CN114719970B - 一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 - Google Patents
一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114719970B CN114719970B CN202210282521.5A CN202210282521A CN114719970B CN 114719970 B CN114719970 B CN 114719970B CN 202210282521 A CN202210282521 A CN 202210282521A CN 114719970 B CN114719970 B CN 114719970B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- instrument shell
- spectrum
- control unit
- precision
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 7
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 7
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- -1 polyoxymethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，包括色散单元、观测镜头、总控单元、温控单元、仪器壳体等。色散单元包含三个光谱模块，光谱范围覆盖可见‑短波红外波段，均固定于仪器壳体底面。本发明通过温控单元、加热器和外层保温结构对仪器壳体进行整体温控，防止出现因为平流层低温导致电路无法正常工作、机械结构形变、内部水汽凝结影响观测等问题；通过热电制冷器对色散单元进行精确温控，消除大范围温差对探测器测量稳定性的影响；通过在仪器壳体内部和色散单元内部分别布设温度传感器，实时测量壳体内部温度和色散单元内部温度，总控单元、热电制冷器、温控单元、加热器、温度传感器组成闭环控制系统，完成仪器的精密温控。
Description
技术领域
本发明属于光谱辐射度测量仪器领域，具体涉及一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪。
背景技术
在目前的场地定标方法中辐亮度基法的定标精度最高。辐亮度基法是将一台标定过的稳定辐射计搭载在场地上空一定高度的飞行平台上，在卫星经过场地时刻同时对场地成像，保证观测几何同卫星遥感器基本相同，得到场地上空飞机高度处的辐亮度。然后对飞行的高度至大气层顶的大气吸收和散射影响进行订正，得到大气层顶的辐亮度。飞行器飞行的高度一般在3000m以上，而大部分水汽和气溶胶集中在大气下部，因此所需的大气订正比在地面附近测量时要小得多。辐射计所在高度越高，大气订正越小。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，以解决高精度光谱辐亮度参考辐射仪搭载于气球在平流层高空条件下进行飞行科学试验时的环境适应性问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，包括色散单元、观测镜头、总控单元、温控单元和仪器壳体；其中，所述色散单元的光谱范围覆盖可见-短波红外波段，并固定于所述仪器壳体底面；所述观测镜头固定于所述色散单元前部；所述仪器壳体的底面贴合有加热器；所述色散单元的底面通过热电制冷器与所述仪器壳体的底面固定，其内部还设置有温度传感器；所述仪器壳体内部布设温度传感器；所述总控单元和温控单元分别用于所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪的总控和温控的电路实现。
进一步地，所述色散单元包括三个光谱模块，三个光谱模块内部均布设温度传感器。
进一步地，所述观测镜头前端对准所述仪器壳体上的光学窗口，所述仪器外壳除所述光学窗口外包裹一层聚氨酯保温材料。
进一步地，所述三个光谱模块底面与所述热电制冷器的接触面、所述热电制冷器与仪器壳体底面的接触面均涂有导热硅脂；所述三个光谱模块的底面与所述仪器壳体的底面之间除去所述热电制冷器的空隙部分，采用低导热系数的聚甲醛隔热板，隔绝所述三个光谱模块的底面与仪器壳体的底面的热交换；所述三个光谱模块外侧的其余表面均采用聚氨酯保温材料与外界隔绝。
进一步地，所述仪器壳体在高空低温环境下通过所述加热器进行温控，设定阈值温度，在工作模式下低于所述阈值温度时利用所述加热器进行加热，高于所述阈值温度时停止加热。
进一步地，通过所述温控单元及所述仪器壳体的保温材料对所述仪器壳体进行整体温控。
进一步地，所述热电制冷器用于对所述色散单元进行精确温控，保障辐亮度的测量精度。
进一步地，所述仪器壳体内部和色散单元内部的温度传感器实时测量仪器壳体的内部温度和色散单元的内部温度，所述总控单元、热电制冷器、温控单元、加热器、温度传感器组成闭环控制系统，完成精密温控。
进一步地，所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪通过转接板固定在高空气球的载荷舱上，其与所述转接板通过金属的螺钉进行固定，在所述螺钉底面和圆周安装聚酰亚胺隔热垫。
进一步地，所述加热器采用分布式设置，其与所述仪器壳体的贴合面设置导热硅脂。
本发明的优点是：
本发明通过温控单元、加热器和外层保温结构对仪器壳体进行整体温控，防止出现因为平流层低温(-50℃以下)导致电路无法正常工作、机械结构形变、内部水汽凝结影响观测等问题；通过热电制冷器对色散单元进行精确温控，消除大范围温差对探测器测量稳定性的影响；通过在仪器壳体内部和色散单元内部分别布设温度传感器，实时测量壳体内部温度和色散单元内部温度，主控单元、热电制冷器、温控单元、加热器、温度传感器组成闭环控制系统，完成仪器的精密温控。本发明通过设计对仪器整体温控和对色散单元精密温控的双重温控，实现高精度光谱辐亮度参考辐射仪的高稳定高精度观测。
附图说明
图1为本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪俯视图；
图2为本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪剖面图；
图3为本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪剖面图；
图4为本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪整机温控流程图；
图5为本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪色散单元温控流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪包括总控单元1、色散单元2、温控单元4、加热器5、观测镜头6、仪器壳体3等。所述色散单元2包含三个光谱模块，光谱范围覆盖可见-短波红外波段，波长为400～2500nm。所述三个光谱模块均固定于所述仪器壳体3底面。所述观测镜头6固定于所述色散单元2前部，观测镜头6前端对准仪器壳体3上的光学窗口11。总控单元1和温控单元4分别用于所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪总控单元和温控单元的电路实现。所述加热器5采用分布式设计，均匀贴合在仪器壳体3底面，贴合面涂导热硅脂，用于低温环境下对整机进行加热温控。
