，據(jù)距離平方反比定律，有二、立體角投影定律——微小面輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律。

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)nΔAsθs立體角投影定律θnlΔA特例：當(dāng)θ＝0三、組合定律——多個(gè)輻射源照射同一點(diǎn)，產(chǎn)生的照度的規(guī)律E1E2E3E=E1+E2+E3組合定律原理圖四、塔爾伯特（Talbot）定律——輻射通過紅外系統(tǒng)的調(diào)制盤前后，某輻射量的變化關(guān)系

式中，t總——總的時(shí)間；t——輻射量通過調(diào)制盤開口的時(shí)間；X0——輻射通過調(diào)制盤前的輻射量；X——輻射通過調(diào)制盤后的輻射量；調(diào)制盤的知識(shí)——調(diào)制盤的功能和特點(diǎn)：用作斬光器，將連續(xù)輻射變成交變輻射；用作空間濾波器，把被測(cè)目標(biāo)從背景中識(shí)別出來。用作對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行編碼的編碼器，提供目標(biāo)方位信息。即具備調(diào)制、編碼和空間濾波三種功能。高的調(diào)制效率；精確地對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行編碼；最佳的空間濾波性能；并能與紅外器件、電子部件的最佳工作頻率相配合。

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)幾種典型調(diào)制盤

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)平移條帶狀調(diào)制盤X22σX1σr′(X1′，X2′)1X2′δσX1′=0圖2.條帶調(diào)制盤相位圖3.斬光盤旭日型調(diào)制盤即太陽光芒型調(diào)制盤

輻條均勻旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤即斬光盤圖4旭日型調(diào)制盤振幅調(diào)制

n/p圖5旭日型調(diào)制盤的調(diào)制波形πθ′二、朗伯定律和朗伯－比耳定律

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)朗伯－布格爾吸收定律（吸收定律）——由于介質(zhì)的吸收，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/μα?xí)r，輻射功率衰減為原來的1/e。條件：只有吸收（不考慮散射）

由于被介質(zhì)吸收的輻射功率的相對(duì)值與通過的路程成正比

影響吸收系數(shù)的因素：波長，因此內(nèi)透射率：

散射定律——由于介質(zhì)的散射，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/γ（λ）時(shí)，輻射功率衰減為原來的1/e條件：只有散射

同時(shí)存在吸收和散射，且這兩種衰減機(jī)理彼此無關(guān)，則總的內(nèi)透射率為介質(zhì)對(duì)輻射只有散射作用，輻射衰減的相對(duì)值與通過的路程dx成正比

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)3.半球面的輻射強(qiáng)度和輻射通量4.點(diǎn)源產(chǎn)生的輻射照度

θLIθI0θR半球面輻射強(qiáng)度n點(diǎn)源IdΩdAlθ點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的輻射照度x第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)5.小面源產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度和輻射照度6.線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度

LΔΩsΔAsnθnΔAθs圖2-24小面源產(chǎn)生的輻射照度線狀輻射源的輻射強(qiáng)度分布

dΩyθRL圖2-25線輻射源產(chǎn)生的輻射照度I0zdθαdφφoxIα或線狀輻射源產(chǎn)生的輻射通量線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度：第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)DBACxdααdxxrl圖2-26線源在平行平面上x點(diǎn)處的輻射照度α22Rhα1單位長度上的最大輻射強(qiáng)度

長度dx對(duì)x點(diǎn)的輻射強(qiáng)度

dx在x點(diǎn)的輻射照度

線狀輻射源發(fā)出的輻射照度特例：x點(diǎn)位于AB對(duì)稱點(diǎn)的垂線上

線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度的兩種極端情況：

第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)h>>l時(shí)h<<l時(shí)描述輻射源的基本參數(shù)：

輻射的光譜分布——即物體發(fā)射的輻射能量在不同波段（和各光譜區(qū)域）中的數(shù)值。

輻射的空間分布——即輻射強(qiáng)度在空間的分布情況簡單形狀輻射源的輻射特性：（P32表2-6）輻射源的總通量第二章光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)練習(xí)：

1.解釋概念