可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，包括控制系統(tǒng)、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元，太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元由入射狹縫、光譜整形濾光片、入射光反射鏡、曲面棱鏡、色散光反射鏡、陣列光電探測(cè)器構(gòu)成。本發(fā)明集成了太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤、環(huán)境感知、自動(dòng)控制等功能，全自動(dòng)測(cè)量太陽(yáng)光譜輻照度。
【專利說明】
可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光輻射測(cè)量裝置領(lǐng)域，具體是一種可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)光譜輻照度是氣候、氣象研究、遙感應(yīng)用等科學(xué)領(lǐng)域的重要光學(xué)參數(shù)。連續(xù)細(xì)分光譜高精度測(cè)量太陽(yáng)輻照度能夠?yàn)榭茖W(xué)研究和應(yīng)用提供有效的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
[0003]以往的濾光片分光僅測(cè)量部分波段太陽(yáng)光譜輻照度;采用光柵分光存在分光效率低、二級(jí)光譜等問題;另外分光元件可靠性低、缺乏溫控、不穩(wěn)定等現(xiàn)象也降低了測(cè)量精度。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，以解決現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)光輻射照度測(cè)量裝置測(cè)量精度低的問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，包括集成于同一儀器殼體內(nèi)的控制系統(tǒng)、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元包括接收太陽(yáng)光的入射狹縫，入射狹縫后方依次設(shè)置有光譜整形濾光片、平面反射鏡結(jié)構(gòu)的入射光反射鏡，入射光反射鏡的反射光路上設(shè)置有曲面棱鏡，所述曲面棱鏡朝向入射光反射鏡的前表面為凹球面，曲面棱鏡后表面為凸球面，且曲面棱鏡后表面鍍有鋁反射膜，太陽(yáng)光通過入射狹縫，經(jīng)過光譜整形濾光片濾光整形后入射至入射光反射鏡，再經(jīng)過入射光反射鏡反射至曲面棱鏡前表面，曲面棱鏡前表面對(duì)入射的太陽(yáng)光色散后形成色散光譜，且曲面棱鏡前表面將色散光譜會(huì)聚至曲面棱鏡后表面，經(jīng)曲面棱鏡后表面的鋁反射膜反射后從曲面棱鏡出射；曲面棱鏡的出射光路上設(shè)置有平面反射鏡結(jié)構(gòu)的色散光反射鏡，色散光反射鏡的反射光路上設(shè)置有陣列光電探測(cè)器，所述陣列光電探測(cè)器接入控制系統(tǒng)，且陣列光電探測(cè)器位于曲面棱鏡的焦平面位置，曲面棱鏡出射的色散光譜經(jīng)色散光反射鏡反射后，入射至陣列光電探測(cè)器，陣列光電探測(cè)器采集色散光譜信號(hào)并將色散光譜信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)。
[0006]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，入射狹縫的寬度、長(zhǎng)度與陣列光電探測(cè)器像元尺寸相匹配，陣列光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)的色散光譜范圍350nm—110011111，光譜分辨率〈10111110
[0007]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，通過光譜整形濾光片，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器焦平面全波段的光強(qiáng)相接近，有效提高低照度波段的信噪比。
[0008]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，入射光反射鏡、色散光反射鏡均為平面反射鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光路的折轉(zhuǎn)，有效減小儀器的整體體積，并方便裝調(diào)。
