辐射度量及其符号与单位

辐射度量以能量方式描述电磁辐射，与人眼的敏感度无关——在技术应用中主要指紫外辐射和红外辐射。四个基本量为辐射通量Φ（单位：W）、辐照度E（单位：W/m²或mW/cm²）、辐射亮度L以及辐射强度I。该领域称为辐射度量学；与人眼视觉响应相对应的量称为光度量。

辐射度量是指涉及全部电磁辐射的测量量。在技术应用中，通常用于紫外辐射或红外辐射。该领域称为辐射度量学。辐射根据波长进行分类。

下图展示了四个辐射度量。表中针对每个量给出了图示、数学定义、单位以及简要说明。

1. 辐射通量Φ
2. 辐照度E
3. 辐射亮度L
4. 辐射强度I

可下载表格： 辐射度量与单位（XLSX）——包含换算系数以及依据DIN/ISO 20473划分的光谱范围。与人眼视觉相关的对应量列于光度量，与颜色相关的量列于色度量，波段界限列于光谱范围与标准。所有物理量——包括符号、单位及配套计算器——均汇总于光学量术语表中。

辐射通量

辐射通量，也称为辐射功率，是辐射源在单位时间内向所有方向发射的总能量。辐射通量的单位是瓦特（W）。

• 公式符号：Φ
• 单位：W
• 定义：发射的总辐射功率。

示例：

一个功耗为60瓦的标准白炽灯以辐射通量的形式发射约57瓦的能量，其余部分则以热量形式损失。这57瓦分布在可见光和红外光谱范围内。

辐射通量在积分球中测量。

辐照度

辐照度是描述照射到表面上的辐射功率密度的物理量。它被定义为入射到表面元素上的每单位面积的辐射功率。辐照度的单位是瓦特每平方米（W/m²）或毫瓦每平方厘米（mW/cm²）。紫外传感器适用于测量辐照度。

• 公式符号：E
• 单位：W/m²，mW/cm²
• 定义：入射到表面元素上的辐射功率，相对于其面积而言。

辐照度表示在单位时间内以辐射形式落在某一表面上的能量大小。斜入射的辐射按入射角的余弦计入；因此测量头都经过余弦校正。
提示：将W/m²换算为mW/cm²

示例：

晴天时，太阳在地球表面的平均辐照度约为1000 W/m²。这意味着地球表面每平方米接收到1000瓦的辐射。

辐照度使用辐射计进行测量。

辐射亮度

辐射亮度是描述辐射源单位面积、单位立体角所发射辐射功率的物理量。其单位是瓦特每平方米每球面度（W/(m²-sr)）。

• 公式符号：L
• 单位：W/(sr m²)
• 定义：辐射通量与表面元素及立体角乘积的商。

辐射亮度同时考虑了辐射源的面积以及辐射发射的立体角。

示例：

太阳具有很高的辐射亮度，因为它在相对较小的面积上向太空发射大量的辐射能量。

辐射强度

辐射强度是描述特定方向上单位立体角内辐射流的物理量。它用于表示特定方向上辐射的强弱。辐射强度的单位是瓦特每球面度（W/sr）。

• 公式符号：I
• 单位：W/sr
• 定义：在特定方向上发射的辐射通量与立体角元素的商。

辐射强度描述了辐射源在特定方向的立体角内所发射的能量大小。它是衡量辐射功率方向依赖性的指标。

示例：

如果一个辐射通量为1 W的LED以0.1 sr的立体角发射光线，则其辐射强度为10 W/sr。这意味着发射的能量高度集中在一个很小的立体角内。

辐照度与剂量有什么区别？
辐照度E（W/m²或mW/cm²）是单位面积上的瞬时功率；辐照量——俗称剂量——是其对时间的积分，H（J/m²或mJ/cm²）。在辐照度恒定的情况下，H = E · t。辐照度决定达到某一剂量的速度；预期效果是否产生通常由剂量决定。因此这两个量都应分别记录在文档中——仅有时间数据并不能作为证据。

能注量与剂量有何不同？
辐照量针对的是固定的平面接收面，并按入射角的余弦对斜入射辐射进行加权。相比之下，能注量针对的是可从各个方向接收辐射的物体——例如反应器或风管中的微生物。在定向辐射场中，两者是一致的；而在漫射场中，能注量可能远大于在平面上测得的辐照量。这一差异在何处决定工艺结果，请参见紫外线消毒。

为什么电气灯功率不是一个测量量？
在所消耗的电功率与工艺现场产生的效果之间，存在光电转换效率、光源的光谱分布、距离与入射角、窗口及保护套管的透过率，以及污染和老化等因素。这些因素在使用寿命期间都不是恒定的。因此，功率标定描述的是光源的运行状态，而非工件、微生物或样品处的实际结果。如何在产线中将其转化为可靠的工艺放行，请参见自动化与工艺集成。

辐照度与辐射亮度有何区别？
辐照度是接收方的量：它描述的是到达某一表面的辐射量，与方向无关。辐射亮度是光源方的量：它描述的是光源在单位面积和单位立体角内发出的辐射量。工艺放行取决于作用点处的辐照度；而根据IEC 62471对扩展光源进行评估时，则取决于辐射亮度——参见职业安全与光生物安全。

何时宽带测量已足够，何时需要光谱测量？
如果光源已知且光谱稳定，并且传感器正是针对该光源进行校准的，则宽带测量已足够。一旦需要比较不同的光源技术、光谱因老化或调光而发生偏移、需要应用作用光谱，或需要分别评估多个光谱波段时，就必须进行光谱测量。其背后的误差来源是光谱失配。