一種多通道窄波段波譜反照率測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多通道窄波段設(shè)置的波譜反照率測量裝置。所述波譜反照率測量裝置包括一殼體和分別設(shè)置于所述殼體的頂部和底部上的向上觀測傳感器和向下觀測傳感器；所述向上觀測傳感器和所述向下觀測傳感器均包括余弦矯正器、濾光片和探測器；向上觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由上至下依次設(shè)置；向下觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由下至上依次設(shè)置。本實用新型可以精確測定與衛(wèi)星傳感器波譜響應(yīng)一致的窄波段波譜反照率，為衛(wèi)星產(chǎn)品的驗證提供直接的驗證設(shè)備和數(shù)據(jù)；本實用新型采用的余弦校正器可以有效降低傳感器的余弦誤差；本實用新型為一體式的上下兩個傳感器，可以簡化設(shè)備，便于防水和安裝。
【專利說明】一種多通道窄波段波譜反照率測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多通道窄波段波譜反照率測量裝置，屬于氣象觀測與輻射能量平衡領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地表反照率是地表向各個方向反射的太陽短波輻射與太陽總輻射的比值，決定著地球表面與大氣之間輻射能量的分配過程，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)中如地表溫度、蒸騰、能量平衡、光合及呼吸作用等一系列物理、生理和生物化學(xué)過程，是準(zhǔn)確估計其他陸面參數(shù)的先決條件。
[0003]現(xiàn)有的反照率地面測量設(shè)備主要是短波寬波段輻射計，利用一個向上和一個向下共兩個水平安裝的短波寬波段輻射計分別測量寬波段太陽和環(huán)境下行輻射以及上行輻射，通過比值a =I上行福射/I下行福射確定地表寬波段反照率。比如目前廣泛使用的荷蘭Kipp&Zonen公司生產(chǎn)的CMP6/CMP11輻射計的波段范圍是285?2800nm ;美國CAMPBELL公司生產(chǎn)的EPPLY PSP精密輻射傳感器的波段范圍是285?2800nm，這些只能測量得到寬波段地表反照率。另有一些針對光合有效輻射的日射計和光量子儀波段范圍主要集中在紫外波段250?400nm、可見光波段400?700nm和可見光近紅外波段400?lOOOnm。也有輻射計組裝形成可同時進(jìn)行下行輻射和上行輻射測量的地表反照率表，如荷蘭Kipp&Zonen公司將兩個CMP6/CMP11輻射計組裝后形成CMA6/CMA11反照率表，美國CAMPBELL生產(chǎn)的CNR4凈輻射傳感器，具備兩個上下安裝波段范圍為305?2800nm的輻射計，可以得到地表短波寬波段反照率。
[0004]而在利用衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)估算地表反照率時，由于衛(wèi)星傳感器一般為多個幾十至上百納米寬的波段范圍相對較窄的窄通道、多波段設(shè)置，根據(jù)衛(wèi)星反照率算法只能估算得到相應(yīng)波段的窄波段的波譜地表反照率，與地面實際測量得到的寬波段地表反照率不能直接比較。因此，在遙感產(chǎn)品驗證中，需要把利用衛(wèi)星傳感器估算得到的波譜反照率經(jīng)過窄波段到寬波段的轉(zhuǎn)換之后，才能與地面實測的寬波段反照率進(jìn)行比對，這個轉(zhuǎn)換過程會引入誤差，從而對驗證結(jié)果產(chǎn)生影響。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是提供一種多通道窄波段波譜反照率測量裝置，本實用新型可直接測量得到與衛(wèi)星傳感器波段設(shè)置一致的窄波段波譜反照率，減小遙感產(chǎn)品地面驗證中因為波段不匹配所產(chǎn)生的誤差，本實用新型可與衛(wèi)星遙感傳感器波段完全吻合，具有精度高、體積小、成本低的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)地表波譜反照率的準(zhǔn)確測量。
[0006]本實用新型所提供的一種多通道窄波段波譜反照率測量裝置，包括一殼體和分別設(shè)置于所述殼體的頂部和底部的向上觀測傳感器和向下觀測傳感器；
[0007]所述向上觀測傳感器和所述向下觀測傳感器均包括余弦矯正器、濾光片和探測器；所述向上觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由上至下依次設(shè)置；所述向下觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由下至上依次設(shè)置。
[0008]上述的波譜反照率測量裝置中，所述余弦矯正器上套設(shè)有外罩，其可由石英材料制成，其可使整個太陽光譜和地面反射光譜打到所述向上觀測傳感器和所述向下觀測傳感器上，它還可以保護傳感器不受外部因素影響；內(nèi)徑可為34_，厚度可為1.5mm ；
