CN117346887A - 一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学辐射测量技术领域，具体提供一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，通过将激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜搭建光学系统，二维程控位移平台、俯仰角调节机构、方位角调节机构和步进电机控制终端组成四维调整装置，光学系统产生大面积准直光源，利用四维调整装置精密调节腔型绝对辐射计相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到黑体腔探测器的热电响应与入射角度对应关系，最后基于辐照度值进行二维面元拟合得到视场角以外杂散光的影响量评估，可以解决腔型绝对辐射计的视场外杂散光修正系数的实验室测量问题，也实现了基于参数自评定的高精度的太阳总辐照度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学辐射测量技术领域，具体提供一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法。
背景技术
太阳辐射能量是地球气候系统最重要的外部能源，地球大气与太阳辐射的相互作用共同决定了地球的气候，对太阳辐照度的精确测量对于描述和预测我们的气候具有重要意义。太阳绝对辐射计是电替代型太阳辐照度测量仪，太阳绝对辐射计通常可设计成一种基于热电响应的腔型结构探测器，工作时不依赖于其他辐射标准源，可以通过光测量加电定标的方式直接确定太阳辐照度值。太阳绝对辐射计的电标定依靠吸收腔内壁深埋的电加热丝，并利用吸收腔上光辐射和电加热的等效性来标定光功率。太阳对地球发散角为32′，因此太阳绝对辐射计通常设计成符合WMO标准的小视场辐射计，其光学系统通常包括视场光阑，消杂光光阑和主光阑等，具体如图1所示，形成的无遮拦视场角约为1.5°，最大视场角约为6°。仪器对日观测时，太阳发散角以外的背景辐射能量，照射进入光阑系统。光阑系统各级光阑的前表面做抛光处理，理论上为纯镜面反射，后表面做发黑处理，理论上为完全吸收能量，但实际表面处理工艺无法做到完全理想，会存在部分漫反射进入辐射计，影响太阳总辐照度的测量精度，因此，需要设计太阳绝对辐射计的杂散光实验室测量方法，精确测量视场外的杂散光修正因子，从而实现太阳总辐照度的精确测量。
然而，视场角外杂散光对光学系统的影响主要体现在衍射效应和散射效应，目前国内外的评估主要采用理论计算的方法，文章Diffraction Effects in Radiometry在2005年系统地给出了数值积分和渐进积分的计算方法，文章太阳辐射计的衍射效应修正中对于两种方法计算差异进行了比较），理论计算由于建立SAD模型的理想性，以及存在舍入误差很多时候并不能真实反映出实际杂散光的影响。而目前基于试验进行的杂散光测试方法主要包括基于狭缝刀口测量光刻机（中国专利公布号为CN100409102A，公布日为2005年08月17日，专利名称为“步进扫描投影光刻机中的杂散光原位检测方法”的发明专利申请；中国专利公布号为CN106154761A，公布日为2016年11月23日，专利名称为“一种杂散光测量装置及测量方法”的发明专利申请）、将探测器置于相面测量杂散光对于光学系统传函的影响（中国专利公布号为CN104865048A，公布日为2015年08月26日，专利名称为“一种杂散光测量装置和测量方法”的发明专利申请）、通过声光移频单元测量待测物表面的杂散光水平（中国专利公布号为CN113701675A，公布日为2021年11月26日，专利名称为“杂散光测量装置及方法”的发明专利申请）等，以上方法主要应用对象包括成像系统、光刻机等。
