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光譜技術(shù) | 輻射度量與光度量

來源:北京愛蛙科技有限公司 更新時(shí)間:2023-12-01 09:44:34 閱讀量:341
導(dǎo)讀:光譜技術(shù)助你實(shí)現(xiàn)精確的光線控制與測(cè)量

在光輻射能的測(cè)量中,為了既符合物理學(xué)對(duì)電磁輻射度量的規(guī)定,又符合人的視覺特性,建立了兩套參量和單位:輻射度量與光度量。

一、輻射度量和光度量


 輻射度量
輻射度學(xué)(Radiology)是一門以整個(gè)電磁波段的電磁輻射能測(cè)量為研究對(duì)象的科學(xué)。所有的電磁輻射都是光,可見光是光譜中人眼可以看到的部分,波長(zhǎng)從380nm的紫色到780nm的紅色。

輻射能(Radiant Energy:輻射出來的電磁能量,以Qe表示,單位是焦耳J;它是空間內(nèi)某個(gè)區(qū)域當(dāng)中全部的光輻射能量,是這個(gè)區(qū)域所有光子能量的和。
輻射通量(Radiant Flux:或說輻射功率,是單位時(shí)間內(nèi)通過某片區(qū)域的輻射能量,以Φe表示,單位:瓦特/W。
輻射強(qiáng)度(Radiant Intensity:點(diǎn)輻射源向各方向發(fā)出輻射,在某一方向,在單位立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的輻射通量,用Ie表示,單位:瓦特/球面度(W/Sr)。

輻射亮度(Radiance:是指面輻射源在某一給定方向上單位投影面積、單位立體角內(nèi)的輻射通量,用Le表示,單位:瓦特/球面度/平方米(W/Sr/m2)。

輻射照度(Irradiance:又稱輻照度,是受照面單位面積上的輻射通量,用Ee表示,單位:瓦特/平方米(W/m2)。



輻射度量常用的量對(duì)比:



光度量

輻射度量學(xué)客觀地評(píng)價(jià)輻射量;光度量是研究光度測(cè)量的一門科學(xué),在輻射度量學(xué)基礎(chǔ)上,考慮到人眼的主觀因素后的相應(yīng)計(jì)量學(xué)科。
光度量有如下四個(gè)常用的度量及定義。

光通量 (Luminous Flux):光源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的可見光量之總和,用Φv表示,單位:流明,Φv=dQv/dt。測(cè)量?jī)x器:積分球、分布光度計(jì);量值:光通量標(biāo)準(zhǔn)燈。

光強(qiáng)度(Luminous Intensity:光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量,也就是光源所發(fā)出的光通量在空間選定方向上分布的密度。角度越大,發(fā)光強(qiáng)度越小。Iv=dΦv/dΩ,單位:坎德拉(cd)。
光照度(Illuminance) :照度是表示照射到平面上的光的亮度指標(biāo),是指光源射向平面狀物體的光通量中,每單位面積的光通量。用Ev表示,單位為勒克司(lux) 。用于比較照明燈具照射到平面上的明亮程度。Ev=dΦv/dA,1lx=1lm/㎡

光亮度(Luminance:物體的明暗程度,定義是單位面積的放光強(qiáng)度。單位:nit(尼特)或cd/m2(坎德拉/平方米)。測(cè)試儀器:亮度計(jì)、分光光度計(jì)、色彩分析儀、面型亮度計(jì)。


光度量常用的量對(duì)比:


常見發(fā)光體的光度參數(shù)


40W普通白熾燈光通量: 360lm

高亮手電筒光強(qiáng):10000 cd(lm/sr)
手機(jī)屏幕亮度:500 nit(lm/sr/m2,cd/m2)
居家室內(nèi)光照度:100lux(lm/m2)


視見函數(shù):輻射度量轉(zhuǎn)換成光度量的橋梁

人的眼睛的特性:

  • 明視覺:在明亮的環(huán)境下,錐體細(xì)胞起主要作用,它能分辨物體的顏色和細(xì)節(jié)稱之為錐體視覺又稱明視覺(Photopic Vision);
  • 暗視覺:桿體細(xì)胞只在黑暗的環(huán)境下工作,它更關(guān)注物體明暗程度,而不關(guān)顏色,我們稱之為暗視覺(Scotopic Vision);
  • 中間視覺:介于這兩視覺之間的視覺稱之為中間視覺。

