量测用之光源与光检测器特性分析1光源一单位定义谈-Mipaper.PDF

13/11/29 量測用之光源與光檢測器特性分析 量測用之光源與光檢測器特性分析 1-１、光源 一 ．單位定義 談到光源的問題 ，首先必須先將以釐清的就是一些與光度學有關的單位的定義 ，這些定義 不但一般人不瞭解 ，甚至工業界也常混淆錯用 ，因此有必要在此先加以說明 ，光度學有關單位 的定義可分為發光體輻射的部分及被照明體被照明的部分 ，現分列如下 ： １．光通量 (flux) ：每單位時間自光源放出的量 ，通常以Φ來表示 。 ２．光強度 (intensity) ：每單位時間及單位立方角自光源放出的量 ，通常以 來表示 。 ３．照度 (irradiance)：每單位時間及單位面積被照明體所接收的量 ，通常以 來表示 。 因物質本身具有比絕對零度還高的溫度 ，即表示物質內部的帶電粒子正進行熱振盪 ，而熱 振盪的作用將產生電磁輻射 ，而電磁波的波長與物質的溫度有關。一個理想中可吸收任何入射 其表面的輻射之物体 ，我們稱之為”黑體”。一個黑體受熱所放出的熱輻射 ，可稱之為”黑體輻 射”，黑體輻射的能譜與空腔的大小 ， 組成成份 ，構成形狀無關 ，而只與溫度 有關黑體輻射之能量密度可由下面的公式探討之 ： １．普朗克 Planck 公式 ： K為波茲曼常數 = h為普朗克常數 J sec c為光速 ν為輻射波之頻率 ２．史帝芬 Stefan 公式 ： σ為史帝芬茲曼常數 = 為在溫度T之的輻射能量 T為絕對溫度 29/plc/pre-oe/optical/OP1.htm 1/29 13/11/29 量測用之光源與光檢測器特性分析 自然光 ，也就是日光 ，通常也常被我們作為量測的光源 。如圖1，我們可以分析日光中以 黃光為最強 ，因此可以推算出太陽表面的溫度大約是 左右 。根據以上公式大致上與日 光的頻譜相似 ，所不同的是日光在紫外線的成分較少罷了。從上式中，我們得知 的最高 值時的頻率ν大小隨溫度T增高而增加 ，亦即波長隨溫度T之高而減少 。當溫度增高時 ，輻射體 之顏色由暗紅而轉成藍白色 。因此炭火的溫度 是紅色的 ，電暖爐的電阻棒 是紅 色的 ，而燈絲 的顏色是黃白色的。如圖2，為各種非同調光源之輸出頻譜 。 １．紅外線 紅外線為電磁波的一種 。從熱輻射的原理 ，可知利用凡物體在不同的溫度 ，只要高於絕對 零度 （－２７３℃）以上時 ，皆放射出產生不同波長的光線 ，紅外線 。不同的溫度造成不同的 能譜 ，再將能量轉換成電壓經放大後 ，顯示在螢幕上 ，構成明暗不同的溫度分佈圖。 因此紅外線量測可用於鋼鐵 、金屬 、機械工業及國防科技中，例如 ： （１）．高溫的鑄造製品、鍛造品、退火及硬化等之溫度監視 ，或溫度之分佈顯示 。 （２）．細微件溫度之連續顯示 。 （３）．鋼熔爐的高溫爐液位之遙測 。 （４）．封閉物 （例如 ：馬達、軸承）自外部之檢查 。蜂巢式結構之研究 。 （５）．夜間景物之遙測 。 （６）．目標之追蹤 。 目前紅外線量測於國防科技日益受到重視 ，因此研究進展很快 。 圖1 根據理論畫出的頻譜圖 29/plc/pre-oe/optical/OP1.htm 2/29 13/11/29