本發(fā)明屬于光輻射測(cè)量和氣象領(lǐng)域，具體涉及一種超薄入光口積分球式余弦校正器。

背景技術(shù)：
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在實(shí)驗(yàn)室照度測(cè)量和室外太陽(yáng)輻照度測(cè)量中，通常需要使用余弦校正器。余弦校正器的余弦特性是影響照度測(cè)量精度的重要因素。

目前常用的余弦校正器形式有：（1）石英、浮法玻璃等材料制成的透射式毛面玻璃。使用時(shí)將毛玻璃片作為單獨(dú)的光學(xué)頭部直接安裝在光譜儀或探測(cè)器導(dǎo)光光纖前部；（2）積分球。使用時(shí)，將光譜儀或探測(cè)器導(dǎo)光光纖安裝在積分球上垂直入光口的位置，通常在入光口和出光口之間使用擋光板遮擋來(lái)自入光口的直射光。

毛面玻璃式余弦校正器光學(xué)效率高，不足之處在于余弦特性一般，一般僅能在有限的角度范圍內(nèi)具有較優(yōu)良的余弦特性，適用范圍有限，容易引入較大的余弦誤差。積分球式余弦校正器內(nèi)部經(jīng)過(guò)內(nèi)部涂層多次漫反射，光學(xué)效率低，但可以在更大角度范圍上保持優(yōu)良的余弦特性。

積分球式余弦校正器的余弦特性與積分球入光口壁厚有直接關(guān)系，入光口太厚將部分遮攔斜入射光束，直接影響余弦特性的角度范圍；此外，直射和一次反射光直接照明積分球出光口處光纖也會(huì)直接影響余弦特性。由于機(jī)械加工形變等限制，目前積分球開(kāi)口處金屬球殼壁厚和聚四氟乙烯材料的厚度組成的積分球壁厚一般在2mm以上，難以進(jìn)一步減小。并且，現(xiàn)有的積分球式余弦校正器在遮擋直射光方面考慮較多，而在同樣影響余弦特性的一次反射光遮擋方面考慮不足，這些因素限制了積分球式余弦校正器余弦特性的進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服已有的技術(shù)障礙，提出一種超薄入光口積分球式余弦校正器，充分考慮直射光和積分球內(nèi)一次反射光的遮擋，提高現(xiàn)有積分球式余弦校正器的余弦響應(yīng)特性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：包括有石英超半球球罩、球形內(nèi)膽、金屬球殼、超薄金屬片和擋光板，球形內(nèi)膽安裝于金屬球殼內(nèi)、開(kāi)口位置重合構(gòu)成積分球，所述球形內(nèi)膽包括有內(nèi)膽上半球、內(nèi)膽下半球，金屬球殼包括有金屬球殼上半球、金屬球殼下半球；所述擋光板通過(guò)擋光板安裝支架固定在球形內(nèi)膽上；所述積分球的頂部開(kāi)設(shè)有出光口，內(nèi)膽上半球和金屬球殼上半球的頂部齊平，超薄金屬片置于金屬球殼上半球的頂部出光口處，超薄金屬片的中心開(kāi)孔，用于接收所測(cè)量輻射信息；所述石英超半球球罩設(shè)在金屬球殼上半球上；所述積分球的上、下半球的接縫處設(shè)有用于安裝光纖的入光口，入光口法線平面與出光口法線平面垂直。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述球形內(nèi)膽采用經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后形成的發(fā)泡聚四氟乙烯加工而成。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述內(nèi)膽上半球、內(nèi)膽下半球的接縫平面為經(jīng)過(guò)球心的圓形傾斜面，接縫平面傾斜角度大于等于45°。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述超半球石英球罩的中心線與入光口法線重合。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述球形內(nèi)膽入光口處壁厚小于1毫米。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述超薄金屬片為環(huán)形的不銹鋼、黃銅或銦鋼薄片，厚度小于等于0.1mm。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述超薄金屬片中心開(kāi)孔大小與球形內(nèi)膽的入光口大小相同，表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑工藝處理。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述擋光板安裝于球形內(nèi)膽的出光口一側(cè)，擋光板通過(guò)擋光板安裝支架固定在球形內(nèi)膽上半球上，擋光板中心正對(duì)出光口。

所述的超薄入光口積分球式余弦校正器，其特征在于：所述擋光板為圓形，由發(fā)泡聚四氟乙烯材料加工而成或者由金屬片表面噴涂聚四氟乙烯涂層制成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明使用經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的發(fā)泡聚四氟乙烯材料直接加工成積分球內(nèi)膽，對(duì)內(nèi)膽入光口處再進(jìn)行仔細(xì)修磨，貼合黑色超薄金屬片，可以將積分球總壁厚控制在1mm以內(nèi)，工藝實(shí)現(xiàn)難度小。使用遮光板正對(duì)（垂直）積分球出口，并考慮到光纖的觀測(cè)視場(chǎng)有限，可完全遮擋一次反射光；遮光板固定支架寬度經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，可完全遮擋直射光。經(jīng)過(guò)上述兩項(xiàng)改進(jìn)，可有效提高現(xiàn)有積分球余弦校正器的余弦特性水平。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝配圖。