[0009]所述外罩通過螺絲固定在所述殼體上。
[0010]上述的波譜反照率測量裝置中，所述殼體的上下表面均為圓弧形，其可由鋁合金機加件制成。
[0011]上述的波譜反照率測量裝置中，所述探測器可為硅敏探測器或熱電堆探測器，所述硅敏探測器的波譜響應(yīng)范圍為300?llOOnm，所述熱電堆探測器的波譜響應(yīng)范圍為300?3000nm。根據(jù)濾光片光學(xué)特性選用合適的光電探測器,一般在IlOOnm以內(nèi)的波段選用硅敏探測器，IlOOnm以外的波段選用熱電堆探測器。
[0012]上述的波譜反照率測量裝置中，所述殼體可為圓柱體形，其直徑可為68mm。
[0013]上述的波譜反照率測量裝置中，所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有水平儀，其可為圓柱體形，長25mm,直徑9mm,且所述水平儀可更換。
[0014]上述的波譜反照率測量裝置中，所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有安裝桿，且所述安裝桿可從所述殼體上拆卸下來，以便運輸，其長可為300mm，直徑可為10mm。
[0015]上述的波譜反照率測量裝置中，所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有信號輸出口。
[0016]上述的波譜反照率測量裝置中，所述探測器通過焊接針腳固定在一平板上；所述平板固定在所述殼體上；所述平板起固定傳感器的作用，上面有螺孔，可以用螺絲直接固定在外殼的腔內(nèi)，固定好的傳感器各部件之間接觸緊密。
[0017]上述的波譜反照率測量裝置中，所述余弦矯正器的材質(zhì)可為聚四氟乙烯，直徑可為14mm,厚度可為4mm。
[0018]本實用新型提供的波譜反照率測量裝置中，所述濾光片為定制的與衛(wèi)星傳感器波譜響應(yīng)一致的窄波段光學(xué)干涉濾光片。以MODIS衛(wèi)星反照率驗證為例，波譜反照率表的波段設(shè)置應(yīng)該與MODIS第1，2，3，4，5，7波段的波譜范圍一致，一組測量需要6組探頭，每個探頭需要的濾光片的參數(shù)為:第一個探頭濾光片中心波長645nm，半波寬50nm ;第二個探頭濾光片中心波長858.5nm,半波寬35nm ;第三個探頭濾光片中心波長469nm,半波寬20nm ;第四個探頭濾光片中心波長555nm,半波寬20nm ;第五個探頭濾光片中心波長1240nm,半波寬20nm ;第六個探頭濾光片中心波長2130nm，半波寬50nm。如需要與其他衛(wèi)星反照率產(chǎn)品進(jìn)行驗證的話，則需要選用或定制與待驗證衛(wèi)星波譜響應(yīng)一致的濾光片。
[0019]本實用新型具有如下有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以精確測定與衛(wèi)星傳感器波譜響應(yīng)一致的窄波段波譜反照率，為衛(wèi)星產(chǎn)品的驗證提供直接的驗證設(shè)備和數(shù)據(jù)；本實用新型采用的余弦校正器可以有效降低傳感器的余弦誤差；本實用新型為一體式的上下兩個傳感器，可以簡化設(shè)備，便于防水和安裝。本實用新型具有通道多、與衛(wèi)星傳感器波段匹配好、精度高、穩(wěn)定性高、體積小、成本低的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型波譜反照率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[0021]圖2為本實用新型波譜反照率測量裝置中向上觀測傳感器的分解圖。
[0022]圖中各標(biāo)記如下:1殼體、2向上觀測傳感器、3向下觀測傳感器、4余弦矯正器、5濾光片、6光電探測器、7外罩、8水平儀、9安裝桿、10信號輸出口、11平板、12螺圈。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。
[0024]如圖1和圖2所示，本實用新型提供的波譜反照率測量裝置包括一個圓柱體形的殼體I和分別設(shè)置于該殼體I的頂部和底部上的向上觀測傳感器2和向下觀測傳感器3，其中向上觀測傳感器2和向下觀測傳感器3均包括余弦矯正器4、濾光片5和光電探測器6 ；在向上觀測傳感器2中，余弦矯正器4、濾光片5和光電探測器6由上至下依次設(shè)置，主要探測太陽和環(huán)境下行輻射；在向下觀測傳感器3中，余弦矯正器4、濾光片5和光電探測器6由下至上依次設(shè)置，主要探測地表的反射輻射。本實用新型中，濾光片5的透過率與衛(wèi)星傳感器波譜響應(yīng)函數(shù)一致，保證獲取的信號與衛(wèi)星傳感器對應(yīng)波段獲取的值一致。
[0025]在余弦矯正器4上套設(shè)有外罩7，其為石英材質(zhì)，可使整個太陽光譜和地面反射光譜打到向上觀測傳感器2和向下觀測傳感器3上，它還可以保護傳感器不受外部因素影響。在殼體I的側(cè)壁上設(shè)有水平儀8，以保證光電探測器6的水平安裝，為圓柱體形，長25mm，直徑9mm,且可更換。
