CN110553735A - 一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，属于光学测试技术领域，包括光源、可调光阑和聚焦透镜，通过高亮度高稳定性的光源发出稳定的光谱辐射信号，经过可调光阑入射到聚焦透镜上，再经过聚焦透镜聚焦到待测太阳光谱辐照度监测仪的漫透板上，使入射到漫透板的光谱辐射信号在可见及近红外波段大于在轨太阳入射信号，调节光源和透镜之间的可调光阑的口径来改变输入待测仪器的信号，使得在待测波长处输出到仪器的辐射信号等于在轨工作时入射到仪器的太阳信号，大大提高了系统输出的光谱辐射信号的强度，能与在轨太阳信号相匹配，因此可以模拟在轨工作条件下测试太阳光谱辐照度监测仪的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统。
背景技术
太阳辐射是地球气候系统最重要的外部能源，利用太阳光谱辐照度监测仪持续监测太阳辐射变化不仅对太阳物理研究具有重要意义，而且还可为地球空间大气成分反演及长期气候变化研究等提供重要科学数据。然而可见及近红外波段的太阳光谱辐照度非常稳定，年变化小于0.5％。因此为监测出太阳光谱辐照度这一微小变化，需保证太阳光谱辐照度监测仪的稳定性优于0.2％/年。
为了验证稳定性是否满足要求，需利用稳定性测试系统对太阳光谱辐照度监测仪的稳定性进行检测。目前常用的光谱仪器稳定性测试系统由高稳定性光源和积分球系统组成，这种稳定性测试系统最大缺点是系统输出的光谱辐射信号远远低于太阳的光谱信号，因此不能测得太阳光谱辐照度监测仪在轨工作时的稳定性。除此之外，随着工作时间加长，积分球内部温度也会升高，这会导致积分球内壁上的漫反板材料的散射特性发生微小变化，最终导致输出积分球输出的光谱辐射信号自身稳定性不能满足太阳光谱辐照度监测仪高稳定性的测试需求。
发明内容
本发明针对目前稳定性测量系统不能输出与在轨太阳信号水平一致的强光信号，不能对待测仪器在轨工作时的稳定性进行测试与评估的技术问题，提供一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，通过利用高亮度高稳定性光源与聚焦透镜组合，大大提高了系统输出的光谱辐射信号的强度，能与在轨太阳信号相匹配。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明首先提供了一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，包括光源、可调光阑和聚焦透镜，通过高亮度高稳定性的光源发出稳定的光谱辐射信号，经过可调光阑入射到聚焦透镜上，再经过聚焦透镜聚焦到待测太阳光谱辐照度监测仪的漫透板上，使入射到漫透板的光谱辐射信号在可见及近红外波段大于在轨太阳入射信号，调节光源和透镜之间的可调光阑的口径来改变输入待测仪器的信号，使得在待测波长处输出到仪器的辐射信号等于在轨工作时入射到仪器的太阳信号。
优选地，所述高亮度高稳定性的光源选用输出光信号稳定性优于0.1％/小时的1000瓦标准卤钨灯。
优选地，本发明的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，还包括稳定性监测系统，所述稳定性监测系统包括反射镜、漫透射板、遮光筒、滤光片轮以及标准硅探测器，所述反射镜将焦距透镜透射的小部分光线反射到漫透射板，再经过漫透射板匀化作用进入遮光筒消除杂散光，然后入射到滤光片轮改变监测信号的波长，使其与待测仪器稳定性测试波长相一致，消除由于波长不同导致输出光信号稳定性的差异，最后进入标准硅探测器，实时记录入射到其表面的光信号，即表征了待测试太阳光谱辐照度监测仪输入信号的稳定性。
优选地，所述遮光筒为带有遮光光阑的遮光筒。
优选地，所述标准硅探测器采用NIST标准硅探测器。
优选地，所述标准硅探测器在合适光强下自身稳定性优于0.01％。
与现有技术相比，本发明的技术效果：
本发明提供太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，采用高亮度高稳定性光源加聚焦透镜可实现可见及近红外全波段输出光谱辐射信号大于太阳光谱辐射信号，通过调节光源前面的可调口径光阑，实现在指定波长处，系统输出辐射信号等于在轨太阳信号，因此可以模拟在轨工作条件下测试太阳光谱辐照度监测仪的稳定性。此外，还通过反射镜将系统输出小部分信号引入到自身稳定性监测系统，提高了待测仪器稳定性测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统的光路图。
附图标记说明：
