Радиометрия

Радиометрия — комплекс методов измерения электромагнитного излучения , в том числе видимого света . Радиометрические методы в оптике излучения характеризуют распределение мощности в пространстве, в отличие от фотометрических методов, характеризующих взаимодействие света с глазом человека. Принципиальное отличие радиометрии от фотометрии состоит в том, что радиометрия дает весь спектр оптического излучения, а фотометрия ограничивается видимым спектром. Радиометрия отличается от квантовых методов, таких как подсчет фотонов .

Применение радиометров для определения температуры предметов и газов путем измерения потока излучения называется пирометрией . Ручные пирометры часто продаются как инфракрасные термометры .

Радиометрия играет важную роль в астрономии , особенно в радиоастрономии , и играет значительную роль в дистанционном зондировании Земли . Методы измерения, отнесенные к категории радиометрии 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

Радиометрические установки СИ
v
т
и
Количество		Единица		Измерение	Примечания
Имя	Символ ^{[ номер 1 ]}	Имя	Символ	Измерение	Примечания
Лучистая энергия	$Вопрос е$ ^{[ номер 2 ]}	джоуль	Дж	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии	$мы $	Джоуль на кубический метр	Дж/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻²	Лучистая энергия на единицу объема.
Лучистый поток	$Φ е$ ^{[ номер 2 ]}	ватт	Вт = Дж/с	M ⋅ L ²⋅ T ⁻³	Лучистая энергия, излучаемая, отражаемая, передаваемая или принимаемая в единицу времени. Иногда ее также называют «силой излучения» и в астрономии называют светимостью .
Спектральный поток	$Ф е, н$ ^{[ номер 3 ]}	ватт на герц	Вт/ Гц	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм. ⁻¹.
Спектральный поток	$Ф е, л$ ^{[ номер 4 ]}	ватт на метр	Вт/м	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Интенсивность излучения	$I е, Ом$ ^{[ кол. 5 ]}	ватты на стерадиан	с сэром	M ⋅ L ²⋅ T ⁻³	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый, на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	$Я е, о, н$ ^{[ номер 3 ]}	ватты на стерадиан на герц	W⋅sr ⁻¹⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr. ⁻¹⋅nm ⁻¹. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	$I e,Ω, λ$ ^{[ номер 4 ]}	ватт на стерадиан на метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Сияние	$L e,Ом$ ^{[ кол. 5 ]}	ватт на стерадиан на квадратный метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное сияние Удельная интенсивность	$Л е, О, н$ ^{[ номер 3 ]}	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr. ⁻¹⋅m ⁻²⋅nm ⁻¹. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральное сияние Удельная интенсивность	$Л е, о, л$ ^{[ номер 4 ]}	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Освещенность Плотность потока	$Э е$ ^{[ номер 2 ]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, на единицу воспринимаемый поверхностью площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное излучение Спектральная плотность потока	$Э е, н$ ^{[ номер 3 ]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». Единицы спектральной плотности потока, не относящиеся к системе СИ, включают янский ( 1 Ян = 10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹) и единица солнечного потока ( 1 sfu = 10 ⁻²² W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹ = 10 ⁴ Ты ).
Спектральное излучение Спектральная плотность потока	$Угорь $ ^{[ номер 4 ]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Радиосити	$J Да$ ^{[ номер 2 ]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, покидающий (излучаемый, отражаемый и передаваемый) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная радиация	$I е, ν$ ^{[ номер 3 ]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная радиация	$I е, λ$ ^{[ номер 4 ]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Сияющее великолепие	$Мне $ ^{[ номер 2 ]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, на единицу излучаемый поверхностью площади. Это излучаемая составляющая излучательности. «Излучение излучения» — старый термин для этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная яркость	$Я, н$ ^{[ номер 3 ]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Светимость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. «Спектральный эмиттанс» — старый термин для этой величины. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная яркость	$М е, λ$ ^{[ номер 4 ]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Лучистое воздействие	$Он $	Джоуль на квадратный метр	Дж/м ²	M ⋅ T ⁻²	Лучистая энергия, полученная поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности , интегрированная во времени облучения. Иногда это также называют «лучистой плотностью».
Спектральная экспозиция	$H e, ν$ ^{[ номер 3 ]}	Джоуль на квадратный метр на герц	J⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻¹	Лучистая экспозиция поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. Иногда это также называют «спектральной флюенсом».
Спектральная экспозиция	$He, λ$ ^{[ номер 4 ]}	джоули на квадратный метр, на метр	Дж/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻²
См. также: И Радиометрия Фотометрия

^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать радиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетические»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ или $E$ для энергии излучения, $P$ или $F$ для потока излучения, $I$ для освещенности, $W$ для мощности излучения.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Спектральные величины, приведенные на единицу частоты, обозначаются суффиксом « ν » (греческая буква nu , не путать с буквой «v», обозначающей фотометрическую величину).
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Спектральные величины, приведённые на единицу длины волны, обозначаются суффиксом « λ ».
^ Jump up to: ^а ^б Направленные величины обозначаются суффиксом « Ом ».

