辐射温及辐射源.pptx

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1、Gustav Robert Kirchhoff(18241887)Max Planck (18581947)第1页/共75页Wilhelm Wien(18641928)Josef Stefan(18351893)Ludwig Boltzmann(18441906)第2页/共75页今天的内容今天的内容辐射体的温度 P39辐射源 P44第3页/共75页辐射体的温度辐射体的温度 P39温度和波长是描述黑体热辐射能量的重要参数，黑体的 =1对于非黑体的辐射体，其发射的热辐射能量或辐射特性也可以用温度和波长来描述非黑体分为灰体和选择体，二者发射的辐射能都比黑体的小，即辐射发射率 1，用用维维恩恩近近似似

2、公公式式，有有若若己己知知辐辐射射体体在在选选定定波波长长的的发发射射率率，则则由由测测得得的的辐辐亮亮度度温温度度Tb可求出辐射体的真实温度可求出辐射体的真实温度T 辐射测温基本公式辐射测温基本公式 由由于于待待测测辐辐射射体体的的温温度度是是客客观观的的，若若取取不不同同的的测测量量波波长长值值,则则辐辐亮亮度度温温度度值值可可能能随随着着改改变变。因因此此,工工业业光光学学高高温温计常用中心波长为计常用中心波长为0.65 m的一个窄谱段来测温。的一个窄谱段来测温。第17页/共75页(1)测温灵敏度测温灵敏度物物理理意意义义：c2/T表表示示辐辐射射体体单单位位相相对对温温度度变变化化引引

3、起起相相对对辐辐亮亮度度变化的比例，表征了辐射测温的灵敏度。变化的比例，表征了辐射测温的灵敏度。(2)真实温度与辐亮度温度真实温度与辐亮度温度 由由于于辐辐射射体体的的发发射射率率总总小小于于1，故故T Tb，即即辐辐射射体体的的实实际际温温度度高高于于辐辐亮亮度度温温度度。对对具具有有确确定定工工作作波波长长的的测测温温仪仪，可可通通过过预预先先标标定定的的温温度度修修正正表表，对对测测得得的的辐辐亮亮度度温温度度和和辐辐射射体体的的发发射射率进行查表，得到实际温度的修正值。率进行查表，得到实际温度的修正值。第18页/共75页(3)环境辐射的影响环境辐射的影响 在在测测量量中中，由由于于(,

4、T)Tb。(T)越接近越接近1，T和和Tb在数值上越接近。在数值上越接近。第20页/共75页今天的内容今天的内容辐射体的温度 P39辐射源 P44第21页/共75页2.4 辐射源辐射源 P44人工标准黑体辐射源人工标准黑体辐射源自然辐射源自然辐射源 人工辐射源人工辐射源 标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源 色温变换及光谱能量分布特性的改变色温变换及光谱能量分布特性的改变 第22页/共75页人工标准黑体辐射源人工标准黑体辐射源自自然然界界中中并并不不存存在在能能够够在在任任何何温温度度下下全全部部吸吸收收所所有有波波长长辐辐射射的的绝绝对对黑黑体体，但但用用人人工工方方法法可可制制成成尽尽

5、可可能能接接近近绝绝对对黑黑体体的的辐辐射射源源，也也称称为为黑黑体体模模型型器器(Black-body simulator)。黑体按工作温度大致分为三类：黑体按工作温度大致分为三类：高温黑体高温黑体(温度高于温度高于1000K)中温黑体中温黑体(500 1000K)低温黑体低温黑体(10 500K)腔型黑体辐射源腔型黑体辐射源腔型黑体辐射源的辐射发射率非常接近腔型黑体辐射源的辐射发射率非常接近1。-第23页/共75页典型的腔型黑体辐射源结构：n芯子材料：1400K以上的黑体腔，选用石墨或陶瓷；1400K以下选用铬镍不锈钢；低于600K选用铜。n加热绕组常用镍铬丝线圈n铂电阻温度计插入腔体测量

