分布辐射度法测量紫外辐射通量

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1、分布辐射度法测量紫外辐射通量震，牟同升（浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江大学三色仪器有限公司，杭州，310027）　　摘　要：近年来随着紫外光源的生物效应越来越受到人们的重视，而对它的评价也变的重要起来了。其中总辐射通量是紫外光源的一项重要技术指标。本文简述了用分布光度法测量紫外辐射通量的基本原理及方法，并分析和讨论了紫外探测器的余弦修正问题。　　关键词：紫外辐射；辐通量；紫外光功率1引言　　紫外辐射就是波长范围约10～400nm的光辐射。在这个波长范围内不同波长的紫外辐射有不同的效应，在研究和应用中，常把紫外

2、辐射划分为：A波段（400～320nm）；B波段（320～280nm）；C波段（280～200nm）；真空紫外波段(200～10nm)。波长小于200nm的紫外辐射由于大气的吸收，所以在空气中不能传播。　　紫外光源的开发和应用正处于一个高速发展时期，紫外光源的不断研制开发逐渐填补了各紫外线波段的光源品种空白。目前已有的一系列的不同类型的紫外光源产品有：紫外线汞灯、紫外线金属卤化物灯、紫外线荧光灯、氙灯和其他紫外光源等等。　　紫外线的一个显著特点是它具有生物效应【1】，是指当紫外线照射人体或生物体后，使人体或生物体发生生

3、理上的变化。例如紫外线照射人体后，使皮肤产生色素沉着，皮肤变黑。又如细菌体经短波紫外线照射后很快死亡。又如人体经一定波长的紫外线照射后抗病能力加强，皮肤再生力加强，毛发生长速度加快等。特别是短波（峰值波长λ＝253.7nm）紫外光源具有极强的生物效应，并具有无污染、使用方便、节能等特点。故无论国际还是国内在生物、医药、卫生、防疫等部门都广泛应用该波长的辐射源消毒、杀菌等。【2】目前，紫外线光源通常用紫外辐照计测量某一表面的辐射照度（单位：W/m2）来表示紫外线光源的紫外线强度大小。而在空气杀菌、水质处理、光化学反应等方

4、面的应用，更重要的是要知道紫外线光源往空间一定范围（立体角），甚至整个空间所辐射的紫外线强度大小。这就是要用紫外辐射通量来表示。测量紫外光源的辐射通量通常有两种方法【3】：一是在积分球内用已知辐通量的标准灯与被测灯作比较测量，从而定出被测灯的辐通量。由于积分球内壁涂层对紫外线的吸收，涂层的紫外反射比较低。此外受紫外线激发，涂层中的有机溶剂和胶水会产生荧光效应，因此积分球内壁涂层必须采用专用的紫外高反射的漫反射材料。另一种方法是用分布辐射度计测定被测光源在空间各个方向上的辐照度，计算后得出辐通量。前一种方法比较简单，但测

5、量精度不如后者。所以本文讲述一种基于分布辐射度法的测量方法－分布辐射度法。2分布辐射度测量方法　　2.1测量原理　　分布辐射度法的测量原理是：基于球面坐标系，如图1图1　球坐标系所示，通过测量球面上的辐照度，若以光源为坐标原点，取球坐标系，令为极角，为方位角，光源在假想球面任一位置（，）上产生的照度为E（，）。探测器扫描的极角从0到2π，扫描方位角从0到　则光源发出的辐通量为：　　北京计量科学研究院已建立基于紫外（254nm）的辐射照度的量值传递，所以可以通过标准辐射照度计，测量某一面上的紫外辐射照度值。　　2.2　变

6、角辐射度法　　要想实现球面上各点的辐照度测量，必须要有一个可以绕图1中和角度方向旋转的运动系统。通常有以下四种系统：　　a)灯固定不动，让探测器绕测量灯运动；　　b)探测器不动，让光源分别在和方向绕灯自身发光中心运动；　　c)探测器和光源的组合运动，例如探测器绕角运动，而光源在角方向运动；　　d)借助于反光镜的运动（探测器固定）等效于探测器运动。　　上述四种系统各具有其相应的特点，比如说对于测量尺寸较长的光源，若采用探测器运动的方式，则探测器的运动臂长就会变得很长，对实验室的空间要求就要很大。而对于测量燃点方向敏感的光

7、源，若采用光源运动方式，则测量过程中辐射通量就会引起波动，所以必须对辐通量的波动进行修正。若采用反光镜运动方式，则必须要求镜面对紫外线有高的反射比，对反光镜的制作要求会很高。3测量系统　　基于上述四种测量系统的特点，我们采用了光源运动法，如图2所示。测量光源可绕与光源轴线相同的水平轴旋转，以及绕与光源轴线垂直的垂直轴旋转。当灯绕垂直轴转动时，与旋转台中心处于同一水平高度的探测器测量该水平面上各方向的辐照度值。当灯绕水平轴转动时，则探测器测量垂直面上各方向的辐照度值。并且垂直轴和水平轴均可在±180°范围内连续旋转。此外

8、，采用与光源相对位置固定的参考辐射度计，来监测被测光源在测量过程中的变化。　　整个测量系统的结构，如图3所示。放置在旋转台上的紫外光源发出的空间某一方向的辐射信号，由紫外辐射探测器接收。探测器输出的电信号经辐射度计系统采样后，将采样数据传输给上微机系统。上微机对测量数据进行处理，并根据公式（1）计算出辐射通量，同时还可以给出空间任