Radiometrie

Die Radiometrie umfasst eine Reihe von Verfahren zur Messung elektromagnetischer Strahlung , einschließlich sichtbarem Licht . Radiometrische Verfahren in der Optik charakterisieren die räumliche Verteilung der Strahlungsleistung , im Gegensatz zu photometrischen Verfahren, die die Wechselwirkung des Lichts mit dem menschlichen Auge untersuchen.

Der grundlegende Unterschied zwischen Radiometrie und Photometrie besteht darin, dass die Radiometrie das gesamte optische Strahlungsspektrum abdecken kann ^{[ 1 ],} während die Photometrie auf das sichtbare Spektrum beschränkt ist ^{[ 2 ]} . Einige Definitionen der Radiometrie schließen jedoch auch andere Bereiche des elektromagnetischen Strahlungsspektrums ein ^{[ 3 , 4 ] ,} und manche Glossare definieren die Photometrie so, dass die zugehörigen Größen entsprechend der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Sehsystems wellenlängengewichtet werden ^{[ 5 ]} . Photometrie kann daher als eine Art der Radiometrie betrachtet werden ^{[ 6 ]} . Die Radiometrie unterscheidet sich von Quantentechniken wie der Photonenzählung .

Die Verwendung von Radiometern zur Bestimmung der Temperatur von Objekten und Gasen durch Messung des Strahlungsflusses wird als Pyrometrie bezeichnet . Handpyrometer werden häufig als Infrarotthermometer vermarktet .

Die Radiometrie ist in der Astronomie , insbesondere in der Radioastronomie , von großer Bedeutung und spielt eine wichtige Rolle bei der Fernerkundung der Erde . Die in der Optik als Radiometrie kategorisierten Messverfahren werden in einigen astronomischen Anwendungen als Photometrie bezeichnet , im Gegensatz zur dort üblichen Verwendung des Begriffs.

Die Spektroradiometrie ist die Messung absoluter radiometrischer Größen in schmalen Wellenlängenbereichen. ^{[ 7 ]}

Integrale Größen (wie der Strahlungsfluss ) beschreiben die Gesamtwirkung von Strahlung aller Wellenlängen oder Frequenzen , während spektrale Größen (wie die spektrale Leistung ) die Wirkung von Strahlung einer einzelnen Wellenlänge λ oder Frequenz ν beschreiben . Jeder integralen Größe entspricht eine spektrale Größe , definiert als Quotient der integrierten Größe durch den betrachteten Frequenz- oder Wellenlängenbereich. ^{[ 8 ]} Beispielsweise entspricht der Strahlungsfluss Φ_{_e der spektralen Leistung Φ _{e, λ}} und Φ _{_{e, ν}} .

Um das spektrale Gegenstück einer integralen Größe zu erhalten, ist ein Grenzübergang erforderlich . Dies beruht auf der Annahme, dass die Existenzwahrscheinlichkeit eines Photons bei der exakt gewünschten Wellenlänge null ist. Wir wollen den Zusammenhang zwischen ihnen am Beispiel des Strahlungsflusses verdeutlichen:

Integraler Fluss (Einheit: W) : Spektraler Fluss pro Wellenlänge (Einheit: W/ m ): Dabei ist der Strahlungsfluss in einem kleinen Wellenlängenintervall . Die Fläche unter einem Diagramm mit der Wellenlängenachse entspricht dem gesamten Strahlungsfluss. $${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }.}$$$${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\lambda },}$$${\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}$${\displaystyle [\lambda -{d\lambda \over 2},\lambda +{d\lambda \over 2}]}$

Spektraler Fluss in Abhängigkeit von der Frequenz, Einheit W/ Hz : Dabei ist der Strahlungsfluss in einem kleinen Frequenzintervall . Die Fläche unter einem Diagramm mit der Frequenzachse entspricht dem gesamten Strahlungsfluss. $${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\nu },}$$${\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}$${\displaystyle [\nu -{d\nu \over 2},\nu +{d\nu \over 2}]}$

Die spektralen Größen Wellenlänge λ und Frequenz ν hängen miteinander zusammen, da das Produkt der beiden Variablen die Lichtgeschwindigkeit ( ) ist: ${\displaystyle \lambda \cdot \nu =c}$

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

Die Integralgröße kann durch Integration der Spektralgröße erhalten werden:

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

• Reflexionsvermögen
• Mikrowellenradiometer
• Messung ionisierender Strahlung
• Radiometrische Kalibrierung
• Radiometrische Auflösung

• Häufig gestellte Fragen zu Radiometrie und Photometrie Häufig gestellte Fragen zu Radiometrie und Photometrie Die FAQ-Seite von Professor Jim Palmer zum Thema Radiometrie (College of Optical Sciences der Universität von Arizona).