目前，已经提出的光学系统杂散光测试方法主要针对光电型探测器或者光学成像系统等，并不适用于热电型探测器；对于杂散光影响因子的实验室定量测量方法都是通过标定过的陷阱探测器或者硅探测器直接测量通过光学系统后的输出变化，输出变化体现在陷阱探测器的采样电流值。光通过照射这种光电型探测器，只要进入探测器的接收有效面产生的感应电流均为等效的，与在接收面的具体位置无关。而以上方法对于腔型结构热电型绝对辐射计并不适用，因为腔型探测器是热电型的，入射光能量最终体现成热电采样信号，而由于辐射计探测器的采用30°圆锥腔型结构，腔壁采用涂黑工艺和镀银处理，能量沿着腔壁呈现梯度性变化，因此，入射光能量照射到腔体的不同半径位置产生的热电信号大小是存在微小差异的。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种适用于热电型探测器的杂散光测量方法，通过光学系统产生大面积准直光源，利用四维可调谐机构精密调节绝对辐射计相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到黑体腔探测器的热电响应与入射角度对应关系，最后基于辐照度值进行二维面元拟合得到视场角以外杂散光的影响量评估。
本发明提供的一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，具体，包括以下步骤：
S1：基于激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜搭建准直光路；
S2：调节所述功率稳定器输出恒定功率P0，待所述功率稳定器预热后开始测试；
S3：在所述准直光路中插入分光装置实现分光比为10:1的分光；
S4：将陷阱探测器置于主光路，使光斑垂直入射陷阱探测器视场；
S5：将所述陷阱探测器与电流放大器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V1；
S6：将所述陷阱探测器置于参考光路位置，使光斑垂直入射所述陷阱探测器视场；
S7：将所述电流放大器与所述陷阱探测器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V2；
S8：计算所述分光装置的分光比为V2/V1；
S9：将腔型绝对辐射计、俯仰角调节机构、方位角调节机构、二维程控位移平台和步进电机控制终端通过工装组合，以实现四维调整装置调节；
S10：调节二维程控位移平台的X向和Y向位移电机，满足二维光路区域要求；
S11：调节所述俯仰角调节机构、所述方位角调节机构对应的俯仰和方位入射角度，并记录当前角度值；
S12：确保光斑垂直入射所述腔型绝对辐射计的中心视场
S13：所述腔型绝对辐射计进行预热和仪器自测试；
S14：所述腔型绝对辐射计进行多组快速测量光；
S15：记录光源垂直照射下的入射辐照度值I1；
S16：同时读取所述陷阱探测器的电压监视值V3；
S17：顺时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于预设方位角度；
S18：逆时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于所述预设方位角度；
S19：调节所述俯仰角调节机构的俯仰角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的俯仰角度大于预设俯仰角度；
S20：通过与所述电流放大器、所述腔型绝对辐射计、所述四维调整装置连接的数据处理终端计算归一化辐照度测量值与二值入射角度偏差之间的关系并进行二维加权拟合。
优选的，所述腔型绝对辐射计采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理，两个测量阶段包括：
一阶段：所述腔型绝对辐射计接收入射光功率P0，电加热功率为P1，热电堆产生温升为Tc；
二阶段：所述腔型绝对辐射计不接收光功率，将电加热功率调节到P2，使热电堆温升维持在Tc，根据光电加热等效性计算得到入射光功率P0=P2-P1。
优选的，当调节入射光线角度时的入射光功率P0发生变化时，通过调节电加热功率P1以保证所述腔型绝对辐射计的腔温恒定在Tc，计算当前状态下入射光功率的变化；
当所述腔型绝对辐射计的热沉温度发生变化时，P1和P2变化相同。
优选的，所述四维调整装置包括二维程控位移平台、俯仰角调节机构、方位角调节机构和步进电机控制终端，所述二维程控位移平台的一端与所述步进电机控制终端连接，所述二维程控位移平台的另一端与所述俯仰角调节机构连接，所述俯仰角调节机构与所述方位角调节机构连接，所述方位角调节机构连接至所述腔型绝对辐射计、所述步进电机控制终端，其中，所述四维调整装置用于实现入射光线的四维精密调节和角度反馈。