[0026]同時在殼體I的側(cè)壁上還設(shè)有安裝桿9，以便于測量過程中固定該波譜反照率測量裝置。在殼體I的側(cè)壁上還設(shè)有信號輸出口 10，將電纜接在信號輸出口 10上，電纜的另一端連接數(shù)據(jù)采集器，這樣就能把數(shù)據(jù)采集器就能把信號采集記錄下來了。
[0027]上述的波譜反照率測量裝置中，其中的光電探測器具體可選擇為硅敏探測器或熱電堆探測器，且其通過焊接針腳固定在一平板11上，該平板11固定在殼體I上。平板11起固定傳感器的作用，上面有螺孔，可以用螺絲直接固定在外殼的腔內(nèi)，固定好的傳感器各部件之間接觸緊密。
[0028]本實用新型中殼體的安裝過程如下:
[0029]1.將外罩由外密封圈用螺絲固定在殼體的上下表面，并用螺絲擰緊。
[0030]2.將左右水平器和前后水平器放入水平器卡槽，并用塞子塞緊。
[0031]3.將安裝桿用螺絲固定在殼體側(cè)面，固定的位置在左右水平器對面，與前后水平器成90°角。
[0032]本實用新型中傳感器的安裝過程如下:
[0033]1.將余弦校正器放入殼體上下表面預(yù)留的孔中，余弦校正器外表面與殼體上下表面在一個水平面上。
[0034]2.將濾光片放置在余弦校正片后方，用螺圈擰緊。
[0035]3.將固定在平板上的光電探測器安裝在濾光片后面，用螺絲固定好。
[0036]4.用電纜將光電探測器的正負(fù)極與電纜信號連接器連接，電纜信號連接器為四芯電纜防水接頭，四芯分別接上下傳感器的正負(fù)極。信號可通過外接電纜連接到數(shù)據(jù)采集器。
[0037]使用本實用新型波譜反照率測量裝置時，入射光或地面反射光穿過外罩到達(dá)余弦校正器，經(jīng)過角度校正后到達(dá)濾光片，特定帶寬的入射光經(jīng)光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后形成電流信號，電流信號經(jīng)電纜信號連接器可向外輸出到數(shù)據(jù)采集器中被記錄下來。該電流信號與傳感器所接收到的入射輻射強度成正比，但是不同的傳感器電流信號與輻射信號的轉(zhuǎn)換因子不同，需要將電流信號重新標(biāo)定為輻射強度信號，即獲取電流強度與光照強度的轉(zhuǎn)換因子，標(biāo)定后的傳感器可得到相應(yīng)的輻射能量大小。向上的傳感器主要探測太陽和環(huán)境下行輻射，向下的傳感器主要探測地表的反射輻射，兩者的比值(α =Ι±Μ/ITM)即為相應(yīng)的波譜反照率，兩者的差(a =Itwmm-1 即為地表的波譜短波凈輻射。這些參量與遙感傳感器獲取的信號具有波譜一致性，可以作為直接驗證數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道窄波段設(shè)置的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述波譜反照率測量裝置包括一殼體和分別設(shè)置于所述殼體的頂部和底部上的向上觀測傳感器和向下觀測傳感器； 所述向上觀測傳感器和所述向下觀測傳感器均包括余弦矯正器、濾光片和探測器； 所述向上觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由上至下依次設(shè)置；所述向下觀測傳感器中，所述余弦矯正器、所述濾光片和所述探測器由下至上依次設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述余弦矯正器上套設(shè)有外罩； 所述外罩通過螺絲固定在所述殼體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述殼體的上下表面均為圓弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述探測器為硅敏探測器或熱電堆探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述殼體為圓柱體形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有水平儀； 所述水平儀為圓柱體形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有安裝桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述殼體的側(cè)壁上設(shè)有信號輸出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波譜反照率測量裝置，其特征在于:所述探測器通過焊接針腳固定在一平板上； 所述平板固定在所述殼體上。
【文檔編號】G01N21/84GK203396709SQ201320404991
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】周紅敏, 王錦地, 梁順林, 屈永華, 張開 申請人:北京師范大學(xué)