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辐射度量学

/radiometry/
条目作者贾大功

贾大功

最后更新 2022-12-23
浏览 190
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研究用能量单位描述辐射能的客观物理量的学科。

英文名称
radiometry
所属学科
光学工程

光度量是光辐射能为平均人眼接收引起的视觉刺激大小的度量,即光度量是具有平均人眼视觉响应特性的人眼所接受到的辐射量的度量。因此辐射度量和光度量都可以定量地描述辐射能强度,但辐射度量是辐射能本身的客观度量,是纯粹的物理量;而光度量则包含了生理学、心理学的概念在内。

辐射能()简称辐能,描述以辐射形式发射、传输或接收的能量,单位为焦耳()。

当描述辐射能量在一段时间内积累时,用辐能来表示,例如:地球吸收太阳的辐射能,又向宇宙空间发射辐射能,使地球在宇宙中具有一定的平均温度,则用辐能来描述地球辐射量的吸收辐射平衡情况。

为了进一步描述辐能随时间、空间、方向等分布特征,分别用以下辐射度量来表示。

辐能密度()定义为单位体积元内的辐射能,即:

 

辐射通量()定义为以辐射形式发射、传输或接收的功率,用以描述辐能的时间特性。实际应用中,对于连续辐射体或接受体,以时间单位内的辐射能,即辐射通量表示。因此,辐射通量是一个十分重要的辐射度量。例如,许多光源的发射特性;许多辐射接收器的响应值不取决于辐射能的时间积累,而取决于辐射通量的大小。

 

辐射强度(I)的定义为在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量,即:

辐射强度描述了光源辐射的方向特性,且对点光源的辐射强度具有重要意义。

所谓点光源是相对扩展源而言的,即光源发光部分的尺寸比起其实际辐射传输距离小得多时,把其近似认为是一个点光源,在辐射传输计算,测量上不会引起明显的误差。点光源向空间辐射球面波。如果在传输介质内没有损失,那么在给定方向上某一立体角内,不论辐射能传输多远,其辐射通量不变。

辐亮度()辐亮度定义为光源在垂直其辐射方向上单位表面积单位立体角内发出的辐射通量,即

辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要作用,是光源微面源在垂直传输方向辐射强度特性的描述。例如,描述螺旋灯丝白炽灯时,由于描述灯丝每一局部表面的发射特性通常没有实用意义,而把它作为一个整体,即一个点光源,描述在给定观测方向上的辐射强度;而在描述天空辐射特性时,希望知道各部分的辐射特性,则用辐亮度可描述天空各部分辐亮度分布特性。

辐射出射度()定义为离开光源表面单位面元的辐射通量,即:

面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。例如,太阳表面的辐射出射度是指太阳表面单位表面积向外部空间发射的辐射通量。

辐照度()定义为单位面元被照射的辐射通量,即:

辐射照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位,但却分别用来描述微面元发射和接收辐射通量的特性。如果一个表面元能反射入射到其表面的全部辐射通量,则该面元可看作是一个辐射表面元,即其辐射出射度在数值上等于照射辐照度。地球表面的辐照度是其各个部分接收太阳直射以及天空向下散射的辐照度之和;而地球表面的辐射出射度则是其单位表面积向宇宙空间发射的辐射通量。

由于辐射度量也是波长函数,当描述光谱辐射量时,可在相应的名称前加“光谱”,并在相应的符号上加波长的符号“”作为下标。

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