[0009]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，曲面棱鏡采用主動(dòng)式熱電制冷器控制溫度，所述控制系統(tǒng)與熱電制冷器控制連接，曲面棱鏡固定在金屬殼體內(nèi)，金屬殼體設(shè)計(jì)了透明玻璃窗保證曲面棱鏡的入射和出射光路不受影響，熱電制冷器的一端與金屬殼體接觸，金屬殼體的外部利用保溫材料減小與環(huán)境空氣的熱交換，熱電制冷器的另一端與儀器殼體底板接觸，儀器殼體底板外部加工了散熱槽增大了與外界空氣接觸的面積，精密溫度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量棱鏡的溫度，當(dāng)曲面棱鏡溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)控制熱電制冷器工作。
[0010]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述儀器殼體集成了全自動(dòng)擋光器，測(cè)量太陽(yáng)光時(shí)自動(dòng)打開，關(guān)閉時(shí)遮擋光線通過，測(cè)量?jī)x器的暗信號(hào)。
[0011]所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:還包括集成于儀器殼體前端的消雜光光闌筒、集成于儀器殼體內(nèi)的四象限太陽(yáng)跟蹤器、電控的二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，所述儀器殼體置于二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，四象限太陽(yáng)跟蹤器的光軸與太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中入射狹縫光軸平行，且四象限太陽(yáng)跟蹤器接入控制系統(tǒng)，由二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元、四象限太陽(yáng)跟蹤器在二維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述控制系統(tǒng)與二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)控制連接;所述消雜光光闌筒同光軸設(shè)置在太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中入射狹縫前方，太陽(yáng)光經(jīng)消雜光光闌筒后入射至入射狹縫。
[0012]本發(fā)明的測(cè)量光路即太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元主要由入射狹縫、光譜整形濾光片、入射光反射鏡、曲面棱鏡、色譜光反射鏡、陣列光電探測(cè)器組成。其中，入射狹縫限制入射太陽(yáng)光，入射狹縫的透光尺寸與線陣探測(cè)器的像元尺寸相匹配入射狹縫的寬度與長(zhǎng)度以陣列光電探測(cè)器像元尺寸相匹配，測(cè)量光譜范圍350nm — llOOnm，光譜分辨率<10nm;曲面棱鏡對(duì)入射太陽(yáng)光的色散和會(huì)聚，在處于焦平面位置的陣列光電探測(cè)器上形成連續(xù)的色散光譜;陣列光電探測(cè)器探測(cè)色散光譜的強(qiáng)度信息，輸出電信號(hào);波段整形濾光片用于降低高輻照度波段的透過率并保證低照度波段的高透過率，實(shí)現(xiàn)各譜段的對(duì)應(yīng)探測(cè)器像元輸出在探測(cè)器線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)；反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，減少儀器的體積。
[0013]本發(fā)明采用曲面棱鏡作為分光元件。曲面棱鏡的前表面為凹球面，后表面為凸球面，后表面鍍鋁反射膜，一個(gè)光學(xué)元件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的色散和光譜會(huì)聚，并且僅產(chǎn)生一級(jí)光譜，分光效率高，雜散光低。
[0014]本發(fā)明中陣列光電探測(cè)器位于曲面棱鏡的焦平面位置，太陽(yáng)經(jīng)分光后匯聚在光電二級(jí)管像元上，實(shí)現(xiàn)對(duì)可見近紅外波段太陽(yáng)光細(xì)分光譜的同時(shí)探測(cè)。
[0015]本發(fā)明中，曲面棱鏡采用主動(dòng)式熱電制冷器控制溫度，實(shí)現(xiàn)曲面棱鏡的色散光譜波段穩(wěn)定性和透過率的恒穩(wěn)。曲面棱鏡固定在金屬殼體內(nèi)，金屬殼體設(shè)計(jì)了透明玻璃窗保證棱鏡的入射和出射光路不受影響。熱電制冷器通過熱交換，控制棱鏡的溫度。曲面棱鏡金屬殼體的外部利用保溫材料減小與環(huán)境空氣的熱交換，有利于將整個(gè)棱鏡金屬殼體保持在穩(wěn)定溫度。殼體底板外部加工了散熱槽增大與外界空氣接觸的面積，提高與外部環(huán)境的熱交換效率。曲面棱鏡外表面集成了精密溫度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量棱鏡的溫度，當(dāng)棱鏡溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，熱電制冷器開始工作。
