Радиометрия

Методы измерения электромагнитного излучения

Сравнение фотометрических и радиометрических величин

Радиометрия — это набор методов измерения электромагнитного излучения , включая видимый свет . Радиометрические методы в оптике характеризуют распределение мощности излучения в пространстве, в отличие от фотометрических методов, которые характеризуют взаимодействие света с человеческим глазом. Фундаментальное различие между радиометрией и фотометрией заключается в том, что радиометрия дает весь спектр оптического излучения, тогда как фотометрия ограничивается видимым спектром. Радиометрия отличается от квантовых методов, таких как подсчет фотонов .

Использование радиометров для определения температуры объектов и газов путем измерения потока излучения называется пирометрией . Ручные пирометрические устройства часто продаются как инфракрасные термометры .

Радиометрия важна в астрономии , особенно в радиоастрономии , и играет значительную роль в дистанционном зондировании Земли . Методы измерения, классифицируемые как радиометрия в оптике, в некоторых астрономических приложениях называются фотометрией , в отличие от использования этого термина в оптике.

Спектрорадиометрия — это измерение абсолютных радиометрических величин в узких диапазонах длин волн. ^[1]

Радиометрические величины

1. Организации по стандартизации рекомендуют обозначать радиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетический»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.
2. Иногда встречаются альтернативные символы: W или E для лучистой энергии, P или F для лучистого потока, I для облученности, W для лучистой светимости.
3. Спектральные величины, заданные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческая буква nu , не путать с буквой «v», обозначающей фотометрическую величину).
4. Спектральные величины, приведенные к единице длины волны, обозначаются суффиксом « λ ».
5. Направленные величины обозначаются суффиксом « Ω ».

Интегральные и спектральные радиометрические величины

Интегральные величины (например, поток излучения ) описывают общий эффект излучения всех длин волн или частот , в то время как спектральные величины (например, спектральная мощность ) описывают эффект излучения одной длины волны λ или частоты ν . Каждой интегральной величине соответствуют спектральные величины , определяемые как частное от деления интегрированной величины на рассматриваемый диапазон частоты или длины волны. ^[2] Например, поток излучения Φ _e соответствует спектральной мощности Φ _{e, λ} и Φ _{e, ν} .

Получение спектрального аналога интегральной величины требует предельного перехода . Это исходит из идеи, что вероятность существования фотона с точно запрошенной длиной волны равна нулю. Покажем связь между ними на примере лучистого потока:

Интегральный поток, единица измерения которого Вт : Спектральный поток по длине волны, единица измерения которого Вт/ м : где - поток излучения в небольшом интервале длин волн . Площадь под графиком с горизонтальной осью длины волны равна полному потоку излучения. $${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }.}$$ $${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\lambda },}$$ ${\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}$ ${\displaystyle [\lambda -{d\lambda \over 2},\lambda +{d\lambda \over 2}]}$

Спектральный поток по частоте, единица измерения которой Вт/ Гц : где - поток излучения в небольшом частотном интервале . Площадь под графиком с горизонтальной осью частот равна полному потоку излучения. $${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\nu },}$$ ${\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}$ ${\displaystyle [\nu -{d\nu \over 2},\nu +{d\nu \over 2}]}$

Спектральные величины по длине волны λ и частоте ν связаны друг с другом, поскольку произведение двух переменных есть скорость света ( ): ${\displaystyle \lambda \cdot \nu =c}$

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={c \over \lambda ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\nu },}$или или ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={c \over \nu ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda },}$ ${\displaystyle \lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }=\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }.}$

Интегральную величину можно получить путем интегрирования спектральной величины:

$${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,d\lambda =\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\nu =\int _{0}^{\infty }\lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,d\ln \lambda =\int _{0}^{\infty }\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\ln \nu .}$$

Смотрите также

• Отражательная способность
• Микроволновый радиометр
• Измерение ионизирующего излучения
• Радиометрическая калибровка
• Радиометрическое разрешение

Ссылки

1. Лесли Д. Штробель и Ричард Д. Закия (1993). Focal Encyclopedia of Photography (3-е изд.). Focal Press . стр. 115. ISBN 0-240-51417-3. спектрорадиометрия Фокусная энциклопедия фотографии.
2. "ISO 80000-7:2019 - Величины и единицы, Часть 7: Свет и излучение". ISO . 2013-08-20 . Получено 2023-12-09 .

Внешние ссылки

• Часто задаваемые вопросы по радиометрии и фотометрии Страница часто задаваемых вопросов по радиометрии профессора Джима Палмера (Колледж оптических наук Университета Аризоны).