《辐射度、光度与色度及其测量》_第六章.pdf

第 6 章 辐射测量的基本仪器 132 6.1 光度导轨 132 6.2 积分球 134 6.3 单色仪 136 6.3.1 棱镜单色仪 136 6.3.2 光栅单色仪 139 6.3.3 使用单色仪的几个问题 142 6.4 分光光度计和光谱辐射计 144 6.5 傅里叶变换光谱辐射计 145 第 6 章 辐射测量的基本仪器 本章介绍光辐射测量实验室中一些常用的设备，有些设备已在有关章节讲到，这里主要介绍光度导 轨、积分球、单色仪、分光光度计、光谱辐射计和傅里叶变换光谱仪。 6.1 光度导轨 光辐射测量中，在光度导轨上用标准光源来标定待测光源、探测器和光辐射测量系统，仍是最常用而 且精确、可靠的装置之一。 光度导轨和一般导轨的主要区别在于有精确的轴向距离刻度和标尺，其主要功能是： ① 使两个或多个部件之间轴向的相对位置对准，并在其相对移动时保持对准关系。 ② 精确地确定测量部件之间的轴向距离，以便用辐照度平方反比定律连续、精确地改变某一平面处的 辐照度(照度) 。 ③ 用光源加上相距一定距离的透射−漫射屏，可得到透射、漫射特性近似朗伯的均匀辐亮度源。改变 光源至屏的距离，光源的辐亮度值可连续、精确地变化。 光度导轨的特点是其它方法(如加中性密度滤光片改变光阑孔径等)不能或不能精确实现的。由于在光度 导轨上调节的参数是距离，不会改变光源的光谱分布(不考虑中间大气的影响)，而一般加入光阑等很难同时 做到精确又连续可调。 导轨上装有数个带距离精细刻度的滑动架或滑动车，以便和导轨上的距离刻尺对准，提高距离读数的 精度。为了增加垂直测量平面上辐照度等的变化范围，减少距离误差对测量的影响，光度导轨应尽可能长， 例如，有效工作长度为 3m 的光度导轨，若其最近工作距离为 0.3m，则辐照度可连续变化 100 倍；而 6m 有效工作长度的光度导轨则可使辐照度等连续变化 400 倍。由于辐照度和距离的平方成反比例，所以距离 精度将直接影响辐照度的测量精度。 在光度导轨上测量时，光源至待测平面的最近工作距离取决于用平方反比定律计算辐照度的允许误差， 可根据允许的相对距离误差ε和光源的尺寸确定最近工作距离。 要使距离引起的辐照度测量误差小于 0.2%，由辐照度和距离 的平方关系，则理论上距离测量误差就应小于0.1%，实际距离测 量精度就应好于 0.05 ％，即 1m 测量距离的距离误差小于 0.5mm。 更近的测量距离要求距离精度更高，故建议实际使用上测量距离 至少应大于 0.5m。 图6-1 距离规 要保持待测表面的距离指标在同一垂直平面内，或者有一已 知的精确距离。一般可用一专用的距离规(图6-1)。图中l 是两孔垂直细丝的连线到尖端 A 的距离，可精确 测定。当两细丝的连线和灯丝工作表面(例如钨带灯)共线时，可由 A 点作为灯丝位置距离测量的基准。此 外，灯丝平面、待测表面应垂直测量光学系统的光轴，微量的不垂直有时会因光源的非朗伯辐射特性而造 成一定距离处辐照度的测量误差。 132 图6-2 是在光度导轨上用标准光源标定待测光源的装置。标准光源和待测光源分别装在左、右滑车上， 光度导轨中间的滑车上装有目视光度计。通过调 节它们的高低、方向，使两光源灯丝表面与目视 光度计测量光轴垂直，这样，来自两光源的光从 目视光度计两侧进入，并在其观测视场内合一。 应用最广泛的是陆末-布洛洪(Lummer- Brodhun) 图6-2 光度导轨上标定待测光源的装置 目视光度计。其结构如图6-3 所示。图中H 的两侧 反射比相等、具有朗伯漫射特性的白板。M 、M 是块反射镜。P是由两个直角棱镜胶合而成的陆末立方体， 1 2 其中左棱镜的斜边上刻有一些凹槽，来自左侧的光透过未被刻槽的部分而进入左侧光度视场；而来自右侧 的光，则因左棱镜刻槽处所造成的空气隙，在右棱 镜斜面上形成全反射而进入右侧光度视场。合成视 场如图中阴影线和没有阴影线的部分，各代表由一 侧进入现场的部分。AB面和BD面上分别附加了一块 透射比