6、腔体温度，另一个温度计插入芯子并接温度控制器，来控制芯子的温度。温度控制的稳定性决定了黑体的精度。n主要包括：黑体芯子、加热绕组、测量腔体温度的温度计、测量芯子温度的温度计、温度控制器第24页/共75页典型腔式结构断面示意图典型腔式结构断面示意图L2RLLL2R2R2R锥形腔锥形腔其中其中,0和和S分别为腔内壁的材料发射率和面积分别为腔内壁的材料发射率和面积(包括开孔面积包括开孔面积)；S为开孔面积；为开孔面积；为黑体开孔面积所对应腔底的立体角。为黑体开孔面积所对应腔底的立体角。柱形腔柱形腔球形腔球形腔倒转锥形腔倒转锥形腔空腔的有效发射率空腔的有效发射率 为为第25页/共75页表征黑体性能参数

7、的主要指标1)发射率2)黑体辐射面的温度均匀性3)辐射孔面积4)温度范围5)温度控制精度第26页/共75页面型黑体源面型黑体源extended source plate type black body 热热成成像像系系统统的的校校准准和和红红外外辐辐射射计计量量需需要要采采用用大大面面积的面型黑体辐射源。积的面型黑体辐射源。面面型型黑黑体体源源主主要要用用于于均均匀匀性性和和系系统统响响应应等等的的测测量量或或标定标定常采用面型差分黑体源常采用面型差分黑体源(Differential Blackbody)作作为为热热成成像像系系统统信信号号响响应应和和性性能能测测量量的辐射源。的辐射源。第27

8、页/共75页面型差分黑体源面型差分黑体源黑体源采用高导热性的材料制作面型黑体，并在其表面涂高辐射率的涂料,采用半导体帕尔帖效应实现黑体温度的控制；靶标采用高导热性的金属制作，上面掏出靶标形状；靶标靶标靶标支撑架靶标支撑架黑体源黑体源靶标温度传感器靶标温度传感器n靶标处于环境温度中，通过靶标温度器测量靶标温度；n根据需要的温差设置黑体温度.靶标靶标第28页/共75页面型温差黑体源面型温差黑体源测量靶标可以有多种形状或热测量靶标可以有多种形状或热对比度等参量对比度等参量实际应用中常将靶标安置在靶实际应用中常将靶标安置在靶标轮上，实现多种靶标的快速标轮上，实现多种靶标的快速调整或选择。调整或选择。第

9、29页/共75页离轴离轴抛物面抛物面黑体源及靶黑体源及靶标轮标轮折反镜折反镜红外平行光管红外平行光管离轴离轴抛物面抛物面黑体源及黑体源及 靶标轮靶标轮折反镜折反镜黑体源黑体源在黑体源的实际应用中，往往需要通过红外平行光管将在黑体源的实际应用中，往往需要通过红外平行光管将黑体目标黑体目标(即靶标形状的黑体辐射即靶标形状的黑体辐射)投射到无穷远。投射到无穷远。红外平行光管一般采用离轴抛物面反射镜。红外平行光管一般采用离轴抛物面反射镜。由于靶标与环境温度一致，所以环境温度的波动将影响由于靶标与环境温度一致，所以环境温度的波动将影响到测试结果，只适用于实验室等环境温度波动不大的环到测试结果，只适用于实

10、验室等环境温度波动不大的环境。境。差分黑体源与红外平行光管差分黑体源与红外平行光管双黑体源与红外平行光管双黑体源与红外平行光管第30页/共75页自然辐射源自然辐射源 在自然界中，太阳、月球、地面、行星、恒星、云层和大气都是热辐射的自然辐射源。太阳、地球、行星是宇宙空间的点源，可用于宇宙飞船的定向。太阳和地球的热辐射可用来确定人造地球卫星表面的受热温度。在某些情况下，自然辐射源会干扰红外仪器的工作，为了消除这些干扰，需要知道这些干扰辐射的强度和光谱。第31页/共75页太阳辐射太阳辐射太阳是自然界中最强的红外辐射源。大气层外太阳辐射的光谱分布大致与5900K绝对黑体的相似n太阳辐射通过大气时,经过