[0016]本發(fā)明中，入射狹縫后有光譜整形濾光片，該濾光片降低高輻照度波段的透過率，保證低照度波段的高透過率，透過的太陽(yáng)光譜更加平坦，經(jīng)曲面棱鏡分光匯聚后，各光譜波段的光強(qiáng)一致性提高，通過設(shè)置探測(cè)器的積分時(shí)間，保證高照度波段對(duì)應(yīng)探測(cè)器像元的輸出不飽和，低照度波段對(duì)應(yīng)像元的輸出信號(hào)增強(qiáng)，有效提高全波段的信噪比。
[0017]本發(fā)明中，入射狹縫與曲面棱鏡之間的入射光路和曲面棱鏡與陣列光電探測(cè)器之間色散光路中設(shè)計(jì)都了反射鏡，實(shí)現(xiàn)了光路的折轉(zhuǎn)，有效減小了儀器的體積和重量，提高了便攜性。
[0018]本發(fā)明中，入射狹縫前設(shè)計(jì)了自動(dòng)快門，自動(dòng)快門處于常閉狀態(tài)，顯著減少太陽(yáng)光照射光學(xué)元件的時(shí)間，降低了儀器的衰減。快門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)測(cè)量?jī)x器的暗信號(hào)，快門打開后測(cè)量入射太陽(yáng)光信號(hào)。
[0019]本發(fā)明中設(shè)計(jì)了電控的二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，并集成了四象限太陽(yáng)跟蹤器，通過四象限太陽(yáng)跟蹤器的反饋控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的高精度跟蹤。
[0020]本發(fā)明利用高穩(wěn)定的曲面棱鏡對(duì)入射太陽(yáng)光色散和光譜會(huì)聚，處于焦平面位置的陣列光電探測(cè)器測(cè)量光譜信號(hào)，探測(cè)光譜范圍350nm-1100nm，光譜分辨率小于10nm。儀器測(cè)量光路設(shè)計(jì)了光譜整形濾光片、色散棱鏡精確溫控、暗信號(hào)自動(dòng)扣除，提高了儀器測(cè)量的信噪比，采用反射鏡折轉(zhuǎn)光路，減小了儀器的體積，并提高了測(cè)量精度。該可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀集成了太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤、環(huán)境感知、自動(dòng)控制等功能，全自動(dòng)測(cè)量太陽(yáng)光譜輻照度。
【附圖說明】
[0021]圖1為可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀構(gòu)成圖。
[0022]圖2太陽(yáng)輻照度測(cè)量光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1、圖2所示，可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，包括集成于同一儀器殼體內(nèi)的控制系統(tǒng)、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3，太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3包括接收太陽(yáng)光的入射狹縫31，入射狹縫31后方依次設(shè)置有光譜整形濾光片32、平面反射鏡結(jié)構(gòu)的入射光反射鏡33，入射光反射鏡33的反射光路上設(shè)置有曲面棱鏡34，曲面棱鏡朝34向入射光反射鏡33的前表面為凹球面，曲面棱鏡34后表面為凸球面，且曲面棱鏡34后表面鍍有鋁反射膜，太陽(yáng)光通過入射狹縫31，經(jīng)過光譜整形濾光片32濾光整形后入射至入射光反射鏡33，再經(jīng)過入射光反射鏡33反射至曲面棱鏡34前表面，入射的太陽(yáng)光通過曲面棱鏡34前表面后發(fā)生色散，并到達(dá)曲面棱鏡34后表面，經(jīng)曲面棱鏡34后表面的鋁反射膜反射后繼續(xù)色散，一直到曲面棱鏡34的前表面，同時(shí)從曲面棱鏡34后表面的鋁反射膜反射后的單色光匯聚，通過曲面棱鏡34的前表面出射；曲面棱鏡34的出射光路上設(shè)置有平面反射鏡結(jié)構(gòu)的色散光反射鏡35，色散光反射鏡35的反射光路上設(shè)置有陣列光電探測(cè)器36，陣列光電探測(cè)器36接入控制系統(tǒng)，且陣列光電探測(cè)器36位于曲面棱鏡34的焦平面位置，曲面棱鏡34出射的色散光譜經(jīng)色散光反射鏡35反射后，入射至陣列光電探測(cè)器36，陣列光電探測(cè)器36采集色散光譜信號(hào)并將色散光譜信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)。
[0024]，太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中，入射狹縫31的寬度、長(zhǎng)度與陣列光電探測(cè)器36像元尺寸相匹配，陣列光電探測(cè)器36對(duì)應(yīng)的色散光譜范圍350nm—I 10nm，光譜分辨率〈10nmo