視見函數(shù):人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光產(chǎn)生相同的視覺效應(yīng),需要不同的輻射功率。在可見光譜中,人眼對(duì)光諾越靠近光諾中部(黃綠色)Z敏感,兩端越不敏感。在引起相同的視覺響應(yīng)條件下,若光波長(zhǎng)為λ的光所需要的光輻射功率為P(A),而對(duì)光波長(zhǎng)為555nm的光 (明視覺下,人眼對(duì)此波長(zhǎng)的光Z敏感陰)所需要的光輻射功率為P(555),則定義V(λ)=P(555)/P(λ)為波長(zhǎng)λ的視見函數(shù)。

  • 相同的光通量,不同波長(zhǎng)對(duì)人眼視覺刺激的大小不同,人眼感知的靈敏度不同;
  • 視見函數(shù)是基于統(tǒng)計(jì)的平均結(jié)果;
  • 是相對(duì)數(shù)值,以Z敏感波長(zhǎng),明視覺555nm,暗視覺507nmZ高為1,將其他波長(zhǎng)做歸一化得到;
  • 視見函數(shù)的橫坐標(biāo)為波長(zhǎng),縱坐標(biāo)為相對(duì)靈敏度。

CIE規(guī)定:光源發(fā)出555nm單色波長(zhǎng)輻射在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683 W/Sr,此時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。即對(duì)555nm單色波長(zhǎng):1cd=1/683w/Sr。

輻射通量與光通量之間的關(guān)系 (同強(qiáng)度,亮度,照度):

  • 光通量,單位:流明(lm)
  • 輻射通量 (輻射功率),單位:瓦(W)
  • V(λ): 視見函數(shù),無量綱相對(duì)數(shù)值
  • Km:  Km=683lm/wZ大光譜效能,單位:流明/瓦(lm/W)

二、輻射度量系統(tǒng)搭建


原始光譜是在當(dāng)前配置的光譜儀下,經(jīng)過模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的光電子計(jì)數(shù)值,原始光譜強(qiáng)度分布并不代表所測(cè)光源的真實(shí)強(qiáng)度分布。如果用不同配置的光譜儀測(cè)量同一個(gè)光源,其原始光譜曲線很有可能有較大差異:

原始光譜和真實(shí)光譜差異的來源包括但不限于:

  • 探測(cè)器響應(yīng)
  • 光柵的反射率
  • 鏡子的反射率

  • 在樣品和檢測(cè)器之間傳輸光纖和任何其他光學(xué)元件

相對(duì)輻射校準(zhǔn)和絕對(duì)輻射校準(zhǔn)有什么區(qū)別?

絕對(duì)輻射校準(zhǔn):尋找校準(zhǔn)因子(Counts到uw/cm2/nm)

相對(duì)輻射標(biāo)準(zhǔn):只校準(zhǔn)峰形,沒有物理量,只有相對(duì)強(qiáng)度100%。

絕對(duì)輻射與相對(duì)輻射對(duì)比:

輻射校準(zhǔn)/測(cè)量硬件配置和系統(tǒng)搭建:

輻射通量校準(zhǔn):

輻射照度校準(zhǔn):


三、輻射度量和光度量的應(yīng)用


光伏:太陽(yáng)能模擬器(穩(wěn)態(tài)及脈沖)的光學(xué)性能評(píng)價(jià),包括光譜匹配性、輻照度空間不均勻性、輻照度時(shí)間不穩(wěn)定性等;

消費(fèi)電子:LED,VCSEL,面板的光度指標(biāo)質(zhì)量控制;

健康安全與環(huán)境:紫外消毒、固化,紫外廢水處理各紫外波段,尤其是UVC(200-280nm)的紫外輻射照度和紫外輻射劑量;

農(nóng)業(yè):特種光源的輻射表征,光合有效輻射(光通量密度/光量子通量密度)

醫(yī)美和治療:冷光(藍(lán)光)牙齒美白,新生兒黃藍(lán)光治療等輻射照度,輻射照度空間分布特征;

其他:任何需要進(jìn)行光譜輻射表征的研究對(duì)象。

內(nèi)容來源:編輯整理


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