11、吸收和散射照射至地面的辐射大多集中在0.3 3.0 m,大部分在0.38 0.76 m的可见光波段。n照射至地球表面的太阳辐射功率、光谱分布与太阳高度、大气状态的关系很大。大气状态的关系很大。第32页/共75页太阳对地球表面的照度太阳对地球表面的照度太阳中心的太阳中心的 实实际高度角际高度角()地球表面的照度地球表面的照度(103lx)阴影处和太阳阴影处和太阳下之比下之比阴天和太阳阴天和太阳下之比下之比无云太阳下无云太阳下无云阴影处无云阴影处密云阴天密云阴天54320.750.50109430.440.331515640.400.272023760.300.263039990.220.2340

12、5812120.210.21507614150.180.20558515160.180.1960102_70113_80120_90124_第33页/共75页地球地球 工作波段。地球水面辐射取决于温度和表面状态。无波浪时的水面，反射良好，辐射很小；只有当出现波浪时，海面才成为良好的辐射体。地球是自然界中仅次于太阳的热辐射源。地球是自然界中仅次于太阳的热辐射源。在白天，地球表面的热辐射主要由二部分构成：在白天，地球表面的热辐射主要由二部分构成：-反射和散射太阳辐射反射和散射太阳辐射峰值波长峰值波长0.5 m；-地球自身的热辐射地球自身的热辐射峰值波长峰值波长10 m。在夜晚，观察不到太阳的反射辐

13、射。在夜晚，观察不到太阳的反射辐射。地球辐射主要处于波长地球辐射主要处于波长814 m大气窗口，该波段大气吸收很大气窗口，该波段大气吸收很小，成为热成像系统的主要小，成为热成像系统的主要第34页/共75页月球月球 月球的辐射近似于月球的辐射近似于400K的绝对黑体，峰值波长的绝对黑体，峰值波长7.24 m。月球对地球表面形成的照度受月球的月相、地月球对地球表面形成的照度受月球的月相、地-月距离、月距离、月球表面反射率、月球在地平线上的高度角以及大气的月球表面反射率、月球在地平线上的高度角以及大气的影响，在很大范围内变化。影响，在很大范围内变化。第35页/共75页第36页/共75页星球星球 星球

14、的热辐射随时间和在天空的星球的热辐射随时间和在天空的位置等因素变化，但在任何时刻位置等因素变化，但在任何时刻它对地球表面的辐射量都是很小它对地球表面的辐射量都是很小的。在晴朗的夜晚，星对地面的的。在晴朗的夜晚，星对地面的照度约为照度约为2.2 10-4 lx。星的明亮用星的明亮用星等星等表示，零等星的表示，零等星的照度为照度为2.65 10-6 lx，比零等星，比零等星亮的星，其星等是负的。亮的星，其星等是负的。星等数值大的星，照度越弱。星等数值大的星，照度越弱。第37页/共75页大气辉光大气辉光 大气辉光产生在70km以外的大气层中，是夜天辐射的重要组成部分。产生原因：不能到达地球表面的太阳

15、紫外辐射在高层大气中激发原子并与分子发生低几率碰撞n大气辉光由原子钠、原子氧、分子氧、氢氧根离子等其它原子连续发射构成。n13 m短波红外波段的大气辉光较高，加之其处于大气窗口中，因此短波红外成为新的夜视成像波段。第38页/共75页Shortwave Infrared:Next-generation night visionSWIR cameras operate in starlight conditions,relying on illumination from atmospheric night glow,a phenomenon created by hydroxyl羟(基)氢氧基

16、ion emissions in the shortwave infrared portion of the spectrum第39页/共75页第40页/共75页夜天空辐射夜天空辐射 夜天空辐射由上述各种自然辐射源共同形成。夜天空辐射由上述各种自然辐射源共同形成。夜夜天天空空辐辐射射除除了了可可见见光光辐辐射射外外，还还包包含含丰丰富富的的近近红外红外辐射，这正是微光夜视系统所利用的波段。辐射，这正是微光夜视系统所利用的波段。夜天空辐射的光谱分布在有月和无夜天空辐射的光谱分布在有月和无月时相差很大，有月时的光谱分布月时相差很大，有月时的光谱分布与太阳辐射的相似，无月时夜空辐与太阳辐射的相似，无

