第七单元 红外辐射仪器及基本参数测量.pptVIP

第七章 红外辐射测量仪器及基本参数测量 §7.1 红外辐射测量仪器 色散元件棱镜： 色散元件光栅： 红外光栅 单色仪的结构: 二. 摄谱仪 光栅摄谱仪： 三. 辐射计、光谱辐射计 红外辐射计的基本组件和功能 光谱辐射计＝单色仪＋辐射计 四. 红外分光光度计 双光束光学自动平衡红外分光光度计 双光束电学自动平衡红外分光光度计 五. 傅里叶变换红外光谱仪 六. 多通道光谱仪 §7.2基本辐射量的测量 二. 辐射强度的测量 三.总辐射通量的测量 2.分布光度计 §7.3 红外发射率测量 半球全发射率测量 辐射平衡测量半球全发射率 二.法向全发射率测量 三.法向光谱发射率测量 单光路测量系统 双光路测量系统 辐射通量和辐射照度的关系： 测量ΔA处的辐射照度就可以计算通过ΔA的辐射通量。 设计一个闭合曲面包围辐射源，并把这个闭合曲面 划分成若干小面积元，分别测量该处的辐射照度： 对于非均匀辐射的辐射源，需要测量闭合曲面上各点的辐射照度，测量精度取决于面积元的划分。 实际辐射源往往具有一定的对称性，根据对称性 只需要测量一些代表点的辐射照度。 同一物体在不同的条件下，发射率是不同的。因此，测量结果只有在说明测量条件的情况下才有意义。 影响发射率的测量条件： 除了温度、光谱范围和几何条件以外，还有样品的化学组分、样品的光学性质。 发射率是实际物体与黑体在相同条件（温度、光谱范围和几何条件）下的辐射之比： 辐射体的辐射出射度与同温度下的黑体的辐射出射度的比值: 根据热平衡时辐射和吸收的关系： 任何物体的半球光谱发射率与该物体在同温度下的光谱吸收率相等；物体的半球全发射率与该物体在同温度下的全吸收率相等。 样品处于真空环境中，忽略样品通过传导和对流的热损耗，输入给样品的电功率全部以热辐射的形式散发掉。 保持样品两端的电压不变，最终样品达到热平衡温度T1 输入到样品的功率: 电功率： 真空室壁发射并被样品吸收的辐射功率： （空腔辐射） A 样品的表面积；α 样品的吸收率ε2 真空室壁的发射率 样品输出的功率也就是样品的热辐射功率： 样品处于热平衡： 根据基尔霍夫定律： 只要测量出输入电功率 IV 和样品与真空室壁的温度，就可以得到样品的半球发射率。 为得到法向全发射率，除对法向光谱发射率积分外，大多数采用比较辐射度量技术进行测量。 在被测样品表面法线方向上用一个无光谱选择性的红外探测器，在相同条件下测量样品表面和同温度黑体表面的辐射，取两个测量值之比来求得法向全发射率。 测量原理: 为保障测量结果属于样品在法向的热发射性质，在较低温度范围内测量时，通常采用施密特(schmidt)装置。 分别测量样品和黑体的探测器输出信号： 在较高温度测量时，目前广泛采用旋转样品法测量法向全发射率。 测量法向光谱发射率，一般采用比较辐射度量法。 给定温度下样品在法向一个小的立体角内发射的辐射，经分光计分光后，测量在指定波长处的一个窄波带的辐射，然后把该测量值除以从同样条件下黑体源得到的测量值。 比较辐射度量法可分为单光路和双光路两种方式。 * * 一. 单色仪 定义：单色仪是利用分光元件（棱镜或光栅）从复杂辐射中获得紫外、可见和红外光谱且具有一定单色程度光束的仪器。 组成：由狭缝、准直镜和分光元件按一定排列方式组合而成。 应用：单色仪作为独立的仪器使用时，可用于物体的发射、吸收、反射和透射特性的分光辐射测量和光谱研究，也可用于各种探测器的光谱响应测量。 若把单色仪与其他体系组合在一起，则可构成各种光谱测量仪器。 棱镜的角色散： 棱镜分辨本领： 分辨本领是指分离开两条邻近谱线的能力． 棱镜的材料和形状最终决定了棱镜的分辨本领。 1．科纽(cornu)棱镜 用两个顶角为30度的分别为左旋和右旋的直角棱镜粘结而成，以使最小偏向位置通过的光束不受石英晶体双折射和旋光性的影响。 2．李特洛(Littrow)棱镜 顶角为30度的直角棱镜，在其长直角面上镀上反射层。入射光经它反射后又沿原方向返回射出。所以它的作用等价于一个60度三棱镜。应用于大型自准直式的光谱仪。 3．阿贝(Abbe)恒偏向棱镜 平行光束以最小偏向角条件通过棱镜，出射光束方向和入射光束方向的交角恒等于90度。这种棱镜多用于工作在可见光谱范围的单色仪。 4．瓦茨沃斯(wadsworth)棱镜—反射镜系统 一个简单三棱镜和平面反射镜组合系统。平行光束以最小偏向角条件通过棱镜，再经反射镜反射，反射光束方向和入射光束方向