优选的，通过控制所述四维调整装置实现入射光斑投影在所述腔型绝对辐射计的视场光阑中心，且相对光线与所述腔型绝对辐射计的法线夹角可精密调节，所述数据处理终端整合实时利用所述陷阱探测器的测量值对光强进行归一化，并根据记录的入射光线与所述腔型绝对辐射计的主光轴角度偏差和辐射测量值进行二维加权拟合，以得到视场外杂散光占比。
优选的，所述腔型绝对辐射计由多对热电偶组成的热电堆型探测器，所述分光装置为平板玻璃。
优选的，所述激光器为633mm激光器，其最大功率为15mW。
优选的，所述激光器发射光线经过所述衰减片进入所述功率稳定器，所述功率稳定器设置所述光线的输出光强并经过所述空间滤波器的聚焦和滤除处理得到均匀宽光束，所述汇聚透镜对所述均匀宽光束进行聚焦输出平行光。
优选的，所述S1中的准直光路的口径为10mm，所述S2中的P0为12mW、预热时间为1h。
优选的，所述S12中的偏差不超过±0.1°，所述预设步进角度为1°。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
通过将激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜搭建光学系统，二维程控位移平台、俯仰角调节机构、方位角调节机构和步进电机控制终端组成四维调整装置，光学系统产生大面积准直光源，利用四维调整装置精密调节腔型绝对辐射计相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到黑体腔探测器的热电响应与入射角度对应关系，最后基于辐照度值进行二维面元拟合得到视场角以外杂散光的影响量评估，可以解决腔型绝对辐射计的视场外杂散光修正系数的实验室测量问题，也实现了基于参数自评定的高精度的太阳总辐照度测量。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的辐射计视场外杂散光影响光路示意图；
图2是根据本发明实施例提供的腔型绝对辐射计视场外杂散光测量流程图；
图3是根据本发明实施例提供的电标定腔型绝对辐射计测量原理图；
图4是根据本发明实施例提供的四维调整装置的结构框图；
图5是根据本发明实施例提供的视场外杂散光测量的整体结构框图。
其中的附图标记包括：
100-光源准直装置；101-激光器；102-衰减片；103-功率稳定器；104-空间滤波器；105-汇聚透镜；110-分光装置；120-光源监视装置；121-陷阱探测器；122-电流放大器；130-腔型绝对辐射计；140-四维调整装置；141-二维程控位移平台；142-俯仰角调节机构；143-方位角调节机构；144-步进电机控制终端；150-数据处理终端。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
实施例一
参阅图2、图4和图5，本发明提供的一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，具体，包括以下步骤：
S1：基于激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜搭建准直光路；
S2：调节所述功率稳定器输出恒定功率P0，待所述功率稳定器预热后开始测试；
S3：在所述准直光路中插入分光装置实现分光比为10:1的分光；
S4：将陷阱探测器置于主光路，使光斑垂直入射陷阱探测器视场；
S5：将所述陷阱探测器与电流放大器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V1；
S6：将所述陷阱探测器置于参考光路位置，使光斑垂直入射所述陷阱探测器视场；
S7：将所述电流放大器与所述陷阱探测器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V2；
S8：计算所述分光装置的分光比为V2/V1；
S9：将腔型绝对辐射计、俯仰角调节机构、方位角调节机构、二维程控位移平台和步进电机控制终端通过工装组合，以实现四维调整装置调节；
S10：调节二维程控位移平台的X向和Y向位移电机，满足二维光路区域要求；
S11：调节所述俯仰角调节机构、所述方位角调节机构对应的俯仰和方位入射角度，并记录当前角度值；