17、月时夜空辐射的各种来源所占百分比为：射的各种来源所占百分比为：星光及其散射光星光及其散射光 30%银河光银河光 5%黄道光黄道光 15%大气辉光大气辉光 40%后三项的散射光后三项的散射光 10%第41页/共75页不同天气条件下地面景物照度天气条件天气条件景物照度景物照度(lx)天气条件天气条件景物照度景物照度(lx)无月浓云无月浓云无月中等云无月中等云无月晴朗无月晴朗(星光星光)1/4月晴朗月晴朗半月晴朗半月晴朗满月浓云满月浓云满月薄云满月薄云210-4510-4110-3110-2110-12810-271510-2满月晴朗满月晴朗微微 明明黎黎 明明黄黄 昏昏阴阴 天天晴晴 天天210-

18、1110110211031104第42页/共75页人工辐射源人工辐射源光光辐辐射射测测量量中中所所使使用用的的光光源源种种类类繁繁多多，除除了了黑黑体体辐辐射射源源外，常用的有：外，常用的有：-白炽灯白炽灯-气体放电灯气体放电灯-发光二极管发光二极管LED-激光激光除除用用作作光光源源外外，也也作作为为辐辐射射度度量量测测量量和和量量值值传传递递的的标标准准，用来测量或标定测量系统的性能参数。用来测量或标定测量系统的性能参数。可可发发射射已已知知光光谱谱的的线线谱谱光光源源，常常常常用用作作波波长长标标定定的的标标准准源，因而，光源在光辐射测量中占有很重要的地位。源，因而，光源在光辐射测量中占

19、有很重要的地位。第43页/共75页人工辐射源人工辐射源(1)白炽灯白炽灯 白炽灯是光辐射测量中最普遍的光源之一。白白炽炽灯灯发发射射连连续续光光谱谱,在可见光谱段中部与黑体辐射分布相差约0.5%，而在整个可见谱段内与黑体辐射分布平均相差2%。然而,白炽灯在使用和量值传递上却是十分方便的，且其发射特性稳定，寿命长，因而广泛被用作各种辐射度量的标准光源。常用作光源和标准光源的白炽灯有真空钨丝白炽灯、充气钨丝白炽灯和各种卤钨灯，白炽灯实用只用作0.252.6 m的的紫紫外外、可可见见和近近红红外外的光谱辐照度、光谱辐亮度的标准灯以及光度标准灯。第44页/共75页人工辐射源人工辐射源(2)气体放电灯气

20、体放电灯 通过气体放电将电能转换为光的一种电光源。根据工作气压不同，可把气体放电分成低压、高压和超高压三大类。低压放电工作气压大致在10-2102Pa之间，高压放电在10-210Pa之间，而超高压灯工作气压则在10Pa以上。在光辐射测量中，由于低低压压气气体体放放电电灯灯属属于于原原子子发发光光，发发射射线线光光谱谱，故主要用作波长标准灯和单色灯。按照充气和金属蒸汽压的不同，有发射出各种单色谱线的灯，如低压汞灯、低压钠灯、氦灯、镉灯等。第45页/共75页低压汞灯低压汞灯相相对对能能量量分分布布相相对对能能量量分分布布第46页/共75页常用线光谱灯的波长值常用线光谱灯的波长值名称名称强谱线波长值

21、强谱线波长值(nm)汞灯汞灯(石英泡壳石英泡壳)253.7275.3296.7302.2312.6313.2334.1365.0366.3404.7407.8435.8546.1577.0579.1623.4671.6690.71014.01128.7氦灯氦灯(玻璃泡壳玻璃泡壳)318.8361.4363.4370.5382.0388.9396.5402.6412.1414.4438.8443.8447.2471.3492.2501.6504.8587.6667.8706.5728.11083.0镉灯镉灯(玻璃泡壳玻璃泡壳)298.1313.3326.1340.4346.6361.1467.8