如图2所示，本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪在高空低温环境下工作时，其整机外层除光学窗口11外包裹一层聚氨酯保温材料9，其导热系数低至0.02W/m·K。所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪搭载于高空气球的载荷舱上，通过转接板10进行结构固定。所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪与转接板10通过六颗螺钉13进行固定，为避免高精度光谱辐亮度参考辐射仪与转接板10通过金属的螺钉13进行热传导，在螺钉13底面和圆周安装聚酰亚胺隔热垫12。所述聚酰亚胺隔热垫12具有优越的机械性能、低膨胀系数和低导热系数。
如图3所示，色散单元2的三个光谱模块的底面均通过热电制冷器15与仪器壳体3底面固定。所述光谱模块底面与热电制冷器15的接触面、热电制冷器15与仪器壳体3底面的接触面均涂有导热硅脂，便于进行热传导。三个光谱模块的底面与仪器壳体3底面之间除去热电制冷器15的空隙部分，采用低导热系数的聚甲醛隔热板16，隔绝三个光谱模块底面与仪器壳体3底面的热交换。三个光谱模块外侧的其余表面均采用聚氨酯保温材料14与外界隔绝。此时色散单元2仅通过热电制冷器15与外界进行热交换，便于热电制冷器15对其进行精确温控。所述仪器壳体3内部布设温度传感器8，色散单元2的三个光谱模块内部也均布设温度传感器7。温度传感器8和7可实时测量仪器壳体3内部温度和色散单元2内部温度。总控单元1、热电制冷器15、温控单元4、加热器5、温度传感器8和7组成闭环控制系统，完成整机温控和色散单元2的精密温控。
如图4所示，本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪的温控包括仪器壳体温控、色散单元温控、线阵探测器自身温控三部分。所述色散单元2内部还设置有线阵探测器，其为用于探测光谱信号的元器件。所述线阵探测器自带一级制冷。其中仪器壳体3在高空低温环境下通过加热器5和外层保温结构进行温控，设定阈值温度为15℃，工作模式下低于15℃时进行加热，高于15℃时停止加热，实现仪器壳体3内部±3℃的温控精度。
如图5所示，本发明的高精度光谱辐亮度参考辐射仪的色散单元2通过热电制冷器15进行精密温控。三个光谱模块的线阵探测器的工作温度分别为0℃、-10℃、-20℃，在仪器壳体3内部温度15℃左右的环境下，采用热电制冷器15进行精密温控。总控单元1、温控单元4、热电制冷器15、加热器5、温度传感器7和8构成一个闭环控制系统，实现色散单元2的线阵探测器优于±0.1℃的温控精度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：包括色散单元、观测镜头、总控单元、温控单元和仪器壳体；其中，所述色散单元的光谱范围覆盖可见-短波红外波段，并固定于所述仪器壳体底面；所述观测镜头固定于所述色散单元前部；所述仪器壳体的底面贴合有加热器；所述色散单元的底面通过热电制冷器与所述仪器壳体的底面固定，其内部还设置有温度传感器；所述仪器壳体内部布设温度传感器；所述总控单元和温控单元分别用于所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪的总控和温控的电路实现；所述色散单元包括三个光谱模块，三个光谱模块内部均布设温度传感器；三个光谱模块底面与所述热电制冷器的接触面、所述热电制冷器与仪器壳体底面的接触面均涂有导热硅脂；所述三个光谱模块的底面与所述仪器壳体的底面之间除去所述热电制冷器的空隙部分，采用低导热系数的聚甲醛隔热板，隔绝所述三个光谱模块的底面与仪器壳体的底面的热交换；所述三个光谱模块外侧的其余表面均采用聚氨酯保温材料与外界隔绝。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述观测镜头前端对准所述仪器壳体上的光学窗口，所述仪器壳体除所述光学窗口外包裹一层聚氨酯保温材料。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述仪器壳体在高空低温环境下通过所述加热器进行温控，设定阈值温度，在工作模式下低于所述阈值温度时利用所述加热器进行加热，高于所述阈值温度时停止加热。
4.根据权利要求2所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：通过所述温控单元及所述仪器壳体的保温材料对所述仪器壳体进行整体温控。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述热电制冷器用于对所述色散单元进行精确温控，保障辐亮度的测量精度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述仪器壳体内部和色散单元内部的温度传感器实时测量仪器壳体的内部温度和色散单元的内部温度，所述总控单元、热电制冷器、温控单元、加热器、温度传感器组成闭环控制系统，完成精密温控。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述高精度光谱辐亮度参考辐射仪通过转接板固定在高空气球的载荷舱上，其与所述转接板通过金属的螺钉进行固定，在所述螺钉底面和圆周安装聚酰亚胺隔热垫。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪，其特征在于：所述加热器采用分布式设置，其与所述仪器壳体的贴合面设置导热硅脂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210282521.5A CN114719970B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210282521.5A CN114719970B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114719970A CN114719970A (zh) | 2022-07-08 |
| CN114719970B true CN114719970B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=82239467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210282521.5A Active CN114719970B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114719970B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115390599B (zh) * | 2022-08-17 | 2024-08-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种应用于标准光电高温计的多点控温系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6409198B1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-06-25 | Ophir Corporation | Method and apparatus for measuring atmospheric temperature |
