專利名稱：高精度太陽細(xì)分光譜輻照度測(cè)量方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光輻射測(cè)量領(lǐng)域和遙感科學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種高精度太陽細(xì)分光譜輻
照度測(cè)量方法與裝置。
背景技術(shù)：
太陽輻射是影響地球大氣動(dòng)力學(xué)、海洋動(dòng)力學(xué)和全球能量平衡的決定性因素，與 地球大氣層和氣候變化存在著相關(guān)性。評(píng)估太陽輻射變化在長(zhǎng)期的全球氣候和環(huán)境變化中 所起的作用，并將它和人類影響因素如溫室效應(yīng)加以區(qū)分，需要根據(jù)長(zhǎng)期精確的觀測(cè)結(jié)果 才能得到有說服力的結(jié)論。太陽輻射與光譜密切相關(guān)，并經(jīng)過大氣對(duì)波長(zhǎng)選擇性的吸收和 散射影響著天氣過程和氣候變化，對(duì)太陽細(xì)分光譜輻射照度的觀測(cè)具有特別重要的意義。
傳統(tǒng)上對(duì)太陽輻射的觀測(cè)主要集中在總輻照度變化，并且精度也受到了一定的限 制。目前在大氣科學(xué)與遙感領(lǐng)域雖然也有分光譜的太陽輻射觀測(cè)設(shè)備，但這些設(shè)備并不是 用于太陽輻射本身變化的觀測(cè)，而是通過觀測(cè)太陽光譜輻射與理論上的大氣層外太陽光譜 輻照度的相對(duì)變化，用于計(jì)算大氣氣溶膠光學(xué)厚度等參數(shù)，存在著光譜通道少、精度低、穩(wěn) 定性低等不足。 太陽輻射的相對(duì)變化幅度很小，一個(gè)ll年的太陽周期內(nèi)約變化O. 1%，這對(duì)太陽 絕對(duì)輻照度的觀測(cè)提出了極高的精度要求，已接近于目前光輻射計(jì)量的最高水平，傳統(tǒng)的 太陽輻射觀測(cè)設(shè)備無法滿足這樣的觀測(cè)精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度、絕對(duì)輻照度、自動(dòng)化程度高的太陽細(xì)分光譜輻
射度觀測(cè)裝置及方法，以克服已有技術(shù)的不足。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為 高精度太陽細(xì)分光譜輻射照度觀測(cè)裝置，包括有轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于二維轉(zhuǎn)臺(tái)上的棱鏡光 譜儀，所述棱鏡光譜儀包括殼體，殼體外部固定有太陽跟蹤器，所述太陽跟蹤器電連接外部 控制裝置，外部控制裝置根據(jù)太陽跟蹤器的反饋信號(hào)控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)棱鏡光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì) 準(zhǔn)太陽，其特征在于所述殼體一個(gè)端面開有供太陽光入射的多個(gè)信號(hào)光入光口及多個(gè)參 考光入光口，殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)呈鏡像對(duì)稱的可轉(zhuǎn)動(dòng)的費(fèi)里棱鏡，及呈鏡像對(duì)稱的分別與 費(fèi)里棱鏡一一配合的陷阱探測(cè)器，每個(gè)費(fèi)里棱鏡其反射面各自對(duì)準(zhǔn)殼體上不同的信號(hào)光入 光口 ，太陽光從信號(hào)光入光口入射至所述費(fèi)里棱鏡，被費(fèi)里棱鏡反射至所述陷阱探測(cè)器，一 個(gè)費(fèi)里棱鏡及與之配合的一個(gè)陷阱探測(cè)器分別構(gòu)成棱鏡光譜探測(cè)單元；殼體內(nèi)還設(shè)置有與 兩個(gè)費(fèi)里棱鏡光路配合的耦合望遠(yuǎn)鏡，所述耦合望遠(yuǎn)鏡包括鏡筒及分別設(shè)置于鏡筒兩端的 