22、480.0508.6643.8钠灯钠灯(玻璃泡壳玻璃泡壳)589.0818.3第47页/共75页常用气体放电灯的种类、性能及应用种 类工作原理及性能应 用1.汞灯(1)低压汞灯 冷阴阴弧光放电灯在一定电压下，汞菡气放电而发光在紫外有大量辐射。主要是253.7nm的线光谱。管内加不同种类的萤光粉后，呈不同色。紫光杀菌、霓红灯 热阴极弧光放电灯照明、日光模拟(2)高压汞灯0.58大气压。除紫外辐射外，在404.7、4.538、546.1、577.0577.9nm有五根亮谱线照明、晒蓝图、日光浴、萤光分析、化学合成(3)超高压汞灯 球形 毛细管形紫外辐射强，亮度高1050大气压50200大气压投影灯

23、、萤光显微镜2.纳灯(1)低压钠灯589.0589.6nm谱线最强，818.3819.5nm谱线占总辐射13左右光谱灯(2)高压钠灯照明3.金属卤化物灯(1)碘化钠(铊铟灯)高压汞灯中加入金属卤化物，以提高光效，改善光色。其中金属卤化物在一定温度下蒸发，在高温下分解出金属原子，参与放电，并产生光辐射。卤原子作为循环剂。照明、投影灯(2)镝灯照明、照相制板(3)超高压铟灯电影放映、投影仪第48页/共75页使用在 投影机上的 15 kW 短弧灯第49页/共75页汽车的氙灯氙气大灯的全称是HID（High Intensity Discharge Lamp）气体放电灯，它利用配套电子镇流器，将汽车电池

24、12V电压瞬间提升到23KV以上的触发电压，将氙气大灯中的氙气电离形成电弧放电并使之稳定发光，提供稳定的汽车大灯照明系统。与普通灯泡相比，氙气灯泡有两个显著的优点：-氙气灯泡拥有比普通卤素灯泡高三倍的光照强度(通常称为小太阳)，耗能却仅为其三分之二；-氙气灯泡采用与日光近乎相同的光色，为驾驶者创造出更佳的视觉条件。卤素灯与普通灯泡一样有灯丝，而氙灯则是没有灯丝第50页/共75页第51页/共75页人工辐射源人工辐射源(3)半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)发发光光二二极极管管也也叫叫做做注注入入型型电电致致发发光光器器件件，它它是是由由P形形和和N型半导体组合而成的二极管。型半导体组合而

25、成的二极管。n可以通过改变电流的大小，对发光量进行调制。可以通过改变电流的大小，对发光量进行调制。n具有良好的频率特性，调制频率可以很高；具有良好的频率特性，调制频率可以很高；n发发光光二二极极管管的的正正向向电电压压很很低低，约约2V左左右右，能能直直接接与与集成电路匹配使用。集成电路匹配使用。n发发光光二二极极管管具具有有小小巧巧轻轻便便、耐耐振振动动、寿寿命命长长(大大于于5000h)和单色性好等一系列优点，因此应用面宽广。和单色性好等一系列优点，因此应用面宽广。第52页/共75页人工辐射源人工辐射源(4)激光光源激光光源 激激光光器器作作为为一一种种新新型型光光源源，与与普普通通光光源

26、源有有显显著著的的差差别别。其其利利用用受受激激发发射射原原理理和和激激光光腔腔的的滤滤波波效效应应，使所发光束具有一系列新的特点：使所发光束具有一系列新的特点：极小的光束发散角，其发散角可小到极小的光束发散角，其发散角可小到0.1mrad左右。左右。激光的单色性好或者说相干性好。激光的单色性好或者说相干性好。激激光光的的输输出出功功率率虽虽然然有有限限度度，但但光光束束细细，故故功功率率密密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。常常用用的的激激光光器器主主要要有有气气体体激激光光器器、固固体体激激光光器器、染料激光器和半导体激光器染料激光器和

27、半导体激光器等。等。第53页/共75页人工辐射源人工辐射源第54页/共75页标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源 标准照明体和标准光源是为使光辐射测量标准化而引入的概念。在纺织、印刷、摄影、造纸、食品等许多光辐射测量的应用部分，需要进行定量的辐射测量且结果是可相互比较的。大多数光探测器(人眼、光敏材料和光电探测元件)的光谱响应是波长的函数，所以不同光谱辐射分布的光源，或在其照射下不同物体表面的反射/透射光都会使光探测器的响应、人眼主观色感发生变化。为避免使用不同光源造成的变化，国际照明委员会(简称CIE)推荐了光辐射度量和光度量测量上使用的标准照明体和标准光源。第55页/共75页第56页/