[0025]太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中，通過光譜整形濾光片32，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器焦平面全波段的光強(qiáng)相接近，有效提高低照度波段的信噪比。
[0026]太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中，入射光反射鏡33、色散光反射鏡35均為平面反射鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光路的折轉(zhuǎn)，有效減小儀器的整體體積，并方便裝調(diào)。
[0027]太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中，曲面棱鏡34采用主動(dòng)式熱電制冷器控制溫度，控制系統(tǒng)與熱電制冷器控制連接，曲面棱鏡34固定在金屬殼體內(nèi)，金屬殼體設(shè)計(jì)了透明玻璃窗保證曲面棱鏡的入射和出射光路不受影響，熱電制冷器的一端與金屬殼體接觸，金屬殼體的外部利用保溫材料減小與環(huán)境空氣的熱交換，熱電制冷器的另一端與儀器殼體底板接觸，儀器殼體底板外部加工了散熱槽增大了與外界空氣接觸的面積，精密溫度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量棱鏡的溫度，當(dāng)曲面棱鏡溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)控制熱電制冷器工作。
[0028]太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3集成了全自動(dòng)擋光器，測(cè)量太陽(yáng)光時(shí)自動(dòng)打開，關(guān)閉時(shí)遮擋光線通過，測(cè)量?jī)x器的暗信號(hào)。
[0029]可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀還包括消雜光光闌筒1、四象限太陽(yáng)跟蹤器
2、電控的二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4，消雜光光闌筒1、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3、四象限太陽(yáng)跟蹤器2集成在一起置于二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4上，四象限太陽(yáng)跟蹤器2的光軸與太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中入射狹縫31光軸平行，且四象限太陽(yáng)跟蹤器2接入控制系統(tǒng)，由二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4帶動(dòng)太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3、四象限太陽(yáng)跟蹤器2在二維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制系統(tǒng)與二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4控制連接;消雜光光闌筒I同光軸設(shè)置在太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中入射狹縫31前方，太陽(yáng)光經(jīng)消雜光光闌筒I后入射至入射狹縫31。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明中，控制系統(tǒng)包括主控制器13、四象限探測(cè)器電路5、陣列光電探測(cè)器電路6、溫控電路7、二維轉(zhuǎn)動(dòng)電路8、供電接口 9、環(huán)境感知模塊接口 1、本地和遠(yuǎn)程控制接口 11。
[0031]太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3中，陣列光電探測(cè)器36輸出端與陣列光電探測(cè)器電路6輸入端連接，陣列光電探測(cè)器電路6輸出端接入主控制器13;熱電制冷器輸入端與溫控電路7輸出端連接，溫控電路7輸入端接入主控制器13。
[0032]四象限太陽(yáng)跟蹤器2輸出端與四象限探測(cè)器電路5輸入端連接，四象限探測(cè)器電路5輸出端接入主控制器13。
[0033]二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4輸入端與二維轉(zhuǎn)動(dòng)電路8輸出端連接，二維轉(zhuǎn)動(dòng)電路8輸入端接入主控制器13。
[0034]供電接口 9接入主控制器13，外部電源通過供電接口 9供電至主控制器13。
[0035]環(huán)境感知模塊接口10接入主控制器13，外部環(huán)境傳感器通過環(huán)境感知模塊接口 10接入主控制器13。
[0036]本地和遠(yuǎn)程控制接口 11接入主控制器13，主控制器13通過本地和遠(yuǎn)程控制接口 11與遠(yuǎn)端上位機(jī)通訊連接。
[0037]本發(fā)明包括消雜光光闌筒1、太陽(yáng)跟蹤單元2、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元3，二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)
4。儀器光電探測(cè)部分固定在二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)4上，其中四象限太陽(yáng)跟蹤器2與太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元光軸平行，共同集成在儀器殼體內(nèi)。儀器的電控系統(tǒng)控制系統(tǒng)自動(dòng)工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了供電接口9，可以采用市電或太陽(yáng)能電池板供電，環(huán)境感知模塊接口 10，用于收集測(cè)量時(shí)溫度、濕度、雨水、氣壓等測(cè)量輔助信息，當(dāng)下雨時(shí)，儀器自動(dòng)停止工作，并將光學(xué)探測(cè)光闌筒自動(dòng)對(duì)地狀態(tài)，避免雨水進(jìn)入光闌筒，并減小塵土的污染。本地和遠(yuǎn)程控制接口 11，用于上位機(jī)和遠(yuǎn)程控制儀器工作，輸入自動(dòng)工作參數(shù)，讀出測(cè)量數(shù)據(jù)及輔助信息。
[0038]儀器開機(jī)后，溫控電路7開始工作，棱鏡的溫度由精密溫度計(jì)實(shí)時(shí)反饋到總控系統(tǒng)，直到棱鏡溫度達(dá)到設(shè)定范圍，在工作過程中，棱鏡一直保持在± 1°的溫度變化范圍。曲面棱鏡的光譜折射率和透過率和溫度密切相關(guān)，利用帕爾貼溫控曲面棱鏡，保證棱鏡的穩(wěn)定性，提高光譜輻射測(cè)量的高精度。
[0039]儀器開機(jī)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，首先總控系統(tǒng)根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)所在的經(jīng)瑋度和時(shí)間，由理論公式計(jì)算出太陽(yáng)的理論位置，控制轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在相應(yīng)的天頂角和方位角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)粗跟蹤太陽(yáng)，然后利用四象限太陽(yáng)跟蹤器2精密跟蹤太陽(yáng)，四象限探測(cè)器電路5對(duì)光電信號(hào)放大、處理，主控制器13計(jì)算出偏離太陽(yáng)的方位角和天頂角，以及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)，二維轉(zhuǎn)動(dòng)電路8執(zhí)行對(duì)太陽(yáng)跟蹤，在跟蹤過程中，四象限太陽(yáng)跟蹤器2實(shí)時(shí)反饋跟蹤精度，直到跟蹤太陽(yáng)角度閾值小于0.1°，儀器停止跟蹤，開始測(cè)量。
[0040]儀器首先測(cè)量本底信號(hào)，并保持到總控系統(tǒng)。然后打開快門，太陽(yáng)光進(jìn)入分光探測(cè)光路，如圖2所示，太陽(yáng)光依次通過濾光片、快門、入射光反射鏡到達(dá)曲面棱鏡，曲面棱鏡對(duì)太陽(yáng)光分光，經(jīng)后表面反射后透過前表面，由分光反射鏡改變光路方向，在陣列探測(cè)器焦平面位置匯聚，形成連續(xù)色散光譜。陣列光電探測(cè)器電路6的功能包括電路驅(qū)動(dòng)、信號(hào)濾波放大、程控放大，由各探測(cè)器像元完成光電轉(zhuǎn)換，輸出電信號(hào)，總控系統(tǒng)扣除本底信號(hào)，自動(dòng)保存所測(cè)量的光譜輻射信號(hào)，為判斷測(cè)量時(shí)的天氣狀況，儀器在10秒內(nèi)連續(xù)測(cè)量3次。