用KI_KIO39化学曝光剂测量UV-LED紫外线输出量过程中反射量的确定.pdf
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1、用 测量紫外线输出量时,由于液体表面反射,会有部分入射光的光子未进入液体,导致测量误差。根据菲涅耳方程,反射量与入射角密切相关,紫外线发光二极管发出的每束光的辐射角和进入溶液的入射角都是不同的。为了定量多种辐射角、入射角引起的复杂反射的总体反射量,拍摄了各种情况下的化学曝光剂漩涡表面的轮廓,进行了数学分析,建立了准确计算反射损失的数学方法。通过计算得到的反射系数可以补偿反射损失以得到准确的测量结果,也可根据计算数据,控制操作条件以减小反射量。根据拍摄到的液体旋转形成的旋涡,反射系数可被稳定地控制在约 。反射系数的稳定意味着消除了反射可能引起的测量误差。关键词:计量学;反射损耗;化学曝光剂;紫外
2、线发光二极管;菲涅耳方程;旋涡中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,;,;,;,;,;,):,:;引言为了掌握紫外线辐射源或辐射场的情况,需要测量紫外线的辐射照度或剂量率。一般都是采用光电探头,将接收到的光子信号转换成电信号进行测量。化学曝光剂是一种湿化学的紫外线辐射照度或剂量率的测量方法。根据化学曝光剂溶液内部的化学变化计量进入到液体内部的光子的数量,是源头测量 ,有潜力应用于光电辐照计的校准 ,。虽然紫外线辐照计的光电探头表面有反射,但因为辐照计是通过和标准辐照计对比进行校准,即校准和测量时在探头表面都有反射,所以,不会产生反射误差。在用化学曝光剂进行测量时,由于空气和液体的折射率不
3、同,在紫外线入射化学曝光剂时,在空气和液体交界面处会有反射,部分光子没有进入液体,而是返回空气中。化学曝光剂没有计量这部分光子,因而导致测量误差。根据菲涅耳方程,反射的量与入射角度相关。而入射角度与液体 空气交界面的形状、光源的辐射模式、以及光源和液体 空气交界面之间的相对位置相关。在特定场合,例如在平行光设备内,可近似地认为入射角为 ,根据菲涅耳 方 程,反 射 系 数 是 ,一 般 近 似 为 。在一般的测量中,各种测量角度并存,必须根据几何光学推导建立正确的数学公式,才能准确计算反射量。在本工作中,针对化学曝光剂的在测量 时可能出现的反射,根据几何光学,建立了准确计算反射损失的数学方法。
4、一般近似为只向半球(立体角)发射光线的点光源。实验部分 试剂与仪器化学试剂碘化钾()(西陇科学,广东省汕头市)、碘酸钾()(西亚试剂,山东省临沂市)和四硼酸钠()(西亚试剂,山东省临沂市)均为分析纯,使用时未作任何预处理。化学曝光剂是碘化钾()、碘酸钾()和四硼酸钠()的摩尔浓度分别为 、的混合液 ,。纯水是用纯水机(,立康,香港)自制。发射出的光谱用光谱仪(,复享,上海)进行测量。吸光度用紫外可见光分光光度计(,让奇,上海市)进行测量。的供电电源是可调直流电源(,普源精电,苏州市)。与液体之间距离的调节是用精密升降台(,润佳气动,深圳市)进行调节。磁力搅拌器可数显转速(,上海尚仪,上海)。漩
5、涡轮廓线的拍照是用 ,固定在三脚架上进行的。的辐射模式是利用紫外空间辐射分布测量系统(,远方,杭州)实现的。实验过程 紫外线输出量的测量图 是 紫外线输出量的测量系统。烧杯中放入化学曝光剂,利用磁力搅拌器进行搅拌,使液体形成漩涡。将 放入漩涡内。由于 只是向下 的立体角内照射,从 出来的光子会全部照射到化学曝光剂,从而测量得到一定时间内 总输出的紫外线光子数目,详见文献 。图 测量装置 漩涡轮廓线的提取为了全面考察不同漩涡的反射情况,以内径为 的标称 的烧杯为容器,对不同转速(、)和搅拌子的尺寸(、)进行了实验,拍摄照片、数据化漩涡的轮廓线。搅拌子长度和容器内径的比值分别为 ,。转速的选择是基
6、于肉眼考察,视觉上低、中、高 个转速。的辐射模式测量将被测 安装在测试平台上,设立角度参数,系统软件将自动控制,连续、分别对 各个设定的辐射角度的紫外线辐射照度进行测量。设定 个测量距离(、),分别进行了测量,取平均值。反射的几何光学 反射系数与辐射模式当紫外线从一种介质进入另一种具有不同折射率的介质时,在交界面,一部分光线会返回入射光所处的介质,即反射。反射系数(反射光 入射光)遵循菲涅耳方程:()()()第 卷第 期张连峰等:用 化学曝光剂测量 紫外线输出量过程中反射量的确定式中:是紫外线在空气的折射率,;是紫外线()在水中的折射率,;是空气侧的入射角;是水侧的出射角度。在入射角为 (垂直
7、入射)时,反射系数为 。随着入射角的增大,反射系数会增大。当光源上的一个点或点光源照射化学曝光剂时,每一束光的照射角度,即入射角都是不同的。总反射系数是每束光的反射能量之和除以所有光束能量总和 ()式中:是漩涡表面的总反射系数;是 束光的能量;是 束光的反射系数;是到达化学曝光剂表面的光束总数。点光源或面、线光源上的 个点,有种理想化的辐射模式:发散()辐射模式和镜形()辐射模式 ,见图 。辐射模式的数学公式为 ()()式中:是光源出射角度为 时的光束的能量;是光束从光源的出射角;是 束光的能量;()是由辐射模式决定的函数。图 点光源的 种辐射模式 ()对于镜形()辐射模式()()()对于发散
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