且反射面相對(duì)的二個(gè)球面反射鏡，兩球面反射鏡之間設(shè)置有狹縫，轉(zhuǎn)動(dòng)費(fèi)里棱鏡時(shí)，所述費(fèi) 里棱鏡的反射光入射至所述耦合望遠(yuǎn)鏡一端側(cè)壁開孔入射到其中一個(gè)球面反射鏡上，反射 光經(jīng)過狹縫，被耦合望遠(yuǎn)鏡另一端的球面反射鏡依次反射后，從耦合望遠(yuǎn)鏡另一端側(cè)壁上 開孔出射至另一個(gè)費(fèi)里棱鏡，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光譜探測(cè)單元的相互定標(biāo)；還包括分別與棱鏡光譜探測(cè)單元一一配合的兩個(gè)參考光接收單元，所述參考光接收單元包括凹面鏡和與凹面鏡光 路配合的線陣列探測(cè)器，所述凹面鏡其凹面分別對(duì)準(zhǔn)不同的參考光入光口 ，太陽光從參考 光入光口入射至凹面鏡，被凹面鏡反射至線陣列探測(cè)器，所述線陣列探測(cè)器電連接外部控 制裝置。 外部控制裝置根據(jù)線陣列探測(cè)器的反饋信號(hào)控制所述費(fèi)里棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。 所述的高精度太陽細(xì)分光譜輻照度觀測(cè)裝置，其特征在于所述凹面鏡固定于費(fèi)
里棱鏡頂端與費(fèi)里棱鏡共同轉(zhuǎn)動(dòng)，所述參考光入光口與信號(hào)光入光口上下設(shè)置。 所述的高精度太陽細(xì)分光譜輻照度觀測(cè)裝置觀測(cè)高精度太陽細(xì)分光譜輻射照的
方法，其特征在于太陽跟蹤器通過比較入射太陽光在空間方向的大小，反饋控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)
轉(zhuǎn)動(dòng)，使棱鏡光譜儀始終對(duì)準(zhǔn)太陽，太陽光從棱鏡光譜儀殼體上的信號(hào)光入光口及參考光
入光口入射至棱鏡光譜儀； 使用其中一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元，另外一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元每隔一定的周期使 用一次，以監(jiān)測(cè)經(jīng)常使用的棱鏡光譜探測(cè)單元的衰變；太陽的信號(hào)光入射至所使用的棱鏡 光譜探測(cè)單元中的費(fèi)里棱鏡，費(fèi)里棱鏡集色散、會(huì)聚于一體，僅產(chǎn)生單一級(jí)次光譜，信號(hào)光 經(jīng)過費(fèi)里棱鏡前表面的色散，后表面的反射，會(huì)聚到焦平面形成連續(xù)光譜，同時(shí)參考光接收 單元中凹面鏡將參考光會(huì)聚至線陣列探測(cè)器，線陣列探測(cè)器讀出會(huì)聚光線的位置，反饋控 制正使用的費(fèi)里棱鏡掃描轉(zhuǎn)動(dòng)，正使用的費(fèi)里棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其反射的信號(hào)光的連續(xù)光譜在焦 平面上移動(dòng)，由陷阱探測(cè)器接收正使用的費(fèi)里棱鏡出射的信號(hào)光，信號(hào)光經(jīng)過陷阱探測(cè)器 五次反射吸收，五次反射后反射出來的光認(rèn)為全部吸收了，即可以忽略，陷阱探測(cè)器測(cè)量各 光譜波段的絕對(duì)光通量，根據(jù)信號(hào)光入光口面積和分光光路的透過率，計(jì)算得到太陽光光 譜的絕對(duì)輻照度；關(guān)閉經(jīng)常使用棱鏡光譜儀的信號(hào)光入光口，打開另外一個(gè)隔一定周期后 使用的費(fèi)里棱鏡光譜儀的信號(hào)光入光口成為正在使用的光譜儀，信號(hào)光被正使用的費(fèi)里棱 鏡色散、會(huì)聚后，進(jìn)入耦合望遠(yuǎn)鏡，在耦合望遠(yuǎn)鏡中被球面反射鏡依次反射后，信號(hào)光的色 散會(huì)聚光被引入到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡作為單色入射光源，分別測(cè)量單色入射光未進(jìn)入經(jīng) 常使用的費(fèi)里棱鏡前的光通量和經(jīng)過經(jīng)常正使用的費(fèi)里棱鏡反射后的光通量，將兩者相比 即得到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡的透過率。 本發(fā)明包括二維轉(zhuǎn)臺(tái)、太陽跟蹤器和棱鏡光譜儀。所述的棱鏡光譜儀固定在二維 轉(zhuǎn)臺(tái)上，在太陽跟蹤器的反饋控制下轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)棱鏡光譜儀始終對(duì)準(zhǔn)太陽，由棱鏡光譜 儀測(cè)量太陽的光譜輻照度。 棱鏡光譜儀由兩個(gè)相同的棱鏡光譜探測(cè)單元構(gòu)成，它們呈鏡像對(duì)稱安裝，互為備 份，并且可以通過耦合光路相互定標(biāo)光路透過率。 棱鏡光譜探測(cè)單元采用費(fèi)里棱鏡(以下簡(jiǎn)稱F&y棱鏡)分光，太陽光經(jīng)過光譜儀 入射狹縫照射到F6ry棱鏡上，同時(shí)棱鏡掃描轉(zhuǎn)動(dòng)，由陷阱探測(cè)器測(cè)量出通過出射狹縫的各 光譜波段的絕對(duì)光通量，并根據(jù)入射狹縫面積和分光光路的透過率，反演計(jì)算得到陽光光 譜絕對(duì)輻照度。 設(shè)陷阱探測(cè)器的輸出為電壓V，可以表示為 V = A / A,E(A)t(A)R(A)dA[V] (1)其中E(入)是待測(cè)的太陽光譜輻照度(W cm—2nm—0， A是入射狹縫的面積(cm2)，
R(入)是陷阱探測(cè)器的通量響應(yīng)率(V W—0， t(A)是分光光路在波長(zhǎng)A處的透過率，A入是由分光光路決定的、能引起探測(cè)器有效響應(yīng)的光譜帶寬(nm)。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，有效地解決了傳統(tǒng)技術(shù)的太陽輻射觀測(cè)設(shè)備無法滿足 觀察精度要求的問題。通過設(shè)置二維轉(zhuǎn)臺(tái)能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的跟蹤，通過在光譜儀殼 體內(nèi)設(shè)置有兩套相互對(duì)稱的光譜探測(cè)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)光譜探測(cè)單元相互定標(biāo)，并且當(dāng)一套 光譜探測(cè)單元損壞時(shí)，可以由另一套光譜探測(cè)單元替換。


圖l為本發(fā)明測(cè)量原理圖。 圖2為本發(fā)明外觀示意圖。 圖3為本發(fā)明棱鏡光譜儀內(nèi)部光譜探測(cè)單元光路圖。 圖4為耦合望遠(yuǎn)鏡光路圖。 圖5為參考光接收單元光路圖。 圖6為陷阱探測(cè)器光路示意圖。 圖7為費(fèi)里棱鏡光路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1 、圖2 、圖3 、圖4、圖5 、圖6及圖7所示。高精度太陽細(xì)分光譜輻射度觀測(cè)裝 置，包括有轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于二維轉(zhuǎn)臺(tái)1上的棱鏡光譜儀2，棱鏡光譜儀2包括殼體，殼體外部固 定有太陽跟蹤器3，太陽跟蹤器3電連接外部控制裝置，外部控制裝置根據(jù)太陽跟蹤器3的 反饋信號(hào)控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)1帶動(dòng)棱鏡光譜儀2轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)太陽，殼體一個(gè)端面開有供太陽光入 射的多個(gè)信號(hào)光入光口及多個(gè)參考光入光口 ，殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)呈鏡像對(duì)稱的可轉(zhuǎn)動(dòng)的費(fèi) 里棱鏡4、5，及呈鏡像對(duì)稱的分別與費(fèi)里棱鏡一一配合的陷阱探測(cè)器6、7，每個(gè)費(fèi)里棱鏡4、 5其反射面各自對(duì)準(zhǔn)殼體上不同的信號(hào)光入光口，太陽光從信號(hào)光入光口入射至費(fèi)里棱鏡， 被費(fèi)里棱鏡反射至陷阱探測(cè)器，一個(gè)費(fèi)里棱鏡及與之配合的一個(gè)陷阱探測(cè)器分別構(gòu)成棱鏡 光譜探測(cè)單元；殼體內(nèi)還設(shè)置有與兩個(gè)費(fèi)里棱鏡4、5光路配合的耦合望遠(yuǎn)鏡14，耦合望遠(yuǎn) 鏡14包括鏡筒8及設(shè)置于鏡筒8兩端的反射面相對(duì)的球面反射鏡9、10，兩球面反射鏡9、 10之間設(shè)置有狹縫ll，轉(zhuǎn)動(dòng)費(fèi)里棱鏡4時(shí)，費(fèi)里棱鏡4的反射光入射至耦合望遠(yuǎn)鏡鏡筒一 端側(cè)壁的開孔進(jìn)入其中一個(gè)球面反射鏡9上，經(jīng)過狹縫ll，被耦合望遠(yuǎn)鏡兩端的球面反射 鏡10反射后，從耦合望遠(yuǎn)鏡鏡筒另一端側(cè)壁開孔出射至另一個(gè)費(fèi)里棱鏡5，分別測(cè)量進(jìn)入 費(fèi)里棱鏡5前入射光的光通量和經(jīng)過費(fèi)里棱鏡5反射回去的光通量，實(shí)現(xiàn)對(duì)費(fèi)里棱鏡5費(fèi) 里棱鏡透過率的定標(biāo)；還包括分別與棱鏡光譜探測(cè)單元一一配合的兩個(gè)參考光接收單元， 參考光接收單元包括凹面鏡12和與凹面鏡12光路配合的線陣列探測(cè)器13，凹面鏡固定于 費(fèi)里棱鏡頂端與費(fèi)里棱鏡共同轉(zhuǎn)動(dòng)，參考光入光口開在所述信號(hào)光入光口上方。凹面鏡其 凹面分別對(duì)準(zhǔn)不同的參考光入光口 ，太陽光從參考光入光口入射至凹面鏡，被凹面鏡反射 至線陣列探測(cè)器，線陣列探測(cè)器電連接外部控制裝置，外部控制裝置根據(jù)線陣列探測(cè)器的 反饋信號(hào)控制費(fèi)里棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。 高精度太陽細(xì)分光譜輻射度觀測(cè)方法為將棱鏡光譜儀、太陽跟蹤器對(duì)準(zhǔn)太陽，太 陽光從棱鏡光譜儀殼體上的信號(hào)光入光口及參考光入光口入射至棱鏡光譜儀，太陽跟蹤器 通過比較入射太陽光在空間方向的大小，反饋控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使棱鏡光譜儀始終對(duì)準(zhǔn)太陽； 使用其中一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元，另外一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元每隔一定的周期使
用一次，以監(jiān)測(cè)經(jīng)常使用的棱鏡光譜探測(cè)單元的衰變；太陽的信號(hào)光入射至所使用的棱鏡
光譜探測(cè)單元中的費(fèi)里棱鏡，費(fèi)里棱鏡集色散、會(huì)聚于一體，僅產(chǎn)生單一級(jí)次光譜，信號(hào)光
經(jīng)過費(fèi)里棱鏡前表面的色散，后表面的反射，會(huì)聚到焦平面形成連續(xù)光譜，同時(shí)參考光接收
單元中凹面鏡將參考光會(huì)聚至線陣列探測(cè)器，線陣列探測(cè)器讀出會(huì)聚光線的位置，反饋控
制正使用的費(fèi)里棱鏡掃描轉(zhuǎn)動(dòng)，正使用的費(fèi)里棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其反射的信號(hào)光的連續(xù)光譜在焦
平面上移動(dòng)，由陷阱探測(cè)器接收正使用的費(fèi)里棱鏡出射的信號(hào)光，信號(hào)光在陷阱探測(cè)器五
次經(jīng)過反射吸收，由陷阱探測(cè)器測(cè)量出各光譜波段的絕對(duì)光通量，根據(jù)信號(hào)光入光口面積
和分光光路的透過率，計(jì)算得到太陽光光譜的絕對(duì)輻照度；關(guān)閉經(jīng)常使用棱鏡光譜儀的信
號(hào)光入光口 ，打開另外一個(gè)隔一定周期后使用的費(fèi)里棱鏡光譜儀的信號(hào)光入光口成為正在
使用的光譜儀，信號(hào)光被正使用的費(fèi)里棱鏡色散、會(huì)聚后，進(jìn)入耦合望遠(yuǎn)鏡，在耦合望遠(yuǎn)鏡
中被球面反射鏡依次反射后，信號(hào)光的色散會(huì)聚光被引入到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡作為單色
入射光源，分別測(cè)量單色入射光未進(jìn)入經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡前的光通量和經(jīng)過經(jīng)常正使用
的費(fèi)里棱鏡反射后的光通量，將兩者相比即得到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡的透過率。 棱鏡光譜儀是核心組成部分。太陽跟蹤器通過比較入射太陽光在空間方向的大
小，反饋控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)棱鏡光譜儀始終對(duì)準(zhǔn)太陽。 棱鏡光譜儀包含了兩個(gè)獨(dú)立的棱鏡光譜探測(cè)單元，它們的結(jié)構(gòu)完全相同，對(duì)稱安 裝，兩個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元通過耦合光路相互定標(biāo)光譜單元光路的透過率。其中一個(gè)棱鏡 光譜探測(cè)單元經(jīng)常使用，另外一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元每隔一定的周期使用一次，用于監(jiān)測(cè) 經(jīng)常使用的棱鏡光譜探測(cè)單元的衰變。并且當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)由另外一個(gè)棱鏡光譜探 測(cè)單元代替工作。 棱鏡光譜探測(cè)單元采用F6ry棱鏡分光、陷阱探測(cè)器探測(cè)。F6ry棱鏡集色散、會(huì)聚 于一體，并僅產(chǎn)生單一級(jí)次光譜，因而有利于降低雜散光、提高光通量，提高信噪比。太陽光 經(jīng)過殼體的信號(hào)光入光口照射到F6ry棱鏡上，入射光經(jīng)過F6ry棱鏡前表面的色散，后表面 的反射，會(huì)聚到焦平面形成連續(xù)光譜，同時(shí)F^r棱鏡掃描轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)光譜在焦平面上移動(dòng)， 由陷阱探測(cè)器測(cè)量出通過出射狹縫的各光譜波段的絕對(duì)光通量，并根據(jù)入射狹縫面積和分 光光路的透過率，計(jì)算得到陽光光譜絕對(duì)輻照度。 F^r棱鏡的掃描轉(zhuǎn)動(dòng)由參考光接收單元精確反饋控制。參考光接收單元路由凹面 反射鏡、線陣列探測(cè)器組成，凹面反射鏡固定在F6ry棱鏡頂部與棱鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)，凹面反射 鏡反射的太陽光會(huì)聚在線陣列探測(cè)器上，由線陣列探測(cè)器讀出會(huì)聚光線的位置，反饋控制 棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度。 陷阱探測(cè)器由三片大面積無窗硅光電二極管固定在結(jié)構(gòu)體上構(gòu)成反射式光敏元 件。入射光經(jīng)過五次反射吸收，使總反射率大大降低，并對(duì)入射光的偏振狀態(tài)是非敏感的。 此結(jié)構(gòu)提高了光電轉(zhuǎn)換效率和靈敏度，降低了測(cè)量不確定度。陷阱探測(cè)器相對(duì)于低溫輻射 計(jì)進(jìn)行絕對(duì)光功率響應(yīng)度的定標(biāo)，實(shí)現(xiàn)光通量的絕對(duì)測(cè)量。 