辐照度定标装置和辐照度定标系统的制作方法

本发明属于光辐射测量领域，尤其涉及一种辐照度定标装置和辐照度定标系统。

背景技术：

利用卫星平台从空间长期观测太阳总辐照度，建立太阳辐射观测序列，可以为气候变化研究提供关键数据支撑。发射前的辐射定标是空间光学遥感仪器研制过程中的重要环节。受限于定标光源等问题，太阳绝对辐射计的发射前辐射定标主要采用外场比对定标方案。

然而，外场定标采用的地基太阳光源受云层、沙尘等大气条件影响，稳定度显著下降。外场定标是在常压环境下进行的，与实际在轨运行时的真空环境存在差异，由此引入的真空常压修正系数难以修正，增加了系统误差。wrr基准源是加权平均结果，不能直接溯源至目前国际公认的低温辐射计基准。因此，外场定标精度难以进一步提升，无法满足诸如高精度太阳辐射仪监测仪对定标精度的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种辐照度定标装置和辐照度定标系统，能够提高辐照度测量的定标精度。

第一方面提供了一种辐照度定标装置，包括：壳体，具有真空抽气口，用于在壳体内产生真空环境；太阳模拟光源，其布置在壳体内的一侧；太阳绝对辐射计，其布置在述壳体内的另一侧，以便定标太阳模拟光源的辐照度。

可选地，所述辐照度定标装置还包括：低温绝对辐射计，布置在所述壳体内的所述另一侧，所述低温绝对辐射计与所述太阳绝对辐射计平行布置，所述低温绝对辐射计的入口方向与所述太阳绝对辐射计的入口方向一致。

可选地，所述太阳模拟光源由激光发生装置实现，其中，所述激光发生装置至少包括快速扫描器和后置准直器，后置准直器的方向与所述低温绝对辐射计的入口方向和所述太阳绝对辐射计的入口方向一致。

可选地，所述后置准直器的方向对准所述所述低温绝对辐射计或所述太阳绝对辐射计的入口方向。

可选地，还包括：模拟光源切换机构，包括准直器安装部和准直器切换部，所述后置准直器安装在所述准直器安装部上，并且

所述准直器切换部与所述准直器安装部固定连接，并且在第一位置和第二位置之间切换所述准直器安装部，使得在所述第一位置处，所述后置准直器的方向对准所述太阳绝对辐射计的入口方向，并且在所述第二位置处，所述后置准直器的方向对准所述低温绝对辐射计的入口方向。

可选地，所述准直器切换部为呈管体的第一转动件，所述真空抽气口经过所述第一转动件的管体，并且与抽气装置的入口部适配。

可选地，辐射计切换机构，包括辐射计安装部和辐射计切换部，所述辐射计安装部包括第一安装部和第二安装部，其中，所述太阳绝对辐射计固定在所述第一安装部上，所述低温绝对辐射计固定在所述第二安装部上，并且

所述辐射计切换部与所述辐射计安装部固定连接，并且在第三位置和第四位置之间切换所述第一安装部和所述第二安装部，使得当所述第一安装部在所述第三位置处时，所述后置准直器的方向对准所述太阳绝对辐射计的入口方向，并且当所述第一安装部在所述第四位置处时，所述后置准直器的方向对准所述低温绝对辐射计的入口方向。

可选地，所述辐射计切换部为呈管体的第二转动件，所述真空抽气口经过所述第二转动件的管体，并且与抽气装置的入口部适配。

可选地，所述壳体为长方体。

第二方面，提供了一种辐照度定标系统，包括包括抽气装置以及根据第一方面所述的辐照度定标装置。所述抽气装置与所述辐照度定标装置适配。

本发明实施例具有位于壳体的一侧的太阳模拟光源以及另一侧的太阳辐射计，并且在壳体内包括真空抽气口，使得能够在所述壳体内产生真空环境，因此提高了辐照度测量的定标精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图；

图2是本发明另一实施例提供的太阳总辐照度定标方法原理图；

图3是本发明第二实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图；

图4是本发明第三实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图；

图5是本发明第四实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图；

图6是本发明第五实施例提供的辐照度定标系统的示意性框图。

附图标记：辐照度定标装置100，200，300，400，500；辐照度定标装置520；激光发生装置510；抽气装置530；壳体10；真空抽气口11；太阳模拟光源12；太阳绝对辐射计13；低温绝对辐射计24；后置准直器25；模拟光源切换机构26；准直器安装部261；准直器切换部262；辐射计切换机构36；辐射计安装部361；第一安装部3611；第二安装部3612；辐射计切换部362；辐射计切换机构46；辐射计安装部461；第一安装部4611；第二安装部4612；辐射计切换部462；模拟光源切换机构47；准直器安装部471；准直器切换部472。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明第一实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图。图1的辐照度定标装置100包括：

