什么是辐射计?

[拼音]：fusheji

[外文]：radiometer

测量电磁辐射量的仪器。它响应的波长范围较宽，包括紫外线、可见光和红外辐射。主要应用于测量各种辐射源的辐射功率。

辐射计一般包含四个基本组成部分。

（1）光学系统:以一定大小的孔径面积收集入射的辐射功率，成像后落在探测器的敏感面积上。

（2）探测器：使接收到的辐射量转变为可测量的信号，通常是电压信号。

（3）放大器和记录显示装置：对探测器输出的信号予以放大、处理、显示或记录。

（4）参考辐射源和调制器：用作仪器内部的辐射基准，一般取黑体的形式。

输入单位辐射量时辐射计的输出。辐射计的响应率 R根据测量参数的不同有三种定义。

（1）响应率R


：入射辐射通量变化墹Φ与输出信号变化墹V之比，R


=墹V/墹Φ。

（2）响应率RE：入射光瞳上辐照度变化墹E与输出信号变化墹V之比，RE＝墹V/墹E。

（3）响应率RL：入射光瞳上辐亮度变化墹L（即单位面积单位立体角内的辐射通量的变化）与输出信号变化墹V之比，RL＝墹V/墹L。辐射计的响应率确定后，根据辐射计的输出就能获得入射的辐射量。但是，辐射量是波长、方位、偏振和时间的函数。因此，辐射计必须考虑视场、光谱响应和时间常数或频率响应。理想的辐射计应设想为，在辐射计的视场内响应为常数，视场以外响应为零。在光谱响应方面，在工作的波长范围内响应为常数，在这个范围以外响应为零。时间响应也是如此。实际的辐射计都不是理想的，可通过实测其视场和光谱响应，求得等效的理想辐射计的响应曲线。

（1）直流型：用温差电堆作接收器，时间常数约2秒，参考辐射由温差电堆的发射率和温度决定。

（2）交流涂黑调制器型：用热敏电阻作探测器，辐射计的时间常数为25毫秒，其参考辐射为涂黑的调制盘。

（3）交流平面镜调制器型：探测器为热敏电阻，辐射计时间常数约为几十毫秒，以黑体作为参考辐射源。图中为这类辐射计的结构。它的工作原理是从被测的辐射源发射的辐射（包括可见光、红外辐射等）入射至辐射计，为光学系统所会聚，并成像在探测元件上；探测元件将入射辐射转变为电信号，信号大小正比于输入辐射；电信号经放大处理，加以显示和记录。由于探测元件的性能不同，放大器的增益等可能发生变化，所以，辐射计内部设置一个参考黑体，其发射率是稳定的，温度是精确控制的，由它提供一个参考的辐射基准。用一个与光轴成45°设置的、由电机驱动的扇形平面镜调制器进行调制，其作用是将入射辐射与参考辐射交替地投在探测元件上。经过处理就可将入射辐射与参考辐射相比较，获得测量结果。

确定辐射计的响应率，测出输入、输出的定标曲线。定标方法有两种：一种是用标准辐射源，另一种是用标准探测器。高精度的标准辐射源也有两类：一类是腔式黑体，腔口较小，发射率很高，使用时将黑体放在远处，使辐射计瞄准黑体腔，并使腔口充满辐射计的视场，改变黑体的温度，即可得不同的输入辐射和相应的辐射计输出；另一类是面源型黑体，蜂窝结构，面较大，定标时贴近辐射计，使面源充满辐射计的入射孔径，同样可以获得定标曲线。

用标准探测器进行辐射定标。标准探测器的原理是利用电加热功率增减来平衡由于入射辐射的加热。在平衡时，电加热功率即等于入射的辐射功率。这种标准探测器常称为绝对辐射计或电定标辐射计。将辐射计与绝对辐射计相比，也可获得定标曲线。英国国家物理实验室和美国国家标准局都采用电定标热电辐射计作为辐射计量的标准。

广泛用于测量目标的辐射特性，特别是军事目标的辐射特性。还可用于非接触的温度测量等。在测量点源时（即被测目标对辐射计的张角小于辐射计的视场），首先要瞄准目标，使点源的像全部进入探测元件。其次注意落入视场内的背景辐射。特别是在热红外波段测常温目标时，背景辐射不可忽视。在测量面源时（即目标的张角大于辐射计的视场），确切确定测量部位，以便消除背景的影响。在大气中测量，还必须研究大气吸收对辐射的影响。

辐射计是最基本的辐射测量仪器。进一步扩展其功能即可改变为各种性能的辐射计。

（1）光谱辐射计：将入射红外辐射分光后，对各波长的红外辐射分别测量辐射强度的仪器，如地物光谱仪、航空地物光谱仪等，可用于遥感研究。

（2）扫描辐射计：通过扫描对景物逐点逐行进行红外辐射强度测量的仪器。

（3）多光谱扫描辐射计：通过扫描方式对景物逐点逐行并同时用若干波段进行辐射测量的仪器（见多光谱扫描仪）。