1、光源；2、可调光阑；3、聚焦透镜；4、反射镜；5、漫透射板；6、遮光筒；7、滤光片轮；8、探测器；9、太阳光谱辐照度监测仪。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，参见图1，包括光源1、可调光阑2和聚焦透镜3，通过高亮度高稳定性的光源1发出稳定的光谱辐射信号，经过可调光阑2入射到聚焦透镜3上，再经过聚焦透镜3聚焦到待测太阳光谱辐照度监测仪9的漫透板上，使入射到漫透板的光谱辐射信号在可见及近红外波段大于在轨太阳入射信号，调节光源1和聚焦透镜3之间的可调光阑2的口径来改变输入待测仪器的信号，使得在待测波长处输出到仪器的辐射信号等于在轨工作时入射到仪器的太阳信号，满足在轨工作条件下检测仪器稳定性的需求。
为了覆盖可见及近红外波段，优选地，所述高亮度高稳定性的光源1选用输出光信号稳定性优于0.1％/小时的1000瓦标准卤钨灯。卤钨灯发出的光谱辐射信号经过可调光阑2，入射到聚焦透镜3上，经聚焦透镜3聚焦后绝大部分光谱辐射信号聚焦到待测仪器9的漫射板上，由于聚焦镜的作用使得入射仪器的辐射信号，相对于传统的稳定性测量系统，有了极大的提升。保证了入射到仪器的信号大于在轨太阳信号，通过改变可调光阑2的通光口径，能实现在可见及红外波段的任一波长处，系统输出到仪器的辐射信号等于在轨工作时入射到仪器的太阳信号。
为了保证系统自身稳定，本发明的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，还包括稳定性监测系统，所述稳定性监测系统包括反射4、漫透射板5、遮光筒6、滤光片轮7以及标准硅探测器8，所述反射镜4将焦距透镜3透射的小部分光线反射到漫透射板5，漫透射板5的作用与待测太阳光谱辐照度监测仪9的漫透板一致，均匀入射光，降低后续系统对入射光角度的敏感性，提高测量系统的稳定性。光线经过漫透射板5匀化作用后进入遮光筒6，消除杂散光，遮光筒6的作用是限制稳定性监测系统的视场，消除杂散光影响。遮光筒6后面紧着滤光片轮7，作用是改变监测信号的波长，使其与待测仪器稳定性测试波长相一致，消除由于波长不同导致输出光信号稳定性的差异。最后进入标准硅探测器8，实时记录入射到其表面的光信号，即表征了待测试太阳光谱辐照度监测仪输入信号的稳定性。为提高监测精度，标准硅探测器8采用美国国家标准与技术研究院(NIST)的标准硅探测器，其在上述光信号下的自身测量稳定性优于0.01％。利用稳定性监测系统实时连续记录光源1和聚焦透镜3的输出信号，如果监测系统输出信号稳定性满足要求，则不做修正。若不满足要求，需要在与被测仪器稳定性测试时间匹配对应的基础上，对被测仪器稳定性测量数据进行修正。最终保证被测仪器稳定性测量的精度。
在系统中设置了光源加聚焦透镜输出光的自身稳定性监测系统，不但可实现长时间工作过程中系统自身的稳定性的监测，而且根据监测数据可对测试结果进行修正，提高了太阳光谱辐照度监测仪稳定性测量的精度。上述搭建的太阳光谱辐照度监测仪稳定性测量系统自身稳定性优于0.02％，被测仪器稳定性测试精度优于0.1％。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (6)
1.一种太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，包括光源、可调光阑和聚焦透镜，通过高亮度高稳定性的光源发出稳定的光谱辐射信号，经过可调光阑入射到聚焦透镜上，再经过聚焦透镜聚焦到待测太阳光谱辐照度监测仪的漫透板上，使入射到漫透板的光谱辐射信号在可见及近红外波段大于在轨太阳入射信号，调节光源和透镜之间的可调光阑的口径来改变输入待测仪器的信号，使得在待测波长处输出到仪器的辐射信号等于在轨工作时入射到仪器的太阳信号。
2.根据权利要求1所述的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，所述高亮度高稳定性的光源选用输出光信号稳定性优于0.1％/小时的1000瓦标准卤钨灯。
3.根据权利要求1或2所述的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，还包括稳定性监测系统，所述稳定性监测系统包括反射镜、漫透射板、遮光筒、滤光片轮以及标准硅探测器，所述反射镜将焦距透镜透射的小部分光线反射到漫透射板，再经过漫透射板匀化作用进入遮光筒消除杂散光，然后入射到滤光片轮改变监测信号的波长，使其与待测仪器稳定性测试波长相一致，消除由于波长不同导致输出光信号稳定性的差异，最后进入标准硅探测器，实时记录入射到其表面的光信号，即表征了待测试太阳光谱辐照度监测仪输入信号的稳定性。
4.根据权利要求3所述的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，所述遮光筒为带有遮光光阑的遮光筒。
5.根据权利要求3所述的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，所述标准硅探测器采用NIST标准硅探测器。
6.根据权利要求4所述的太阳光谱辐照度监测仪的稳定性测试系统，其特征在于，所述标准硅探测器在合适光强下自身稳定性优于0.01％。
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