光度学与色度学基础.ppt

材料特性的测量
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探测器特性的测量
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光学系统中杂散光的分析与计算
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辐射测温仪
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卫星多光谱扫描系统
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第十一章辐射度、光度与色度的应用
研究范畴:材料的辐射度特性主要是指其反射特性、透射特性、发射特性和吸收特性以及偏振特性、萤光特性等,材料的辐射度特性可定量或半定量地确定材料性质与成分的变化。
影响因素:材料的辐射特性除取决于其性质和成分外,还受表面状况、温度、厚度等影响。在描述材料特性时,一定要说明样品的状况以及测量的条件,否则描述只能是概略的。
参比量:测量的参比量可是入射量,例如用测得的反射、透射、发射、吸收量和入射量的比值来表示待测材料相应特性。参比量也可是已知标准材料的辐射度特性,通过比对测量,确定待测材料的辐射度特性,例如在分光光度计上测量样品的反射和透射特性。
材料特性的测量
1、镜面反射比的测量(方法一)
测量装置:一种测量材料抛光表面镜面反射比的装置。
反射特性的测量
图11-1 镜面反射比的测量
1、镜面反射比的测量(方法一)
测量原理:
在图11-1(a)中样品不放入,辅助镜在位置A,出射辐射通量为
式中,Φ0、Φ1分别为入射和反射辐射通量;K是由几何参数决定的系数,ρm是辅助镜反射比。
在图11-1(b)中,辅助镜在位置B,而待测样品放在紧贴样品定位板处。
反射特性的测量
光经过辅助镜一次镜面反射和待测样品的两次镜面反射,光束的测量几何条件不变,这样出射辐射通量Φ2为
式中,ρ是待测样品的镜面反射比。则
当入射或接收辐射能是单色光,例如用单色仪作光源时,测得的就是光谱镜面反射比。
反射特性的测量
1、镜面反射比的测量(方法二)
图11-2是一种简单的镜面反射比测量方法。先将待测样品移开,探测器放在绕转台中心转动的臂上A1,探测器表面垂直入射光束,测得电压信号V1;继而,将待测样品放在通过转台中心的平面上,使光源有一定的入射角。探测器绕转台中心O点转到位置A2,测得电压信号V2。则待测样品镜面反射比为
测量时所用的入射角取决于
测量要求。
反射特性的测量
图11-2 一种镜面反射比测量装置
1、镜面反射比的测量(方法三)
当样品有一定曲率半径时,可用图11-3的方法进行测量。积分球和探测器组成探测头,以避免光束直接成像在探测器表面以及两次测量光束会聚角不同而造成的测量误差;探测头的开孔尺寸应当使测量光束能完全被收容到积分球内;探测头分别在图中位置1和位置2取读数,由读数比即可求得待测样品球面的平均反射比。
反射特性的测量
图11-3 凹面镜面反射比的测量装置
测量中要注意位置1和2光程长不同所造成的测量误差,即考虑两个位置中间大气层对测量的影响。在大气有明显吸收的谱段,整个装置可放在充氮罩或在真空中进行。在待测样品处于一定的入射角的条件下进行测量时,应当和样品工作状态尽可能一致。
镜面反射比测量中要注意在样品材料表面微观缺陷或不平所造成的镜面反射成分以外还可能出现的散射。散射一般在镜面反射方向的附近,而这些散射光又不能被探测器接收,这样就造成了镜面反射比测量的误差。测量表面光洁净时,散射部分可只占反射光能的千分之几。
2、漫反射比的测量
材料的漫反射特性有两种测量方法:一种是把其中包含的镜面反射部分除去,测量的是漫反射比ρd;另一种则是把镜面反射部分包括进去,测量的是反射比ρ。
反射特性的测量
图11-4 漫反射比的测量
在漫反射比测量时可在镜面反射方向加一陷光器,如用一内壁涂黑的弯角陷光器以吸收镜面反射成分。由于反射比值与光的入射角、接收角有关,为使反射比测量和反射比值的表示标准化,推荐用下列测量几何条件:垂直/45,45°/垂直,漫射/垂直,垂直/漫射,漫射/漫射。
2、漫反射比的测量
(1)双球法(凡登埃克法:垂直-漫射反射比ρ(0/d))
在双光路分光光度计放反射样品和标准样品的两侧,分别装上参比板和辅助球。参比板和辅助球的内壁均匀涂上待测反射比的材料,它们在相同的条件下制作,故具有相同的反射比。入射到辅助球的辐射通量在辅助球内经多次反射,部分由辅助球射出进入分光光度计积分球。辅助球的平面等效反射比为
式中,S2是辅助球开孔面积;E是辅助球接收入射辐射通量Φ后球壁上辐照度。
反射特性的测量
图11-5 凡登埃克双球法测ρ(0/d)
式中,f是开口比,;R是辅助球的内半径。
设分光光度计光束照射参比板和辅助球所测得的读数比为
故
即为所要测的待测材料的光谱反射比。
这种测量反射比的方法精度很高(尤其待测材料反射比ρ(λ)很高时),但辅助球制作比较困难,当材料层有一定厚度时,辅助球和分光