28、共75页颜色复制颜色复制(Color reproduction)从原稿的颜色转变成印刷品颜色的全过程。分色过程是颜色复制的关键，颜色分解的正确，颜色合成就有基础。照相分色与光源、滤色片、接触网屏、感光材料等的性能，蒙版的应用，主曝光、无网曝光、闪光曝光量的掌握及显影条件的稳定等有关。在分色正确的前提下，拷贝、晒版、打样或印刷的传递过程也影响颜色的复制。拷贝存在着高低调网点丢失、中间调网点扩大或缩小的可能。晒版也存在晒深或晒浅的可能。印刷品的颜色最终由油墨印在纸张上的网点面积和色数的多少表现,因此，油墨、纸张、橡皮布、印版的性能，工艺采用得是否合理，机器精度，厂房温湿度等都影响颜色复制。第57页

29、/共75页标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源 标准照明体标准照明体是规定的光谱能量分布。一种标准照是规定的光谱能量分布。一种标准照明体有可能只用一种光源就可实现，也有可能要明体有可能只用一种光源就可实现，也有可能要用一种光源的若干标准滤光器的组合才能实现，用一种光源的若干标准滤光器的组合才能实现，甚至只能近似地实现。标准照明体应当有良好的甚至只能近似地实现。标准照明体应当有良好的现实代表性，即是现有大量光源辐照特性的典型现实代表性，即是现有大量光源辐照特性的典型代表。代表。标准光源标准光源是一种实在的光源，只是规定了这种光是一种实在的光源，只是规定了这种光源的基本特性以及光源的光谱能量分

30、布与什么标源的基本特性以及光源的光谱能量分布与什么标准照明体相匹配。准照明体相匹配。第58页/共75页标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源(1)CIE推荐的标准照明体推荐的标准照明体A、B、C和和E标准照明体标准照明体A：代表绝对温度代表绝对温度2856K(1968年国际实用温标年国际实用温标)的完全辐射体的辐射。它的色品坐标落在的完全辐射体的辐射。它的色品坐标落在CIE 1931色品图色品图的黑体轨迹上。的黑体轨迹上。标准照明体标准照明体B：代表相关色温大约代表相关色温大约4874K的直射日光，它的直射日光，它的光色相当中午的日光，其色品坐标紧靠黑体轨迹。的光色相当中午的日光，其色品坐标

31、紧靠黑体轨迹。标准照明体标准照明体C：代表相关色温大约代表相关色温大约6774K的平均昼光。它的平均昼光。它的光色近似于阴天的天空光，其色品位于黑体轨迹的下方。的光色近似于阴天的天空光，其色品位于黑体轨迹的下方。标准照明体标准照明体E：将在可见光波段内光谱辐射功率为恒定值将在可见光波段内光谱辐射功率为恒定值的光刺激定义为标准照明体的光刺激定义为标准照明体E，亦称为等能光谱或等能白，亦称为等能光谱或等能白光。这是一种人为规定的光谱分布，实际中不存在这种光光。这是一种人为规定的光谱分布，实际中不存在这种光谱分布的光源。谱分布的光源。第59页/共75页标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源(1)C

32、IE推荐的标准光源推荐的标准光源A、B、C标标准准光光源源A：分分布布温温度度2856K的的充充气气钨钨丝丝灯灯。如如果果要要求求更更准准确确地地实实现现标标准准照照明明体体的的紫紫外外辐辐射射的的相相对对光光谱谱分分布布，推推荐使用熔融石英壳或玻璃壳带石英窗口的灯。荐使用熔融石英壳或玻璃壳带石英窗口的灯。标标准准光光源源B：A光光源源加加一一组组特特定定的的戴戴维维斯斯吉吉伯伯逊逊(Davis Gibson)流流体体滤滤光光器器(又又称称DG滤滤光光器器)，以以产产生生相相关关色色温温4874K的辐射，代表中午直射阳光的光谱能量分布特性。的辐射，代表中午直射阳光的光谱能量分布特性。标标准准光

