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紫外光源的辐射效应和测量方法一、概述辐射是一种基本的物理现象，是以电磁波或光子的形式发射或传播的一种特殊形态的能量。
辐射作用于物质或生物，就会产生各种物理的、化学的或生物的效应，在科学及应用上有巨大的价值。
紫外辐射就是波长范围约10～400nm的光辐射。
在这个波长范围内不同波长的紫外辐射有不同的效应，在研究和应用中，常把紫外辐射划分为：A波段（400～320nm）；B波段（320～280nm）；C波段（280～200nm）；真空紫外波段(200～10nm)。
波长小于200nm的紫外辐射由于大气的吸收，所以在空气中不能传播。
太阳的紫外辐射是人类接受的紫外辐射的主体，但是由于紫外线在大气传播中的衰减过程，真正照射到地球表面的紫外辐射量只占总辐射量比例的4%。
因此在实际应用中，人造紫外光源就显得尤为重要。
人造紫外辐射源解决了自然光源（太阳）在时间、空间上的不足。
紫外线光源的开发和应用目前正处在一个高速发展时期，紫外光源的不断研制开发逐渐地填补各紫外线波段的光源品种空白，如光固化用的超高压紫外汞灯、254nm紫外杀菌灯、A波段紫外日光浴保健灯、B 波段理疗灯等等。
近几年，紫外线的应用发展更快，例如感光油漆、油墨等光敏材料的固化、照相制版、光刻、复印、皮肤病、内外科疾病治疗、杀菌消毒、保健、荧光分析等领域的应用都有了快速的发展。
所以人类在防护紫外线伤害的同时又在开发和利用紫外线。
紫外线光源的发展，使我们加深了对电光源的认识，除照明光源外，非照明用的功能性光源也有非常广阔的应用前景。
对照明光源的评价，主要考虑与人眼的视觉特性相关的光度学和色度学参数。
如光源的发光颜色[色品坐标x、y，色温Tc，色纯度Pe，显色特性（显色指数Ra,R1～R15），光通量Φ，发光效率η等参数]，而对于非照明光源的光辐射参数的评价，则需根据具体的应用对象，考虑其生物辐射效应或材料的辐射效应。
如紫外汞灯，从杀菌效果来评价，主要考虑其254nm的紫外辐射强度，越高越好。
如何测量辐射值是否正常值（经典版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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光学辐射探测的应用——基于红外成像的生命探测仪1光学辐射探测简介光学辐射是波长10nm～1mm之间的电磁辐射，包括紫外光、红外光以及可见光，可见光波长380～780nm，由于光波是电磁波的一种，因而它具有电磁波的基本特性。
以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，可以用平面镜、透镜或棱镜之类的光学元件反射、成像或色散，这种能量传播的过程称为辐射。
辐射度学：是一门测量电磁辐射的科学和技术。
在整个电磁辐射波谱范围内，不同波段的辐射能可以用不同的测量方法进行测量[1]。
光辐射探测器是一种用来探测光辐射的器件（军用光学中最常用的是可见光和红外辐射），它通过把光辐射转换成易于测量的电量来实现对光辐射的探测，是光探测系统的重要组成部分。
为了深入研究光辐射的探测过程以及对光探测系统的性能进行正确的分析计算，首先要了解光辐射探测器赖以工作的物理效应、光电转换的基本规律和光辐射探测器的特性参数。
从不同的角度出发可以将光辐射探测器分为不同的类型。
按其是否成像可以分为成像型和非成像型辐射探测器，按工作方式可以分为相干探测和非相干探测，按其反应机理可以分为光子探测器和热探测器，按其结构可分为单元和多元探测器，下面就部分类型进行介绍：热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。
这是一类研究最早并且较早得到实际应用的探测器。
由于其中的相当多探测器不需制冷，以及在全部波长上具有平坦响应两大特点，一直有广泛的应用。
而另外由于其在红外热辐射领域具有较好的大气传输特性，因此，红外热辐射的探测近年已经成为军事及民用发展的重要方向。
2红外热成像技术红外热成像技术最早在军事领域得到广泛应用，并且已经成为军事应用中具有重要战略地位的高新技术手段。
除此之外，红外成像技术还应用于各个方面，比如：应用于卫星的侦查、遥感和预警，对国家安全和经济利益有重大的影响；应用于战场系统中，避免电磁干扰，获取战场信息优势，成为获得胜利的主要技术；服务于飞机、舰艇、车辆的夜间导航与侦查，现代装备大部分装有红外仪器；应用于导弹的精确制导方面，成为重要反坦克导弹和肩射地空导弹发射的热瞄具；广泛应用于海上巡逻与救援、编队航行等方面。
测量太阳辐射
测量太阳辐射的方法主要有以下几种：
1. 光度计：使用光敏元件（如硅光电池）测量太阳辐射的光强。
这种方法可以直接测量辐射的光功率，也可以计算辐射的辐射通量。
2. 辐射计：使用辐射计（如热电偶、焓差计等）测量太阳辐射的热能。
通过测量辐射的能量，可以计算出辐射通量。
3. 全天球辐射计：全天球辐射计可以在所有方向上测量太阳辐射的强度。
它通常由一个具有多个光敏元件的球形探测器组成，可以测量辐射在不同角度上的分布。