| CN105973468A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 可见近红外波段高精度太阳辐照度仪 |
| CN214311474U (zh) * | 2020-12-31 | 2021-09-28 | 亿新（北京）科技有限公司 | 温控系统及红外探测器 |
-
2022
- 2022-03-22 CN CN202210282521.5A patent/CN114719970B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6409198B1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-06-25 | Ophir Corporation | Method and apparatus for measuring atmospheric temperature |
| CN105973468A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 可见近红外波段高精度太阳辐照度仪 |
| CN214311474U (zh) * | 2020-12-31 | 2021-09-28 | 亿新（北京）科技有限公司 | 温控系统及红外探测器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 可见-短波红外波段光谱模块光机装调及分析;张权 等;《应用光学》;20190331;正文第194-200页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114719970A (zh) | 2022-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Luther et al. | The Earth radiation budget experiment nonscanner instrument | |
| CN114719970B (zh) | 一种适用于高空低温环境的高精度光谱辐亮度参考辐射仪 | |
| CN111351581B (zh) | 控温红外热成像仪及其控温方法 | |
| Best et al. | On-orbit absolute radiance standard for the next generation of IR remote sensing instruments | |
| Zhao et al. | Preliminary development of emissivity measurement system at low temperature based on radiometric method | |
| Latvakoski et al. | A high-accuracy blackbody for CLARREO | |
| Wu et al. | Space cryogenic absolute radiometer | |
| CN117740154A (zh) | 一种宽温区方向光谱发射率测量装置 | |
| Monte et al. | Radiometric calibration of the in-flight blackbody calibration system of the GLORIA interferometer | |
| Lee III et al. | On-orbit radiometric calibrations of the Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) active-cavity radiometers on the Earth Radiation Budget Satellite (ERBS) | |
| Zurmehly et al. | Thermal and structural design constraints for radiometers operating in geostationary orbits | |
| McGrath et al. | Radiometric characterisation of the UK Met. Office microwave airborne radiometer scanning System (MARSS) | |
| Tinkler et al. | The design of the focal plane assembly for the along track scanning radiometer | |
| Kleinert et al. | Characterization of Large Area Calibration Blackbodies for the Imaging FTS GLORIA | |
| Xu et al. | Research on on-orbit calibration source technology for space infrared load | |
| Albrecht et al. | Pyrgeometer data reduction and calibration procedures | |
| Forgione et al. | Modernization of blackbody temperature control for the Enhanced MODIS Airborne Simulator (eMAS) | |
| Tang et al. | Research on the measurement method of temperature field under thermal vacuum environment | |
| Lee III et al. | Clouds and the earth's radiant energy system (CERES) experiment, earth observing system (EOS) instrument, and calibrations | |
| Roellig et al. | Measuring the water vapor above the SOFIA Observatory | |
| CN116358706A (zh) | 一种可屏蔽背景辐射的微辐射热流校准装置 | |
| Xiong et al. | On-orbit monitoring of MODIS thermal emissive bands response versus scan angle | |
| Lian et al. | Development and calibration of an automated precision ground-solar-sky radiometer | |
| Bauer et al. | MODIS onboard calibrator blackbody performance | |
| Carvell et al. | Innovative black body for on-board calibration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |