一种新型多功能太阳光度计的制作方法

本发明涉及进行太阳直接辐射、天空漫射辐射、月亮辐射自动观测的仪器装置技术领域，尤其涉及一种新型多功能太阳光度计。

背景技术

随着经济的迅速发展，城市人口和机动车辆急剧增加，环境问题日益严重，近几年来发展迅速，可吸入颗粒物已成为首要空气污染物，它是气溶胶的重要组成部分。大气气溶胶颗粒物的来源众多且复杂，研究大气气溶胶的来源及其特征，对大气污染监测和环境治理发生有着重要意义。

目前环境气象观测业务中需要进行太阳和天空在可见近红外、短波红外波段的不同谱段、不同方向、不同时间的辐射测量，推算大气气溶胶、水汽、臭氧等成分的特性参数，此发明专利可以满足以上要求，用于白天和野外大气状况的观测。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种新型多功能太阳光度计。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型多功能太阳光度计，包括有辐射测量头部、二维转台、控制箱、通信终端和雨滴传感器，所述的辐射测量头部安装在二维转台上，辐射测量头部与二维转台通过单根线缆连接，所述的二维转台、通信终端、雨滴传感器分别通过电缆与控制箱连接；所述的辐射测量头部包括有圆形外壳，在外壳的左端依次设有石英玻璃和孔径光阑盘，在所述的孔径光阑盘上安装有多个孔径光阑，在外壳内部中心位置位于孔径光阑盘的右侧安装有太阳跟踪光阑筒，在太阳跟踪光阑筒的右端安装有四象限探测器，在太阳跟踪光阑筒的右侧安装有消杂光光阑盘，在消杂光光阑盘上安装有与所述的孔径光阑相对应的消杂光光阑，在消杂光光阑盘的右侧设有电机转轮，在电机转轮上固定安装有挡光板，在挡光板上开有透光孔，且在挡光板上还安装有偏振片，在电机转轮的右侧安装有视场光阑盘，在视场光阑盘上安装有与所述的消杂光光阑相对应的视场光阑，在每个视场光阑的右侧均依次安装有滤光片和探测器，在探测器的右侧安装有温控器，所述的外壳的右端为散热壁，在散热壁外侧安装有与二维转台连接的接口，所述的四象限探测器、电机转轮、探测器和温控器分别通过电缆与所述的控制箱连接。

所述的石英玻璃采用尼龙弹垫和金属压圈固定在外壳内侧的，金属压圈采用6颗内六角螺丝固定的。

所述的滤光片采用金属螺纹压圈固定。

所述的探测器采用独立式电路板固定，探测器焊接到电路板上。

可根据观测时间和光照条件自动切换对日观测和对月观测，并具备不同辐射条件下的数据采集功能。集成对日跟踪和对月跟踪模式，利用同一套太阳跟踪装置实现太阳跟踪和月亮跟踪，并根据跟踪条件切换内部跟踪信号采集算法与增益。头部采用半圆压箍固定到太阳跟踪机构的半圆固定架上，光度计头部外壳采用凹槽的方式对光度计头部进行固定。供电与数据通信控制箱包括主控电路、数据存储器、实时时钟、通信接口和电源转换模块，电源转换模块为光度计辐射测量头部、太阳精密跟踪二维转动机构、通信终端、环境感知器供电。

本发明的优点是：本发明的太阳光度计集成了太阳直射观测、天空漫射观测、月亮观测，可以实现全天候的大气状况观测；太阳光度计采用多通道的设计方法，保证不同波长下辐射的同步观测；对太阳光度计进行了整机热电温控，采用外壳自然散热，降低温漂的精度影响并提高了野外运行的可靠性。本发明具备多种数据输出模式，可以根据不同的观测需求进行自行设定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为辐射测量头部内部结构示意图。

图3为本发明工作模式框图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种新型多功能太阳光度计，包括有辐射测量头部1、二维转台2、控制箱5、通信终端3和雨滴传感器4，所述的辐射测量头部1安装在二维转台2上，辐射测量头部1与二维转台2通过单根线缆6连接，所述的二维转台2、通信终端3、雨滴传感器4分别通过电缆7与控制箱5连接；所述的辐射测量头部1包括有圆形外壳11，在外壳11的左端依次设有石英玻璃8和孔径光阑盘10，在所述的孔径光阑盘10上安装有多个孔径光阑9，在外壳11内部中心位置位于孔径光阑盘10的右侧安装有太阳跟踪光阑筒25，在太阳跟踪光阑筒25的右端安装有四象限探测器26，在太阳跟踪光阑筒25的右侧安装有消杂光光阑盘27，在消杂光光阑盘27上安装有与所述的孔径光阑9相对应的消杂光光阑28，在消杂光光阑盘27的右侧设有电机转轮12，在电机转轮12上固定安装有挡光板，在挡光板上开有透光孔，且在挡光板上还安装有偏振片，在电机转轮12的右侧安装有视场光阑盘17，在视场光阑盘17上安装有与所述的消杂光光阑28相对应的视场光阑13，在每个视场光阑13的右侧均依次安装有滤光片14和探测器15，在探测器15的右侧安装有温控器16，所述的外壳11的右端为散热壁18，在散热壁18外侧安装有与二维转台2连接的接口19，所述的四象限探测器26、电机转轮12、探测器15和温控器16分别通过电缆7与所述的控制箱5连接。

所述的石英玻璃8采用尼龙弹垫和金属压圈固定在外壳内侧的，金属压圈采用6颗内六角螺丝固定的。

所述的滤光片14采用金属螺纹压圈固定。

所述的探测器15采用独立式电路板固定，探测器焊接到电路板上。

首先根据天文计算确定太阳的位置并驱动太阳跟踪精密二维转台2进行初步跟踪，然后采用太阳跟踪器检测是否对准太阳，根据四个象限的电压值确定偏离太阳的位置，驱动二维转台2转动；所述的控制箱5包括环境检测、主控、数据存储、数据无线传输、四个功能；控制箱5通过环境感知器检测是否有降水，一旦有降水，辐射计光筒朝下并停止工作；主控单元保存有实时时间和经纬度信息，此信息在开机之后校准，根据设定的时间间隔驱动仪器测量太阳直接辐射照度、月亮直射辐射照度、主平面扫描天空辐射亮度、平纬圈扫描天空辐射亮度；测量数据存储在控制箱内的存储器内并通过通信模块实时传递给用户；仪器也可以通过pc机进行控制，通过rs232接口连接到控制箱，输入相应的指令进入调试模式，仪器将按照输入的指令执行对应操作，包括导出存储器内的历史数据。

如图3所示，仪器有四种多功能测量方式20，分别太阳直接辐射照度测量21、月亮直接辐射照度测量22，平纬圈天空辐射亮度扫描23，主平面天空辐射亮度扫描24。

太阳直接辐射照度测量21和月亮直接辐射照度测量22是指在给定波长λ处，太阳光度计测量到的光谱辐照度可以根据bouguer-lambert定律定量描述：

式中，rm为日地平均距离，r为观测时实际日地距离，m(θ)为太阳天顶角为θ时的大气光学质量，τλ为波长为λ处的大气总光学厚度，eλ为地球表面接收到的波长λ处太阳直接辐射光谱辐照度，e0λ为地球大气上界波长λ处太阳直接辐射光谱辐照度。探测器将接收到的太阳辐射通量转化成电流，前置放大器将电流转换成电压并放大。波段i的输出可表示为：

v＝i·rf

式中，k(λ)为波长λ处的直射辐射光谱响应率，λh、λl为滤光片带通的上下限，ad为探测器光照面积，tf(λ)为滤光片的透过率，tg(λ)为石英玻璃窗的透过率，r(λ)为光电探测器的响应率。

主平面天空辐射亮度扫描24是指在太阳所在平面内(与太阳等方位角)，沿天顶方向扫描测量，测量角度为(-85°～+85°)。平纬圈天空辐射亮度扫描23是指在太阳所在天顶角上，方位角在0～360°范围内扫描测量。

太阳光度计的视场光阑直径2c，孔径光阑直径2a，视场光阑和孔径光阑之间的距离h，视场全角2θv。通过孔径光阑的辐射通量φ(λ)为：

φ(λ)＝l(λ)·sv·ω

sv＝π(d·tanθv)²

式中，l(λ)是辐亮度，sv是视场面积，ω是入射孔径角。