4. 高空辐射测量：使用气象探测设备（如气象卫星、激光雷达等）进行高空测量，可以获取更全面的太阳辐射数据。
需要注意的是，太阳辐射的测量与天气、地点、时间等因素有关，因此在进行太阳辐射测量时需要考虑这些因素的影响，以获得准确的数据。
第一章、测量术语、基本量和单位 §１-１辐射度学中的量和单位辐射能：Ｑe(Radiant energy)1、定义：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。
2、单位：焦耳（Ｊ） 辐射通量：Φe(Radiant flux) 1、又称:辐射功率 Pe （Radiant power2、定义:以辐射的形式发射、传播或接受的功率。
3、定义式:均匀辐射: 4、单位:瓦特(Ｗ)或焦耳/秒(J/S ） １Ｗ=1J/S辐射强度:Ie(Radiant intensity) １、立体角:（Ω）①定义：设在圆球表面切出一个小圆的面积S 与圆球半径r 平方之比 ②定义式:Ω=S/r 2③单位:球面度(Ｓr)④整个球面度为:Ω=S/r 2=4Л 半个球面度为:Ω=S/r 2=2Л２、辐射强度：①、定义:在给定方向上的立体角元内，离开点辐射源（或辐射面元）的辐射通量除以该立体角．②、定义式: e e d dtφφ=ee tφφ=e I ed d φ=Ω均匀辐射:③、单位:瓦/球面度（W/Sr ）④、均匀点辐射源（各向同性）I e 不随方向变而变，故整个球面的辐射通量为：Φe ＝I e Ω＝4ЛI e •辐射出射度:Me(Radiant exitance)1.定义:辐射体单位元表面所辐射的通量2.定义式: 均匀辐射:3.单位:w/m 2辐射照度:Ee(Irradiance)１.定义:被辐射的单位元表面里入射或获得的辐射通量 ２.定义式: 均匀辐射: ３.单位:w/m 2•辐射出射度与辐射照度的区别：辐射出射度与辐射照度的表达式和单位完全相同． 区别在于:M e 描写面辐射源向外发射的辐射特性(a) E e 描写辐射接受面所接受的辐射特性(b)•辐射亮度:Ｌe (Radiance)e I eφ=ΩeM ed dAφ=e M eAφ=e E ed dA φ=e E eAφ=1.定义:沿r 方向的辐射强度I e 与面元dA(在垂直于r 方向平面正投影面积dA)的比值称为dA 沿r 方向的辐射亮度2.定义式: 3.单位:w/(m 2·Sr)•光谱密集度：１.定义：包含该波长的无穷小波长间隔内的辐射 通量与相应波长间隔之商称为光谱密集度． ２.公式： 注:X e λ代表任何一个辐射量eg:光谱辐射通量为:指的是单位波长间隔内向外辐射通量的多少§１-２人眼视觉•眼睛的特性：锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m 2的亮度条件下作用，能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视觉又称明视觉 （Ｐhotopic Vision)杆体细胞只能在黑暗的环境下（L=10-2 cd/m 2以下)作用，称之为暗视觉（Scotopic Vision)介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉（正常人眼睛对黄绿光最灵敏，对红光和紫光最不灵敏）•光谱光视函数曲线:1.光谱光视效率V (λ):设引起相同视觉的波长和波长为555nm 的辐射通量分别为Φλ和Φ555则视觉函为:V (λ)=Φ555/Φλ是个无量纲的物理量cos cos e e eedI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ω()ex e dX d λλλ=()e e d d λλφφλ=２.物理意义:V (λ)反映人眼对各种不同波长光的视觉灵度．将555nm 所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值定为１，为最大值；红光和紫光的光谱光视效率值最小；红外和紫外光的光谱光视效率值为０． ３.由图看出：明视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为555nm ， 暗视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为507nm.•光度量与辐射量的关系:研究表明：明视觉条件： 暗视觉条件：K m ：最大光谱光效能（单位：lm/w)即发光效率的极限值 明视觉条件：K m =683lm/w 暗视觉条件：K m ′=1700lm/w 故光通量与辐射通量的关系：或§１-３光度学中的量及单位暗视觉明视觉780V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780''V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780V ()()380683e V d λλφφλ=⎰780'V ()()3801700e V d λλφφλ=⎰光度学中以光强的单位“坎德拉”作为基本单位，其他光度量的单位作为导出单位．