33、光源源C：A光光源源加加另另一一组组特特定定的的戴戴维维斯斯吉吉伯伯逊逊流流体体滤滤光光器器，以以产产生生分分布布温温度度为为6774K的的辐辐射射，代代表表平平均均阴阴天天空光的光谱能量分布特性。天天空光的光谱能量分布特性。第60页/共75页(3)CIE标准照明体标准照明体D代代表表各各时时相相日日光光的的相相对对光光谱谱功功率率分分布布，也也叫叫做做典典型型日日光光或重组日光。或重组日光。1963年进行了两类实验：年进行了两类实验：对对不不同同地地区区/时时相相的的太太阳阳光光和和天天空空光光进进行行了了622例例光光谱谱测测定定,测测出光谱分布；出光谱分布；对日光进行视觉色度测量。对日光

34、进行视觉色度测量。根根据据实实验验确确定定了了典典型型日日光光的的色色品品轨轨迹迹，位位于于黑黑体体轨轨迹迹的的上上方方(右右图中的图中的D线线)典典型型日日光光D在在CIE x-y色色品品坐坐标标上上有以下关系式：有以下关系式：式中式中xD的有效范围是的有效范围是0.25 0.38第61页/共75页在在相相关关色色温温Tcp已已知知的的情情况况下下，可可通通过过下下式式计计算算典典型日光的色品坐标型日光的色品坐标:第62页/共75页针针对对不不同同地地区区/时时相相的的太太阳阳光光和和天天空空光光的的622个个实实际际光光谱谱分分布布测测量量结结果果，进进行行特特征征矢矢量量的的分分析析统统

35、计计，得得出出了了一一个个数数学学模模型型，可可用用来来计计算算已已知知相相关关色色温温标标准准照照明明体体D的的相相对对光光谱谱功功率率分分布布,这就是这就是“重组日光重组日光”的含意。的含意。S0是日光光谱分布曲线的平均曲线；S1为第一特征矢量，实测曲线与平均曲线偏离的最突出特征；S2为第2特征矢量，为偏离平均曲线的第二最突出特征。标准照明体标准照明体D的相对光谱分布可表示为的相对光谱分布可表示为 式中，S0()、S1()和S2()为特征矢量。第63页/共75页特特征征矢矢量量S1在在光光谱谱紫紫外外、紫紫和和蓝蓝段段有有较较高高的的值值,在在红红段段有有较较低低的的数数值值,将将S1和和

36、乘乘数数M1之之积积加加至至S0曲曲线线可可描描述述日日光光光光色色由由黄黄色色向向蓝蓝色色相相当当于于天天空空中中有有云云到到无无云云的的变变化化,或或是是相相当于测量时有直射阳光到无直射阳光的变化。当于测量时有直射阳光到无直射阳光的变化。特特征征矢矢量量S2在在400580nm波波段段有有较较低低的的数数值值，在在紫紫外外和和红红波波段段有有较较高高的的数数值值，与与M2S2加加S0随随着着M2由由大大变变小小，可可得得到到从从偏偏粉粉红红色色到到偏偏绿绿色色的的光光色色，相相当当于于大大气气中中水水份份的的变化变化(即即S2与大气中水份相关与大气中水份相关)。第64页/共75页图图2-3

37、8 典型典型D照明体的光谱分布照明体的光谱分布 CIE优先推荐相当于相关色温优先推荐相当于相关色温5503K，6504K，7504K的的D照明体照明体D55，D65，D75作为作为代表日光的标准照明体代表日光的标准照明体 第65页/共75页图图2-39 高压氙灯的高压氙灯的D65光光源光谱分布源光谱分布图图2-40 白炽灯的白炽灯的D65光源光源光谱分布光谱分布对于标准照明体对于标准照明体D，CIE尚未推荐相应的标准光源。尚未推荐相应的标准光源。日日光光具具有有锯锯齿齿形形光光谱谱分分布布，滤滤光光器器只只能能在在一一定定程程度度上上得得到到近近似似的的光光谱谱，精精确确模模拟拟较较为为困困难