S12：确保光斑垂直入射所述腔型绝对辐射计的中心视场；
S13：所述腔型绝对辐射计进行预热和仪器自测试；
S14：所述腔型绝对辐射计进行多组快速测量光；
S15：记录光源垂直照射下的入射辐照度值I1；
S16：同时读取所述陷阱探测器的电压监视值V3；
S17：顺时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于预设方位角度；
S18：逆时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于所述预设方位角度；
S19：调节所述俯仰角调节机构的俯仰角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的俯仰角度大于预设俯仰角度；
S20：通过与所述电流放大器、所述腔型绝对辐射计、所述四维调整装置连接的数据处理终端计算归一化辐照度测量值与二值入射角度偏差之间的关系并进行二维加权拟合。
本实施例中，杂散光具体测量过程为：基于633nm激光器101，功率稳定器103、衰减片102、空间滤波器104和汇聚透镜105搭建口径为10mm的准直光路即光源准直装置100；调节功率稳定器103输出恒定功率P0（约为12mW），待功率稳定器103预热1h后开始测试；光路插入分光装置110优选平板玻璃实现分光比约为10：1的分光；将陷阱探测器121置于主光路，光斑垂直入射陷阱探测器121视场；连接电流放大器122，并记录其输出电压值V1；将陷阱探测器121置于参考光路位置，光斑垂直入射陷阱探测器121视场；连接电流放大器122，并记录其输出电压值V2；计算平板玻璃分光比为V2/V1；将腔型绝对辐射计130、俯仰角和方位角调节机构、位移机构通过工装组合，实现四维调整装置140的四维位移机构调节；程控调节X向和Y向位移电机，满足二维光斑区域要求；手动调节俯仰和方位入射角度，并记录当前角度值；确保光斑垂直入射腔型绝对辐射计130的中心视场，偏差不超过±0.1°；腔型绝对辐射计130进行5min预热和仪器10min自测试；腔型绝对辐射计130进行10组快速测量光，每组40s；记录光源垂直照射下入射辐照度值I1；同时读取陷阱探测器121此时的电压监视值V3；顺时针调节方位角度，步进为1°，重复试验步骤14~16，直到调节角度大于45°；逆时针调节方位角度，步进为1°，重复试验步骤14~16，直到调节角度大于45°；调节俯仰角度，步进为1°，重复试验步骤14~16，直到调节角度大于45°；通过数据处理终端150计算归一化辐照度测量值与二维入射角度偏差之间的关系并进行二维加权拟合。
需要说明的是，视场外杂散光影响因子的占比很微弱，主光阑后置结构通常低于0.2%。为了实现微弱信号的精确标定，测量采用共光路归一化试验方法，规避测量过程光源强度抖动和漂移对结果的影响量。采用平板玻璃分光，并通过光电型的陷阱探测器121实时监视分光大小。陷阱探测器121的口径为5mm，其输出的10μA以下的微弱电流信号通过同轴电缆接入跨阻抗放大10000倍的电流放大电路，跨阻抗放大芯片采用LTC6560，其输入电流噪声仅为pA量级，放大输出电压值由安捷伦七位半多功能数字表34420A采集，数据处理终端150通过488接口连接数字多用表实时记录采样结果。整个杂散光测试过程中上位机通过串口控制四维调整装置140，实现入射光斑投影在腔型绝对辐射计130的视场光阑中心，并且相对光线与腔型绝对辐射计130的法线夹角可精密调节。数据处理终端150整合实时利用陷阱探测器121的测量值对光强进行归一化，并根据记录的入射光线与辐射计主光轴角度偏差和辐射测量值进行二维加权拟合，从而得到视场外杂散光占比。
实施例二
参阅图4，所述四维调整装置140包括二维程控位移平台141、俯仰角调节机构142、方位角调节机构143和步进电机控制终端144，所述二维程控位移平台141的一端与所述步进电机控制终端144连接，所述二维程控位移平台141的另一端与所述俯仰角调节机构142连接，所述俯仰角调节机构142与所述方位角调节机构143连接，所述方位角调节机构143连接至所述腔型绝对辐射计130、所述步进电机控制终端144，其中，所述四维调整装置140用于实现入射光线的四维精密调节和角度反馈。