圖2為本發(fā)明使用的超薄金屬片外觀圖。

圖3為本發(fā)明安裝超薄金屬片位置臺(tái)階局部放大圖。

圖4為利用圖1結(jié)構(gòu)余弦校正器配合照度計(jì)實(shí)測(cè)的全天太陽(yáng)直射照度曲線。

圖5為本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)形式（一）。

圖6為本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)形式（二）。

圖7為本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)形式（三）。

圖8為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式（三）所使用的余弦誤差校正環(huán)。

具體實(shí)施方式

超薄入光口積分球式余弦校正器，整體結(jié)構(gòu)裝配圖見(jiàn)圖1所示。包括有石英超半球球罩1、鋁合金金屬球殼上半球21、鋁合金金屬球殼下半球22、聚四氟乙烯球形內(nèi)膽上半球31、聚四氟乙烯球形內(nèi)膽下半球32、擋光板41、擋光板安裝支架42、安裝有光纖接口的入光口5，超薄金屬薄片6和出光口7。

擋光板安裝支架42表面噴涂聚四氟乙烯涂層，聚四氟乙烯擋光板41和擋光板安裝支架42使用2個(gè)螺絲10固定，固定后整體安裝在聚四氟乙烯球形內(nèi)膽31上，使用2個(gè)螺絲11在聚四氟乙烯球形內(nèi)膽31外部固定。

聚四氟乙烯球形內(nèi)膽31和32按照?qǐng)D1所示扣合，接縫截面為一傾斜圓面，與過(guò)球形內(nèi)膽球心的水平面夾角大于45°，在本實(shí)施案例中夾角達(dá)到了53°。采用這種接合方式可避免測(cè)量太陽(yáng)輻射時(shí)，太陽(yáng)直射光束直接照明到接縫位置，影響測(cè)量精度。按照?qǐng)D1所示的接合方式，可保證測(cè)量太陽(yáng)輻射時(shí)太陽(yáng)直射光束在絕大多數(shù)時(shí)刻照明在內(nèi)膽球面的均勻位置。兩個(gè)半球接縫位置處可通過(guò)涂膠方式緊固。

鋁合金金屬球殼上半球21和鋁合金金屬球殼下半球22如圖1所示接合，接縫位于水平平面，在金屬球殼半球上在接縫附近使用6個(gè)沿圓周均勻分布的螺絲9固定，螺絲分布位置避開(kāi)積分球出光口（光纖接口）5。

在積分球頂部開(kāi)口7處，應(yīng)當(dāng)保證聚四氟乙烯球形內(nèi)膽31頂部和鋁合金金屬球殼上半球21頂部齊平，將圖2所示超薄金屬片6放在鋁合金金屬球殼上半球21頂部臺(tái)階13內(nèi)，超薄金屬片6中心開(kāi)口對(duì)齊積分球出光口7，使用粘結(jié)劑貼合固定。鋁合金金屬球殼上半球21頂部臺(tái)階13見(jiàn)圖3。安裝黑色超薄金屬片6后，黑色超薄金屬片6完全遮蓋聚四氟乙烯球形內(nèi)膽31頂部裸露部分，將積分球出光口7周圍形成平整的黑色平面。

石英超半球球罩1安裝在鋁合金球殼上半球21頂部圓槽中，使用粘結(jié)劑膠合，完成超薄入光口積分球式余弦校正器的安裝。

將圖3所示超薄入光口積分球式余弦校正器安裝到一個(gè)光譜儀上，使用光纖束連接余弦校正器出光口和光譜儀入光口，在敦煌地區(qū)測(cè)量了全天的太陽(yáng)光譜輻照度，獲得了550nm波長(zhǎng)處一整天的測(cè)試曲線，如圖4所示。圖4測(cè)量曲線呈現(xiàn)出理想的余弦特征，證明了本發(fā)明設(shè)計(jì)形式的優(yōu)越性。其他波長(zhǎng)處也有類似的結(jié)果，不再贅述。

除上述實(shí)施方式外，鋁合金屬金球殼上半球21頂部邊緣臺(tái)階12還可用作余弦誤差校正環(huán)，校正大角度范圍照明情況下的余弦誤差。利用鋁合金金屬球殼上半球21頂部邊緣臺(tái)階12作為余弦誤差校正環(huán)的實(shí)施方式參考圖5，邊緣臺(tái)階12明顯高出黑色超薄金屬片6平面，實(shí)現(xiàn)大角度入射光束的遮擋。邊緣臺(tái)階12既用于固定石英超半球球罩1，又可遮擋大角度入射光束，起到余弦誤差校正器的作用。

或者如圖6所示，增大鋁合金金屬球殼上半球21頂部外圍直徑，邊緣臺(tái)階12距離石英超半球球罩1一定距離，邊緣臺(tái)階12僅作為余弦誤差校正器使用。

或者如圖7所示，單獨(dú)制作余弦誤差校正器14，使用4個(gè)螺釘15將其固定在鋁合金金屬球殼上半球21頂部邊緣臺(tái)階12上。余弦誤差校正器14的完整形式見(jiàn)圖8。

聚四氟乙烯擋光板41的大小和距離光纖端面的距離可根據(jù)使用的光纖數(shù)值孔徑和芯徑參數(shù)調(diào)整。