•光通量Φv(luminous flux)1.定义：光源在单位时间内发出的光量2.公式：Φv=dQv/dt3.单位：lm （流明）• 光强I v(luminous Intensity)1.坎德拉(cd)的最新规定：即一个烛光是光源发出频率为 540×1012Hz 的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683w/Sr 时，其光强为１坎（cd)2.光强定义:光源在指定方向上通过单位立体角的光通量3.光强公式:Ｉ=d Φ/d Ω 发光均匀分布:Ｉ=Φ/Ω4.单位:cd （坎德拉）•光出射度M V(Lminous exitance)1.定义：面光源单位元表面所发射的光通量2.公式：M v =d Φv/d Ａ发光均匀：M v =Φv/Ａ3.单位：lm/m 2（流明/平方米）•光照度E v(illuminance)1.定义:被照物体表面，单位元表面里入射或获得的光通量2.公式：E v =d Φv/d Ａ 光通量分布均匀：E=Φ/Ａ3.单位:lx （勒克斯)•光亮度L v(luminance)1.定义:面光源在给定方向上，单位正投影面积的发光强度2.公式:光通量分布均匀：3.单位:Sb(熙提)或nt(尼特)或cd/m 2(坎德拉/平方米)•光效η1.定义:面光源发出的总光通量与它所消耗的电功率之比称为光源的发光效率2.公式:η=Φ/P 电3.单位:lm/w4.对于白炽灯:直流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯 交流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯·cos φ5.常见几种灯的发光效率： 白炽灯：8-17lm/w 金属卤化物灯：45-60lm/w 日光灯：30-60lm/w 高压钠灯：100-150lm/w 低压钠灯：180-200lm/w§1-4光源的颜色与色温•光源的颜色：（色表和显色性）１.光源的色表:光源发光时，人眼直接看光源时光源所呈现的颜色2.光源的显色性:某光源与标准光源分别照射同一物体时,人眼所产生的颜色类别用显色指数来定量描述cos cos dI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ωcos cos I I EL A S A φθθ====⋅⋅⋅ΩΩ几种灯的颜色特性： 1.高压汞灯:色表↑，显色性↓ 2.白炽灯:色表↓，显色性↑3.钠灯:色表和显色性↓故被照物体颜色会失真➢ 讨论:为何高压汞灯和钠灯照射物体会失真？ ①了解钠灯和高压汞灯的辐射光谱线 ②了解钠灯和高压汞灯的色表和显色性 ③颜色的决定因数➢ 结论:自身发光的物体颜色由光谱功率分布决定。
应用指南日光辐射测量: 光谱辐照度和光谱辐射率在以下的科学领域中，日光辐射测量是非常重要的：太阳能发电太阳能发热生物燃料的日光发酵日光消毒建筑暖通空调气候研究温室农业辐射测量涉及电磁辐射的测量，首先要考虑的是辐射的光谱分布，以选择合适的探测器系统。
另外一个重要的方面是辐射的空间分布，用来决定正确的光接收系统。
光谱辐照度辐照度用来衡量某个与光源有特定距离的虚拟表面上的光通量密度（如mW/cm2）。
测量必须包含各个方向各个角度上的光辐射。
光谱辐照度是描述辐照度按波长分布的函数。
辐照度测量需要一个余弦接收器作为输入光路。
其角响应应该只随着平行入射光线的入射角度的余弦值而变化。
余弦接收器通常是一漫透射材料制作的半球状光学元件（图1）。
图1 BSR112E 350-1100微型光谱辐照度计B&WTEK提供两种类型的适用于日光辐照度测量的余弦校正器。
一种是采用积分球进行漫反射，积分球上的开口用来做余弦接收器（图2）。
另外一种是聚四氟乙烯材料制作的透射型余弦校正器，可与积分球达到相同的宽光谱覆盖范围（图3）。
图2 适用于220-2500nm的 BIS1.5积分球测量日光光谱辐照度图4表示的是日光的辐照光谱图。
海平面上的大部分日光辐射能量集中在300nm到2500nm的光谱区域。
在太阳能领域中，由于要对地面上不同的区域所能接受到的辐射量进行监测，光谱辐照度的测量变得十分重要。
图4 日光辐照度光谱B&WTEK i-Spec™系列产品有两个宽谱模块BWS005和BWS015，可用于日光辐照度的检测。
其中BWS005覆盖光谱范围为400-2200nm。
采用特殊设计的二分支光纤和余弦校正器，该光谱仪在进行校正后，可配合Bwspec软件用于直接测量日光辐照光谱。
图５ B&WTEK i-Spec光谱辐照度检测光谱仪光谱辐照度检测光谱仪可采用校准灯进行校准，通常是1000W的钨卤素灯。
余弦校正器被放置在离校准灯特定的距离，而校准灯则在特定电流下恒流工作。