本实施例中，实现视场外杂散光影响与输入光角度函数关系精确测量的关键是四维调整装置140，其中二维程控位移平台141可承载不超过10kg的单机，实现最小位移尺度0.01mm的水平方向和垂直方向的程控精密位移，二维程控位移平台141位移平台上搭载了两级角度调节机构即俯仰角调节机构142和方位角调节机构143，其角度调节范围覆盖±90°，且调节倾角可通过数显反馈，精度优于0.1°。设计位移平台、两级角度调节机构、以及辐射计探测器之间的三处转接工装，最终可将被测量辐射计安装在调节机构，并实现入射光线的四维精密调节和角度反馈，不同入射角度入射并且光斑始终覆盖辐射计入射光阑中心的需求。
实施例三
参阅图3，所述腔型绝对辐射计130采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理，两个测量阶段包括：一阶段：所述腔型绝对辐射计130接收入射光功率P0，电加热功率为P1，热电堆产生温升为Tc；二阶段：所述腔型绝对辐射计130不接收光功率，将电加热功率调节到P2，使热电堆温升维持在Tc，根据光电加热等效性计算得到入射光功率P0=P2-P1；当调节入射光线角度时的入射光功率P0发生变化时，通过调节电加热功率P1以保证所述腔型绝对辐射计130的腔温恒定在Tc，计算当前状态下入射光功率的变化；当所述腔型绝对辐射计130的热沉温度发生变化时，P1和P2变化相同。
本实施例中，腔型绝对辐射计130的测量原理不同于光电型功率探测器，它基于塞贝克效应，由铜康铜组成热电偶对。当接受光功率照射时热电偶升温，优于材料不同产生微弱的感应电压，制作由一百三十对热电偶组成的热电堆型探测器，通过检测感应电压实现入射功率优于0.05%的超精确测量。为了抵消热电堆冷端，也就是热沉组件随环境温度漂移带来的测量误差，腔型绝对辐射计130采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理。一阶段辐射计接收入射光功率为P0，电加热功率为P1，热电堆产生温升为Tc，二阶段辐射计不接收光功率，同时精确调节电功率到P2，使得热电堆温升维持在Tc。从而可根据光电加热等效性计算得到入射光功率P0=P2-P1；
需要说明的是，当调节入射光线角度时入射光功率P0发生变化，通过调节电加热功率P1，保证腔温始终恒定在Tc，从而计算当前状态入射光功率的变化。当热沉温度发生变化时，优于一阶段和二阶段收到相同的影响，P1和P2变化相同，因此可抵消环境温漂，实现杂散光长期稳定测量。其中，热电堆是一种热释红外线传感器，它是由热电偶构成的一种器件，热沉温度是指它的温度不随传递到它的热能的大小变化而变化，温升是指电子设备部件高处环境的温度。
实施例四
参阅图5，光源准直装置100包括依次连接的激光器101、衰减片102、功率稳定器103、空间滤波器104和汇聚透镜105，激光器101发射光线经过衰减片102进入所述功率稳定器103，功率稳定器103设置光线的输出光强并经过空间滤波器104的聚焦和滤除处理得到光束，汇聚透镜105对光束进行聚焦输出平行光，光源监视装置120包括与分光装置110连接的陷阱探测器121、与陷阱探测器121连接的电流放大器122，电流放大器122与数据处理终端150连接，电流放大器122接收陷阱探测器121输出的电流信号并经过放大输出电流信号对应的电压信号，数据处理终端150采集记录电压信号，腔型绝对辐射计130由多对热电偶组成的热电堆型探测器，分光装置110为平板玻璃。
本实施例中，光源准直装置100的作用是将激光器101、衰减片102、功率稳定器103、空间滤波器104和汇聚透镜105沿光路组合放置，形成φ10mm口径的单波长均匀宽光束，出射准直光线经过分光装置110如平板玻璃进行分光处理，其中大部分能量进入腔型绝对辐射计130，少部分能量进入陷阱探测器121，陷阱探测器121输出信号经过电流放大器122由数据处理终端150采集。腔型绝对辐射计130采取电标定工作方式精确测量入射的光功率，整个杂散光测试过程中上位机通过串口控制四维调整装置140，实现入射光斑投影在腔型绝对辐射计130的视场光阑中心，并且相对光线与腔型绝对辐射计130的法线夹角可精密调节，数据处理终端150整合实时利用陷阱探测器121的测量值对光强进行归一化，并根据记录的入射光线与腔型绝对辐射计130的主光轴角度偏差和辐射测量值进行二维加权拟合，从而得到视场外杂散光占比。
其中，腔型绝对辐射计130是指利用光电等效性在银锥腔壁上等效于入射光照射的位置处设置电加热丝，用可以精确定标的电功率标定入射的位置光辐射功率，双锥腔，一个作为工作腔，另一个作为参考腔，精确测量与可靠性；陷阱探测器121是太阳光谱辐照度仪中的核心部件，其响应率会随温度变化，为了保证在野外大温度范围内太阳光谱辐照度的长期高精度观测，需要对其进行自动的温度控制；步进扫描方式是将扫描范围按照一定的步进宽度（0.01°或0.02°）分成若干步，在每一步停留若干秒（步进时间），并且将这若干秒内记录到的总光强度作为读数据点处的光强。
实施例五
理论计算杂散光影响的传统方式只能根据设计光学参数，过于理想化的估计表面处理工艺，只能作为设计粗略评估值，计算结果没有个性化差异，很难表征当前被测仪器真实的特性。而采用太阳光作为光源进行外场环境杂散光测试，空间环境的风、大气散射包括太阳高度角的实时变化等复杂影响因素会大大增加对于仅0.1%~0.3%量级视场外杂散光影响测量量值的精确评估。
针对以上两点的缺陷，本发明可在实验室环境基于稳定可测可调的精密光源监视系统，实现在不同入射角下的腔型绝对辐射计的杂散光影响评估，从光源强度和均匀性的可控可修，到四维调节机构的位移和入射角度的精细可调可测，都能保证该方案能相对更真实的表征所测量的这台仪器的真实性能。
本实施例中，本发明提供的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法经过试验验证，利用该方法对于长光所自主研发的SIAR型腔体结构绝对辐射计进行杂散光实验室测量，实测主光阑尺寸为φ8mm的后置结构绝对辐射计。实测入射光角度偏差在1.5°无遮拦视场以内，接受有效光能量优于99%，入射光角度大于最大视场6°以上，杂散光影响占比低于0.2%，与该种类型辐射计光学系统设计的理论计算结果一致，证明该种杂散光测试方案可行有效。
本发明提供了一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，通过将激光器101、衰减片102、功率稳定器103、空间滤波器104和汇聚透镜105搭建光学系统，二维程控位移平台141、俯仰角调节机构142、方位角调节机构143和步进电机控制终端144组成四维调整装置140，光学系统产生大面积准直光源，利用四维调整装置140精密调节腔型绝对辐射计130相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到黑体腔探测器的热电响应与入射角度对应关系，最后基于辐照度值进行二维面元拟合得到视场角以外杂散光的影响量评估，可以解决腔型绝对辐射计130的视场外杂散光修正系数的实验室测量问题，也实现了基于参数自评定的高精度的太阳总辐照度测量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基于激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜搭建准直光路；
S2：调节所述功率稳定器输出恒定功率P0，待所述功率稳定器预热后开始测试；
S3：在所述准直光路中插入分光装置实现分光比为10:1的分光；
S4：将陷阱探测器置于主光路，使光斑垂直入射陷阱探测器视场；
S5：将所述陷阱探测器与电流放大器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V1；
S6：将所述陷阱探测器置于参考光路位置，使光斑垂直入射所述陷阱探测器视场；
S7：将所述电流放大器与所述陷阱探测器连接，并记录所述电流放大器的输出电压值V2；
S8：计算所述分光装置的分光比为V2/V1；
S9：将腔型绝对辐射计、俯仰角调节机构、方位角调节机构、二维程控位移平台和步进电机控制终端通过工装组合，以实现四维调整装置调节；
S10：调节二维程控位移平台的X向和Y向位移电机，满足二维光路区域要求；
S11：调节所述俯仰角调节机构、所述方位角调节机构对应的俯仰和方位入射角度，并记录当前角度值；
S12：确保光斑垂直入射所述腔型绝对辐射计的中心视场
S13：所述腔型绝对辐射计进行预热和仪器自测试；
S14：所述腔型绝对辐射计进行多组快速测量光；
S15：记录光源垂直照射下的入射辐照度值I1；
S16：同时读取所述陷阱探测器的电压监视值V3；
S17：顺时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于预设方位角度；
S18：逆时针调节所述方位角调节机构的方位角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的方位角度大于所述预设方位角度；
S19：调节所述俯仰角调节机构的俯仰角度，所述步进电机控制终端控制预设步进角度，重复上述S14~S16，直到调节的俯仰角度大于预设俯仰角度；
S20：通过与所述电流放大器、所述腔型绝对辐射计、所述四维调整装置连接的数据处理终端计算归一化辐照度测量值与二值入射角度偏差之间的关系并进行二维加权拟合。
2.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述腔型绝对辐射计采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理，两个测量阶段包括：
一阶段：所述腔型绝对辐射计接收入射光功率P0，电加热功率为P1，热电堆产生温升为Tc；
二阶段：所述腔型绝对辐射计不接收光功率，将电加热功率调节到P2，使热电堆温升维持在Tc，根据光电加热等效性计算得到入射光功率P0=P2-P1。
3.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，还包括：
当调节入射光线角度时的入射光功率P0发生变化时，通过调节电加热功率P1以保证所述腔型绝对辐射计的腔温恒定在Tc，计算当前状态下入射光功率的变化；
当所述腔型绝对辐射计的热沉温度发生变化时，P1和P2变化相同。
4.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述四维调整装置包括二维程控位移平台、俯仰角调节机构、方位角调节机构和步进电机控制终端，所述二维程控位移平台的一端与所述步进电机控制终端连接，所述二维程控位移平台的另一端与所述俯仰角调节机构连接，所述俯仰角调节机构与所述方位角调节机构连接，所述方位角调节机构连接至所述腔型绝对辐射计、所述步进电机控制终端，其中，所述四维调整装置用于实现入射光线的四维精密调节和角度反馈。
5.如权利要求4所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，通过控制所述四维调整装置实现入射光斑投影在所述腔型绝对辐射计的视场光阑中心，且相对光线与所述腔型绝对辐射计的法线夹角可精密调节，所述数据处理终端整合实时利用所述陷阱探测器的测量值对光强进行归一化，并根据记录的入射光线与所述腔型绝对辐射计的主光轴角度偏差和辐射测量值进行二维加权拟合，以得到视场外杂散光占比。
6.如权利要求5所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述腔型绝对辐射计由多对热电偶组成的热电堆型探测器，所述分光装置为平板玻璃。
7.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述激光器为633mm激光器，其最大功率为15mW。
8.如权利要求7所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述激光器发射光线经过所述衰减片进入所述功率稳定器，所述功率稳定器设置所述光线的输出光强并经过所述空间滤波器的聚焦和滤除处理得到均匀宽光束，所述汇聚透镜对所述均匀宽光束进行聚焦输出平行光。
9.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述S1中的准直光路的口径为10mm，所述S2中的P0为12mW、预热时间为1h。
10.如权利要求1所述的腔型绝对辐射计的视场外杂散光测量方法，其特征在于，所述S12中的偏差不超过±0.1°，所述预设步进角度为1°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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