所測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過控制接口傳輸?shù)奖镜厣衔粰C(jī)或遠(yuǎn)程上位機(jī)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，包括集成于同一儀器殼體內(nèi)的控制系統(tǒng)、太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元包括接收太陽(yáng)光的入射狹縫，入射狹縫后方依次設(shè)置有光譜整形濾光片、平面反射鏡結(jié)構(gòu)的入射光反射鏡，入射光反射鏡的反射光路上設(shè)置有曲面棱鏡，所述曲面棱鏡朝向入射光反射鏡的前表面為凹球面，曲面棱鏡后表面為凸球面，且曲面棱鏡后表面鍍有鋁反射膜，太陽(yáng)光通過入射狹縫，經(jīng)過光譜整形濾光片濾光整形后入射至入射光反射鏡，再經(jīng)過入射光反射鏡反射至曲面棱鏡前表面，曲面棱鏡前表面對(duì)入射的太陽(yáng)光色散后形成色散光譜，且曲面棱鏡前表面將色散光譜會(huì)聚至曲面棱鏡后表面，經(jīng)曲面棱鏡后表面的鋁反射膜反射后從曲面棱鏡出射；曲面棱鏡的出射光路上設(shè)置有平面反射鏡結(jié)構(gòu)的色散光反射鏡，色散光反射鏡的反射光路上設(shè)置有陣列光電探測(cè)器，所述陣列光電探測(cè)器接入控制系統(tǒng)，且陣列光電探測(cè)器位于曲面棱鏡的焦平面位置，曲面棱鏡出射的色散光譜經(jīng)色散光反射鏡反射后，入射至陣列光電探測(cè)器，陣列光電探測(cè)器采集色散光譜信號(hào)并將色散光譜信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，入射狹縫的寬度、長(zhǎng)度與陣列光電探測(cè)器像元尺寸相匹配，陣列光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)的色散光譜范圍350nm—110011111，光譜分辨率〈1011111。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，通過光譜整形濾光片，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器焦平面全波段的光強(qiáng)相接近，有效提高低照度波段的信噪比。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，入射光反射鏡、色散光反射鏡均為平面反射鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光路的折轉(zhuǎn)，有效減小儀器的整體體積，并方便裝調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中，曲面棱鏡采用主動(dòng)式熱電制冷器控制溫度，所述控制系統(tǒng)與熱電制冷器控制連接，曲面棱鏡固定在金屬殼體內(nèi)，金屬殼體設(shè)計(jì)了透明玻璃窗保證曲面棱鏡的入射和出射光路不受影響，熱電制冷器的一端與金屬殼體接觸，金屬殼體的外部利用保溫材料減小與環(huán)境空氣的熱交換，熱電制冷器的另一端與儀器殼體底板接觸，儀器殼體底板外部加工了散熱槽增大了與外界空氣接觸的面積，精密溫度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量棱鏡的溫度，當(dāng)曲面棱鏡溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)控制熱電制冷器工作。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:所述儀器殼體集成了全自動(dòng)擋光器，測(cè)量太陽(yáng)光時(shí)自動(dòng)打開，關(guān)閉時(shí)遮擋光線通過，測(cè)量?jī)x器的暗信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見近紅外波段高精度太陽(yáng)輻照度儀，其特征在于:還包括集成于儀器殼體前端的消雜光光闌筒、集成于儀器殼體內(nèi)的四象限太陽(yáng)跟蹤器、電控的二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，所述儀器殼體置于二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，四象限太陽(yáng)跟蹤器的光軸與太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中入射狹縫光軸平行，且四象限太陽(yáng)跟蹤器接入控制系統(tǒng)，由二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元、四象限太陽(yáng)跟蹤器在二維平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述控制系統(tǒng)與二維轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)控制連接；所述消雜光光闌筒同光軸設(shè)置在太陽(yáng)光分譜探測(cè)單元中入射狹縫前方，太陽(yáng)光經(jīng)消雜光光闌筒后入射至入射狹縫。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK105973468SQ201610297422
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】李新, 鄭小兵, 張艷娜, 劉恩超
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院