Коэффициенты радиометрии
v
т
и
Количество		единицы СИ	Примечания
Имя	Сим.	единицы СИ	Примечания
Полусферическая излучательная способность	$е$	—	Светимость поверхности , разделенная на яркость черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность	$н эн$ $л е$	—	Спектральная яркость поверхности , разделенная на спектральную яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность	$ох ох$	—	Излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная направленная излучательная способность	$е О, н$ $е О, я$	—	Спектральное излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение	$А$	—	Лучистый поток, , деленный поглощаемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектральное полусферическое поглощение	$н $ $А л$	—	Спектральный поток, , разделенный поглощаемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Направленное поглощение	$Ом $	—	Излучение, , деленное поглощаемое поверхностью на излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектрально-направленное поглощение	$О, н$ $Ом, λ$	—	Спектральное излучение, , разделенное поглощаемое поверхностью на спектральное излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Полусферическая отражательная способность	$Р$	—	Лучистый поток, , разделенный отраженный поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Спектральная полусферическая отражательная способность	$Р н$ $Р λ$	—	Спектральный поток, , разделенный отраженный поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Направленное отражение	$Р Ом$	—	Сияние отраженное поверхностью , , разделенное на сияние, полученное этой поверхностью.
Спектральное направленное отражение	$R Ом, н$ $Р Ом, л$	—	Спектральное излучение отраженное поверхностью , , разделенное на излучение, полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания	$Т$	—	Лучистый поток, , разделенный передаваемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Спектральное полусферическое пропускание	$Т ν$ $Т λ$	—	Спектральный поток передаваемый поверхностью , , деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания	$Т Ох$	—	Излучение, , деленное передаваемое поверхностью на излучение, полученное этой поверхностью.
Спектральный направленный коэффициент пропускания	$Т О, н$ $Т Ом, л$	—	Спектральное излучение передаваемое поверхностью , , деленное на излучение, полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент затухания	$м$	м ⁻¹	Лучистый поток поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на поток, полученный этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент ослабления	$м н$ $м л$	м ⁻¹	Спектральный поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый, определяется объемом на единицу длины, деленным на поток, полученный этим объемом.
Коэффициент направленного затухания	$м Ох$	м ⁻¹	Излучение поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на количество, полученное этим объемом.
Спектральный коэффициент направленного затухания	$м Ох, н$ $м Ом, л$	м ⁻¹	Спектральное излучение, поглощаемое и рассеиваемое на объем на единицу длины, деленное на излучение, полученное этим объемом.

Интегральные и спектральные радиометрические величины

Интегральные величины (например, поток излучения ) описывают общий эффект излучения всех длин волн или частот , тогда как спектральные величины (например, спектральная мощность ) описывают эффект излучения одной длины волны $λ$ или частоты $ν$ . Каждой интегральной величине соответствуют соответствующие спектральные величины , определяемые как частное интегральной величины по рассматриваемому диапазону частот или длин волн. ^{[ 2 ]} Например, лучистый поток Φ _e соответствует спектральной мощности Φ _{e, $λ$} и Φ _{e, $ν$} .

Получение спектрального аналога целой величины требует предельного перехода . Это происходит из идеи, что вероятность существования фотона точно заданной длины волны равна нулю. Покажем связь между ними на примере лучистого потока:

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

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

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

\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={c \over \lambda ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\nu },

или

\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={c \over \nu ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda },

или

\lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }=\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }.

Интегральную величину можно получить интегрированием спектральной величины:

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

См. также

Ссылки

^ Лесли Д. Штробель и Ричард Д. Закиа (1993). Фокальная энциклопедия фотографии (3-е изд.). Фокальная пресса . п. 115 . ISBN 0-240-51417-3 . Спектрорадиометрия Центральная энциклопедия фотографии.
^ «ISO 80000-7:2019 – Величины и единицы. Часть 7. Свет и излучение» . ИСО . 20 августа 2013 г. Проверено 9 декабря 2023 г.

Внешние ссылки

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

[note-suffix-e-2] Организации по стандартизации рекомендуют обозначать радиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетические»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.

[note-alternative-symbol-radiometric-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ или $E$ для энергии излучения, $P$ или $F$ для потока излучения, $I$ для освещенности, $W$ для мощности излучения.

[note-suffix-nu-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Спектральные величины, приведенные на единицу частоты, обозначаются суффиксом « ν » (греческая буква nu , не путать с буквой «v», обозначающей фотометрическую величину).

[note-suffix-lambda-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Спектральные величины, приведённые на единицу длины волны, обозначаются суффиксом « λ ».

[note-suffix-omega-6] Jump up to: ^а ^б Направленные величины обозначаются суффиксом « Ом ».

[1] Лесли Д. Штробель и Ричард Д. Закиа (1993). Фокальная энциклопедия фотографии (3-е изд.). Фокальная пресса . п. 115 . ISBN 0-240-51417-3 . Спектрорадиометрия Центральная энциклопедия фотографии.

[ISO_2013_i869-7] «ISO 80000-7:2019 – Величины и единицы. Часть 7. Свет и излучение» . ИСО . 20 августа 2013 г. Проверено 9 декабря 2023 г.

[ 1 ]

[ номер 1 ]

[ номер 2 ]

[ номер 3 ]

[ номер 4 ]

[ кол. 5 ]

[ 2 ]