38、难。所所以以，标标准准照照明体明体D的模拟成为当前光源研究的重要课题之一。的模拟成为当前光源研究的重要课题之一。目前带滤光器的高压氙灯模拟得最好目前带滤光器的高压氙灯模拟得最好第66页/共75页色温变换及光谱能量分布改变色温变换及光谱能量分布改变 在在光光辐辐射射测测量量中中，常常常常需需要要改改变变光光源源的的色色温温或或者者其光谱能量分布，以满足实际测量的要求。其光谱能量分布，以满足实际测量的要求。除除了了用用液液体体滤滤光光器器来来精精确确改改变变A光光源源的的光光谱谱能能量量分分布布特特性性外外，还还可可用用其其它它配配方方的的溶溶液液或或者者玻玻璃璃滤滤光片来实现。光片来实现。(1)

39、光源近似黑体分布时的色温变换光源近似黑体分布时的色温变换 (2)光源偏离黑体分布时的色温变换光源偏离黑体分布时的色温变换 第67页/共75页(1)光源近似黑体分布时的色温变换光源近似黑体分布时的色温变换 当由高色温变换到低色温时,T1T2,MRD为负值,反之MRD为正值。由色温T1T2，所需滤光片的光谱透射比()为：当T较小时，使用维恩近似式得：用麦尔德值表示色温，则只要知道只要知道T1和和T2的麦尔德值，即可求得变换滤光片的光谱透射比。的麦尔德值，即可求得变换滤光片的光谱透射比。常用在T14000K,0.7m的情况第68页/共75页变换滤光片的光谱透射曲线SJB表示色温降低玻璃滤光片,SSB

40、表示色温升高玻璃滤光片，其后的数字为MRD值。例如：SSB130表示可使色温升高120MRD的滤光片。色温变换滤光片的光谱透射比色温变换滤光片的光谱透射比 第69页/共75页更高的色温时需要采用普朗克公式来导出变换关系；实用时，有一组曲线来修正普朗克公式(P)与维恩近似式(W)的差别。色温大于250MRD(即T4000K)是不用修正图图2-42 高色温变换时用维恩公式的修正曲线高色温变换时用维恩公式的修正曲线 适用于T4000K时采用维恩近似式导出的变换关系 PW，修正值取正号；WP，修正值取负号第70页/共75页例例1：要要把把2500K的的白白炽炽灯灯色色温温提提高高到到6000K，求求所

41、所需需色色温温变变换换滤光片的滤光片的MRD值。值。MRD=106/T第71页/共75页例例2：用用例例1中中相相同同的的色色温温变变换换滤滤片片能能把把3200K的的白白炽炽灯灯色色温温变变换成多少色温的光源。换成多少色温的光源。MRD=106/T第72页/共75页(2)光源偏离黑体分布时的色温变换光源偏离黑体分布时的色温变换 产产品品目目录录所所给给滤滤光光片片光光谱谱透透射射比比曲曲线线只只是是典典型型值值，应应对对滤光片的光谱透射特性进行实测。滤光片的光谱透射特性进行实测。滤滤光光片片在在吸吸收收光光辐辐射射能能时时会会发发热热，一一些些滤滤光光片片的的光光谱谱透透射射特特性性与与温温

42、度度有有关关。此此外外，滤滤光光片片过过热热会会使使有有胶胶合合的的玻玻璃璃层层之之间间开开胶胶，形形成成条条纹纹，甚甚至至损损坏坏，故故滤滤光光片片的的使使用用温温度度一般不应超过一般不应超过6060 C C。在在使使用用一一段段时时间间后后，滤滤光光片片光光谱谱透透射射比比会会发发生生一一些些变变化化。滤滤去去不不必必要要的的短短波波辐辐射射，定定期期测测量量滤滤光光片片的的光光谱谱透透射射特特性性，在精确光辐射测量中十分必要。在精确光辐射测量中十分必要。第73页/共75页课堂练习已知人体皮肤温度t=32，人体表面积S1.52 m2，皮肤的辐射发射率 0.98，试求人体的总辐射能通量和光谱分布曲线。做完后写上姓名和学号上交做完后写上姓名和学号上交第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页