耦合望遠(yuǎn)鏡的作用是聯(lián)接兩個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元的光路，將其中一個(gè)棱鏡光譜 探測(cè)單元的色散光會(huì)聚光引入到另外一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元作為入射光源照射另外一個(gè) Wry棱鏡，F(xiàn)6ry棱鏡通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)切入光路，分別測(cè)量入射棱F6ry棱鏡前的光通量和經(jīng)過Wry棱鏡反射后的光通量，將兩者相比即得到測(cè)試F6ry棱鏡的透過率。
權(quán)利要求
高精度太陽細(xì)分光譜輻照度觀測(cè)裝置，包括有安裝于二維轉(zhuǎn)臺(tái)上的棱鏡光譜儀，所述棱鏡光譜儀包括殼體，殼體外部固定有太陽跟蹤器，所述太陽跟蹤器電連接外部控制裝置，外部控制裝置根據(jù)太陽跟蹤器的反饋信號(hào)控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)棱鏡光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)太陽，其特征在于所述殼體一個(gè)端面開有供太陽光入射的多個(gè)信號(hào)光入光口及多個(gè)參考光入光口，殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)呈鏡像對(duì)稱的可轉(zhuǎn)動(dòng)的費(fèi)里棱鏡，及呈鏡像對(duì)稱的分別與費(fèi)里棱鏡一一配合的陷阱探測(cè)器，每個(gè)費(fèi)里棱鏡其反射面各自對(duì)準(zhǔn)殼體上不同的信號(hào)光入光口，太陽光從信號(hào)光入光口入射至所述費(fèi)里棱鏡，被費(fèi)里棱鏡反射至所述陷阱探測(cè)器，一個(gè)費(fèi)里棱鏡及與之配合的一個(gè)陷阱探測(cè)器分別構(gòu)成棱鏡光譜探測(cè)單元；殼體內(nèi)還設(shè)置有與兩個(gè)費(fèi)里棱鏡光路配合的耦合望遠(yuǎn)鏡，所述耦合望遠(yuǎn)鏡包括鏡筒及分別設(shè)置于鏡筒兩端的且反射面相對(duì)的二個(gè)球面反射鏡，兩球面反射鏡之間設(shè)置有狹縫，轉(zhuǎn)動(dòng)費(fèi)里棱鏡時(shí)，所述費(fèi)里棱鏡的反射光入射至所述耦合望遠(yuǎn)鏡一端側(cè)壁開孔入射到其中一個(gè)球面反射鏡上，反射光經(jīng)過狹縫，被耦合望遠(yuǎn)鏡另一端的球面反射鏡依次反射后，從耦合望遠(yuǎn)鏡另一端側(cè)壁上開孔出射至另一個(gè)費(fèi)里棱鏡，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光譜探測(cè)單元的相互定標(biāo)；還包括分別與棱鏡光譜探測(cè)單元一一配合的兩個(gè)參考光接收單元，所述參考光接收單元包括凹面鏡和與凹面鏡光路配合的線陣列探測(cè)器，所述凹面鏡其凹面分別對(duì)準(zhǔn)不同的參考光入光口，太陽光從參考光入光口入射至凹面鏡，被凹面鏡反射至線陣列探測(cè)器，所述線陣列探測(cè)器電連接外部控制裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度太陽細(xì)分光譜輻照度觀測(cè)裝置，其特征在于所述凹 面鏡固定于費(fèi)里棱鏡頂端與費(fèi)里棱鏡共同轉(zhuǎn)動(dòng)，所述參考光入光口與信號(hào)光入光口上下設(shè)置。