第三章光通量及亮度的测量§３-１理想积分球原理及光通量标准灯理想积分球的条件：①积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源理想积分球原理：１.积分球（光通球或球形光度计）结构： ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m 、2m 、3m 等 ③球壁上开一小窗口,其直径d ∝r(灯的尺寸）④球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏 2.积分球原理：设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在M 处的照度为E M A 处dS 发生第一次漫射出度为： 故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:a M E ρ=0/A L E ρπ=2222222(/2)cos ()()4L L ds AM L ds dE ds AM AM r r θ⋅⋅=⋅=⋅=上式代入得:整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：222244AE dE E ds r r ρρφππ===⎰⎰类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的照度为：23233222/44dE E ds r E dE E ds E r ρρπρπ=→===⎰⎰同理：2432E E E ρρ==235432E E E E ρρρ===⋅⋅⋅⋅⋅⋅则M 点的总照度E M 为:212312(1)M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅121121114M E E E E E E r ρρφρρπ→=+=+⋅=+--故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E 1=0221414M E E r E r ρρρφρφπρπρ-→==⋅→=- 上式中r 、ρ均为常数,球壁上任何位置的E 与光源S 的总光通量Φ总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量Φ总。
热释光辐射剂量测量学院:理工学院专业:核工程与核技术学号:08345002实验人:赖滔合作者:麦宇华一、实验目的1、了解热释光测量仪的工作原理，并掌握热释光测量仪的正确使用方法；2、测量分析Al2O3:C元件的发光曲线，了解发光曲线的意义；3、了解热释光剂量计的温度稳定性；4、测量Al2O3:C元件的剂量响应曲线；5、测量未知剂量的热释光曲线，确定其照射剂量。
二、实验原理1、热释光物质收到电离辐射等作用后，将辐射能量储存于陷阱中。
当加热时，陷阱中的能量便以光的形式释放出来，这种现象称为热释发光。
具有热释发光特性的物质称为热释光磷光体（简称磷光体），如锰激活的硫酸钙[CaSO4(Mn)]、镁钛激活的氟化锂[LiF(Mg、Ti)]、氧化铍[BeO]等。
磷光体的发光机制可以用固体的能带理论解释。
假设磷光体内只存在一种陷阱，并且忽略电子的多次俘获，则热释光的强度I为：I=nSexp(-)这里，S为一常数，k是波尔兹曼常数，T是加热温度(K)，n是所在考虑时刻陷阱能级ε上的电子数。
强度I与磷光体所吸收的辐射能量成正比，因此通常用光电倍增管测量热释光的强度就可以探测辐射及确定辐射剂量。
2、发光强度曲线热释光的强度与加热温度（或加热时间）的关系曲线叫做发光曲线。
如图1所示。
警惕受热时，电子首先由较浅的陷阱中释放出来，当这些陷阱中储存的电子全部释放完时，光强度减小，形成图中的第一个峰。
随着加热温度的增高，较深的陷阱中的电子被释放，又形成了图中其它的峰。
发光曲线的形状与材料性质、加热速度、热处理工艺和射线种类等有关。
对于辐射剂量测量的热释光磷光体，要求发光曲线尽量简单，并且主峰温度要适中。
发光曲线下的面积叫做发光总额。
同一种磷光体，若接受的照射量一定，则发光总额是一个常数。
因此，原则上可以用任何一个峰的积分强度确定剂量。
但是低温峰一般不稳定，有严重的衰退现象，必须在预热阶段予以消除。
很高温度下的峰是红外辐射的贡献，不适宜用作剂量测量。
太阳辐射测量原理
太阳辐射测量原理是指通过一系列测量手段来获取太阳辐射的
强度、能量和频率等参数的过程。
太阳辐射是指太阳向外辐射的能量，其中包含了电磁辐射和粒子辐射两种形式。
电磁辐射包括可见光、紫外线、红外线、X射线和γ射线等，粒子辐射则包括太阳风、宇宙射线等。
太阳辐射测量常用的仪器包括辐射计、太阳日晷、光谱仪等。
辐射计是一种用于测量辐射强度的仪器，通常包括热电偶、热释电器和光电池等，可以测量太阳辐射的总能量、波长分布等参数。
太阳日晷则是一种通过太阳影子的变化来测量时间和太阳高度角的仪器。
光谱仪可以对太阳辐射进行光谱分析，从而得到辐射的频率、波长等信息。
太阳辐射测量在太阳能利用、天气预报、气候研究等领域具有重要的应用价值。
通过对太阳辐射的测量和分析，可以更好地了解太阳的活动规律和影响，为地球的环境保护和能源利用提供科学依据。
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