壳体10，具有真空抽气口11，用于在壳体10内产生真空环境；

太阳模拟光源12，其布置在壳体10内的一侧；

太阳绝对辐射计13，其布置在壳体10内的另一侧，以便定标太阳模拟光源12的辐照度。

应理解，壳体10可以为任意形状，本发明实施例对此不作限定。太阳模拟光源12可以从后置准直器(未示出)出射，以便进行探测和定标。

还应理解，太阳模拟光源12可以是任意地，优选地，通过激光发生装置(未示出)提供。真空抽气口11能够与外部的真空抽气装置以任何方式适配。此外，真空抽气口处还可以设置有密封件。

具体而言，本发明实施例的定标装置实质上采用了可溯源至国际基本单位制(si)的太阳总辐照度定标方法。本发明实施例具有位于壳体的一侧的太阳模拟光源以及另一侧的太阳辐射计，并且在壳体内包括真空抽气口，使得能够在所述壳体内产生真空环境，因此提高了辐照度测量的定标精度。

在一个可行的实施例中，辐照度定标装置100还包括：低温绝对辐射计24，其布置在壳体内的另一侧，低温绝对辐射计24与太阳绝对辐射计13平行布置，低温绝对辐射计24的入口方向与太阳绝对辐射计13的入口方向一致。应理解，低温绝对辐射计24是一种用于建立高精度可溯源至si的辐照度基准。本实施例的可溯源至si的低温绝对辐射计作为一种基准源。作为一个优选的实施例，该低温绝对辐射计是一种低温运行的电替代绝对辐射计，工作温度为4k-20k。

后置准直器的方向与低温绝对辐射计的入口方向和太阳绝对辐射计的入口方向可以不一致，也可以一致。太阳模拟光源12和太阳绝对辐射13计位于壳体10的两侧。

该低温绝对辐射计中的核心探测器是低温绝对辐射探测器，可以包括黑体腔、主热沉、控温热沉、低温平台以及热连接组件。

应理解，其工作原理为利用低温和超导状态下电加热和入射光辐射加热的等效性，通过可精确测量的电功率标定入射的光功率，测量结果直接溯源至si，是国际公认光辐射计量基准。设计低温绝对辐射光阑组件，通过精密光阑实现功率测量向辐照度测量的转换，建立高精度辐照度基准源。

图2是本发明另一实施例提供的太阳总辐照度定标方法原理图。如图2所示，利用本发明实施例的定标装置，在真空共光路装置中能够实现太阳绝对辐射计与低温绝对辐射计的“端对端”直接比对，将辐照度标度直接溯源至si。

在一个可行的实施例中，根据辐照度定标装置100，太阳模拟光源由激光发生装置实现，其中，激光发生装置至少包括快速扫描器和后置准直器。

应理解，激光发生装置还可以包括衰减器、起偏器、空间滤波器、功率稳定器，以提高功率稳定性。因此，采用激光扫描技术建立太阳模拟光源。进入快速扫描器及后置准直器后，出射光被调制为高稳定度、高空间均匀性的平行光束。由此，利用激光扫描技术建立了高稳定度、高空间均匀性的定标光源。

此外，后置准直器的方向与低温绝对辐射计的入口方向和太阳绝对辐射计的入口方向一致，并且后置准直器的方向对准低温绝对辐射计与太阳绝对辐射计中的一者的入口方向。由此，平行光束能够覆盖太阳绝对辐射计和低温绝对辐射计的主光阑面积。

图3是本发明第二实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图。图3的辐照度定标装置200相比于第一实施例，还包括低温绝对辐射计24，其布置在壳体内的另一侧，低温绝对辐射计24与太阳绝对辐射计13平行布置，低温绝对辐射计24的入口方向与太阳绝对辐射计13的入口方向一致，由此利用低温绝对辐射计作为基准源，将辐射标度直接溯源至si，解决基准源精度低的问题。

太阳模拟光源12由激光发生装置(未示出)实现，由此利用激光及快速扫描技术建立太阳模拟光源，解决了光源稳定性问题。

激光发生装置至少包括快速扫描器和后置准直器25，后置准直器25的方向与低温绝对辐射计24的入口方向和太阳绝对辐射计13的入口方向一致。模拟光源切换机构26，包括准直器安装部261和准直器切换部262，后置准直器25安装在准直器安装部261上。准直器切换部262与准直器安装部261以固定方式连接，并且在第一位置a和第二位置b之间切换准直器安装部，使得在第一位置a处，后置准直器25的方向对准太阳绝对辐射计13的入口方向，并且在第二位置b处，后置准直器25的方向对准低温绝对辐射计24的入口方向，由此，利用真空共光路比对比对装置实现太阳辐射计和低温绝对辐射计的直接比对，解决定标和在轨运行环境差异问题。