3. 利用權(quán)利要求1所述的高精度太陽細(xì)分光譜輻照度觀測(cè)裝置觀測(cè)高精度太陽細(xì)分 光譜輻射照的方法，其特征在于太陽跟蹤器通過比較入射太陽光在空間方向的大小，反饋 控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使棱鏡光譜儀始終對(duì)準(zhǔn)太陽，太陽光從棱鏡光譜儀殼體上的信號(hào)光入 光口及參考光入光口入射至棱鏡光譜儀；使用其中一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元，另外一個(gè)棱鏡光譜探測(cè)單元每隔一定的周期使用一 次，以監(jiān)測(cè)經(jīng)常使用的棱鏡光譜探測(cè)單元的衰變；太陽的信號(hào)光入射至所使用的棱鏡光譜 探測(cè)單元中的費(fèi)里棱鏡，費(fèi)里棱鏡集色散、會(huì)聚于一體，僅產(chǎn)生單一級(jí)次光譜，信號(hào)光經(jīng)過 費(fèi)里棱鏡前表面的色散，后表面的反射，會(huì)聚到焦平面形成連續(xù)光譜，同時(shí)參考光接收單元 中凹面鏡將參考光會(huì)聚至線陣列探測(cè)器，線陣列探測(cè)器讀出會(huì)聚光線的位置，反饋控制正 使用的費(fèi)里棱鏡掃描轉(zhuǎn)動(dòng)，正使用的費(fèi)里棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其反射的信號(hào)光的連續(xù)光譜在焦平面 上移動(dòng)，由陷阱探測(cè)器接收正使用的費(fèi)里棱鏡出射的信號(hào)光，信號(hào)光經(jīng)過陷阱探測(cè)器五次 反射吸收，五次反射后反射出來的光認(rèn)為全部吸收了，即可以忽略，陷阱探測(cè)器測(cè)量各光譜 波段的絕對(duì)光通量，根據(jù)信號(hào)光入光口面積和分光光路的透過率，計(jì)算得到太陽光光譜的 絕對(duì)輻照度；關(guān)閉經(jīng)常使用棱鏡光譜儀的信號(hào)光入光口 ，打開另外一個(gè)隔一定周期后使用 的費(fèi)里棱鏡光譜儀的信號(hào)光入光口成為正在使用的光譜儀，信號(hào)光被正使用的費(fèi)里棱鏡色 散、會(huì)聚后，進(jìn)入耦合望遠(yuǎn)鏡，在耦合望遠(yuǎn)鏡中被球面反射鏡依次反射后，信號(hào)光的色散會(huì) 聚光被引入到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡作為單色入射光源，分別測(cè)量單色入射光未進(jìn)入經(jīng)常使 用的費(fèi)里棱鏡前的光通量和經(jīng)過經(jīng)常正使用的費(fèi)里棱鏡反射后的光通量，將兩者相比即得 到經(jīng)常使用的費(fèi)里棱鏡的透過率。
全文摘要
本發(fā)明公開了高精度太陽細(xì)分光譜輻照度測(cè)量方法與裝置，包括有轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于二維轉(zhuǎn)臺(tái)上的棱鏡光譜儀，棱鏡光譜儀包括殼體，殼體外部固定有太陽跟蹤器，太陽跟蹤器電連接外部控制裝置，外部控制裝置根據(jù)太陽跟蹤器的反饋信號(hào)控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)棱鏡光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)太陽，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。有效地解決了傳統(tǒng)技術(shù)的太陽輻射觀測(cè)設(shè)備無法滿足觀察精度要求的問題。通過設(shè)置二維轉(zhuǎn)臺(tái)能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的跟蹤，通過在光譜儀殼體內(nèi)設(shè)置有兩套相互對(duì)稱的光譜探測(cè)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)光譜探測(cè)單元相互定標(biāo)，并且當(dāng)一套光譜探測(cè)單元損壞時(shí)，可以由另一套光譜探測(cè)單元替換。
文檔編號(hào)G01J3/28GK101762325SQ201010046538
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者吳浩宇, 李新, 鄒鵬, 鄭小兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所