在一个可行的实施例中，根据辐照度定标装置200，准直器切换部为呈管体的第一转动件，真空抽气口经过第一转动件的管体，并且与抽气装置的入口部适配。

此外，第一转动件与抽气装置的入口部之间还可以设置有密封件。

本实施例的定标装置可以呈现为一种真空共光路装置，以实现太阳绝对辐射计与低温绝对辐射计的“端对端”直接比对。如图2所示，太阳绝对辐射计和低温绝对辐射计放置在真空共光路装置中，太阳绝对辐射计测量了太阳模拟光源，借由所述第一转动件(262)转动，由低温绝对辐射计标定同一个太阳模拟光源。最终，可以通过比较测量结果标定太阳绝对辐射计，从而实现太阳绝对辐射计高精度可溯源的辐照度定标。

此外，本发明实施例的低温绝对辐射计为基准源，有别于只能作为传递辐射计的常温辐射计。

还应理解，优选地，本专利的应用波段是全谱段，针对太阳总辐照度仪器的定标，光谱范围覆盖0.2-35μm。

图4是本发明第三实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图。图4的辐照度定标装置300相比于第二实施例，激光发生装置至少包括快速扫描器和后置准直器25，后置准直器25的方向与低温绝对辐射计24的入口方向和太阳绝对辐射计13的入口方向一致。辐射计切换机构36，包括，其辐射计安装部361和辐射计切换部362，辐射计安装部361包括第一安装部3611和第二安装部3612，其中，太阳绝对辐射计13固定在第一安装部3611上，低温绝对辐射计24固定在第二安装部3612上。辐射计切换部362与辐射计安装部361以固定方式连接，并且在第三位置c和第四位置d之间切换第一安装部3611和第二安装部3612，使得当第一安装部3611在第三位置c处时，后置准直器25的方向对准太阳绝对辐射计13的入口方向，并且当第一安装部3611在第四位置d处时，后置准直器25的方向对准低温绝对辐射计24的入口方向。辐射计切换部为呈管体的第二转动件，真空抽气口11经过第二转动件的管体，并且与抽气装置(未示出)的入口部适配。

在一个可行的实施例中，根据辐照度定标装置300，壳体为长方体。此外，第二转动件与抽气装置的入口部之间还可以设置有密封件。

图5是本发明第四实施例提供的辐照度定标装置的示意性框图。图5的辐照度定标装置400包括相比于第二实施例，太阳模拟光源12由激光发生装置(未示出)实现，其中，激光发生装置至少包括快速扫描器和后置准直器25，后置准直器25的方向与低温绝对辐射计24的入口方向和太阳绝对辐射计13的入口方向一致。辐射计切换机构46，包括，其辐射计安装部461和辐射计切换部462，辐射计安装部461包括第一安装部4611和第二安装部4612，其中，太阳绝对辐射计13固定在第一安装部4611上，低温绝对辐射计24固定在第二安装部4612上。辐射计切换部462与辐射计安装部461以固定方式连接，并且在第三位置c和第四位置d之间切换第一安装部和第二安装部，使得当第一安装部在第三位置c处时，后置准直器25的方向对准太阳绝对辐射计13的入口方向，并且当第一安装部在第四位置d处时，后置准直器25的方向对准低温绝对辐射计24的入口方向。辐射计切换部461为呈管体的第二转动件，真空抽气口411经过第二转动件的管体，并且与抽气装置(未示出)的入口部适配。模拟光源切换机构47，包括准直器安装部471和准直器切换部472，后置准直器471安装在准直器安装部471上。

准直器切换部472与准直器安装部471以固定方式连接，并且在第一位置a和第二位置b之间切换准直器安装部，使得在第一位置a处，后置准直器25的方向对准太阳绝对辐射计13的入口方向，并且在第二位置b处，后置准直器25的方向对准低温绝对辐射计24的入口方向。准直器切换部471为呈管体的第一转动件，真空抽气口412经过第一转动件的管体，并且与抽气装置的入口部适配。

应理解，在一个可行的实施例中，根据辐照度定标装置400，壳体为长方体。此外，第一转动件与抽气装置的入口部之间还可以设置有密封件。第二转动件与抽气装置的入口部之间还可以设置有密封件。

图6是本发明第五实施例提供的辐照度定标系统的示意性框图。图6的辐照度定标系统500包括辐照度定标装置520、激光发生装置510和抽气装置530。

具体而言，本发明实施例的定标系统实质上采用了可溯源至si的太阳总辐照度定标方法。本发明实施例具有位于壳体的一侧的太阳模拟光源以及另一侧的太阳辐射计，并且在壳体内包括真空抽气口，使得能够在所述壳体内产生真空环境，因此提高了辐照度测量的定标精度。

测试结果

通过采用本发明实施例的方案，经测试实验样机对0.4mw量级的激光功率的测量不确定度为0.029％。若采用直径为5mm的主光阑，太阳总辐照度的功率量级约为30mw。即，通过低温绝对辐射探测器和光阑组件改造，实现了对太阳总辐照度的高精度测量。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。