CN209706955U - 基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，包括：浮空囊体，用于提供升力；吊舱，与浮空囊体连接，为临近空间背景光谱辐射测量单元提供搭载平台；临近空间背景光谱辐射测量单元设置在吊舱上，实现临近空间背景光谱辐射测量。临近空间背景光谱辐射测量单元与地面控制单元建立通讯连接，地面控制单元接收临近空间背景光谱辐射测量单元的测量数据，并对临近空间背景光谱辐射测量单元进行控制。本实用新型利用面阵CCD探测器实时拍摄光谱仪采集的背景光谱辐射区域的可见光图像，以及同时采集得到190nm～2500nm范围内的背景光谱辐射，可以更全面科学分析采集得到的临近空间背景光谱辐射数据。
Description
技术领域
本实用新型属于光学电子测量，具体涉及一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置。
背景技术
临近空间(20～50km)是全世界航空大国研究的热点，其背景光谱辐射的测量是在该区域内开展航空活动的必要前提，特别是开展长时间、各方向的背景光谱辐射的测量显得尤为必要。
浮空器是一种依靠浮升气体升高的航空飞行器，具有灵活机动、低成本、长期留空和载荷的重量和体积大等优点，所以更适合于作为临近空间背景光谱辐射测量的搭载平台。
而目前基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置的文献还未见公开报道。
实用新型内容
针对现有临近空间背景光谱辐射测量手段的不足，本实用新型提供一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置。
为实现本实用新型的技术目的，采用以下技术方案：
一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，包括：
浮空囊体，用于提供升力；
吊舱，与浮空囊体连接，作为临近空间背景光谱辐射测量单元的搭载平台；
临近空间背景光谱辐射测量单元，包括聚焦镜、两个分束棱镜、CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及EPIC主板。临近空间的背景辐射光入射到聚焦镜上，聚焦镜的一侧设置有1#分束棱镜，临近空间的背景辐射光经聚焦镜后传输到1#分束棱镜。1#分束棱镜将光分成两路，一路传输到CCD阵列探测器上成像，另外一路传输到2#分束棱镜，经2#分束棱镜分成的两路光束，两路光束分别通过光纤传输至两个不同波段的光纤光谱仪。CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪均与EPIC主板连接，CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传输到EPIC主板，通过EPIC主板存储起来。
进一步地，本实用新型还包括步进电机以及旋转平台，步进电机与EPIC主板连接，步进电机驱动旋转平台旋转，所述聚焦镜、两个分束棱镜、CCD阵列探测器以及两个不同波段的光纤光谱仪均搭载在所述旋转平台上。这样可以通过步进电机驱动旋转平台实现临近空间背景光谱辐射测量单元采集角度的调节。步进电机优选为北京多普康自动化技术有限公司42BYGH40的产品。
本实用新型中，聚焦镜优选材料为远紫外光学石英玻璃，聚焦镜对波长范围在185～2500nm的光谱高透，焦距为200mm。
两个分束棱镜优选材料为远紫外光学石英玻璃，对波长范围在185～2500nm的光谱高透。
CCD阵列探测器工作在可见波段，优选为靶面直径大于6mm。
两个不同波段的光纤光谱仪，负责采集临近空间的背景光谱辐射。其中1#光纤光谱仪的响应谱段为190～1100nm，优选为海洋光学公司NIRQuest256-2.5产品。2#光纤光谱仪的响应谱段为900～2500nm，优选为海洋光学公司NIRQuest256-2.5产品。
CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机均与EPIC主板连接。EPIC主板负责控制CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机，EPIC主板负责存储CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据。EPIC主板优选为深圳市研越科技有限公司ES3-6100DL268产品。
EPIC主板与地面控制单元建立通讯连接。优选为，EPIC主板与地面控制单元建立无线通讯连接。EPIC主板可以实时通过无线方式将CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传入地面控制单元。地面控制单元通过EPIC主板实时控制CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机。
与现有技术相比，本实用新型能够产生以下技术效果：
(1)本实用新型利用面阵CCD探测器实时拍摄光谱仪采集的背景光谱辐射区域的可见光图像，可以更全面科学分析采集得到的临近空间背景光谱辐射数据。
(2)本实用新型利用步进电机来控制背景光谱辐射测量单元的采集方向，可以实时控制光纤光谱仪采集临近空间不同方向的背景光谱辐射数据。
(3)本实用新型利用分束器和两个不同谱段的商用光纤光谱仪，实现190nm～2500nm光谱范围的背景光谱辐射采集。
(4)本实用新型结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本实用新型一具体实施例的整体结构示意图；
图2为本实用新型一具体实施例中临近空间背景光谱辐射测量单元的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的实施方式进行进一步的详细说明。
图1为本实用新型一具体实施例的整体结构示意图。一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，包括：
浮空囊体1，用于提供升力；
吊舱2，与浮空囊体1连接，为临近空间背景光谱辐射测量单元3提供搭载平台；
临近空间背景光谱辐射测量单元3设置在吊舱2上，实现临近空间背景光谱辐射测量。
临近空间背景光谱辐射测量单元3与地面控制单元4建立通讯连接，地面控制单元4接收临近空间背景光谱辐射测量单元3的测量数据，并对临近空间背景光谱辐射测量单元3进行控制。
参照图2为本实用新型一具体实施例中临近空间背景光谱辐射测量单元的原理框图。本实施例中，临近空间背景光谱辐射测量单元3包括步进电机31、聚焦镜32、1#分束棱镜33、2#分束棱镜34、CCD阵列探测器35、两个不同波段的光纤光谱仪以及EPIC主板38。两个不同波段的光纤光谱仪分别为1#光纤光谱仪36和2#光纤光谱仪37。所述步进电机31连接有旋转平台，步进电机31驱动旋转平台旋转，所述步进电机31、聚焦镜32、1#分束棱镜33、2#分束棱镜34、CCD阵列探测器35、两个不同波段的光纤光谱仪均搭载在所述旋转平台上。这样可以通过旋转平台实现临近空间背景光谱辐射测量单元采集角度的调节。步进电机优选为北京多普康自动化技术有限公司42BYGH40的产品。
临近空间的背景辐射光入射到聚焦镜32上，聚焦镜32的一侧设置有1#分束棱镜33，临近空间的背景辐射光经聚焦镜32后传输到1#分束棱镜33。1#分束棱镜33将光分成两路，一路传输到CCD阵列探测器35上成像，另外一路传输到2#分束棱镜34，经2#分束棱镜34分成的两路光束，两路光束分别通过光纤传输至两个不同波段的光纤光谱仪即1#光纤光谱仪36和2#光纤光谱仪37。CCD阵列探测器35和两个不同波段的光纤光谱仪均与EPIC主板38连接，CCD阵列探测器35和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传输到EPIC主板38，通过EPIC主板38存储起来。
聚焦镜32优选材料为远紫外光学石英玻璃，对波长范围在185～2500nm的光谱高透，焦距为200mm。两个分束棱镜的优选材料为远紫外光学石英玻璃，对波长范围在185～2500nm的光谱高透。CCD阵列探测器35工作在可见波段，优选为靶面直径大于6mm。两个不同波段的光纤光谱仪，负责采集临近空间的背景光谱辐射。其中1#光纤光谱仪36的响应谱段为190～1100nm，优选为海洋光学公司NIRQuest256-2.5产品。2#光纤光谱仪37的响应谱段为900～2500nm，优选为海洋光学公司NIRQuest256-2.5产品。CCD阵列探测器35、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机31均与EPIC主板38连接。EPIC主板38负责控制CCD阵列探测器35、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机31，EPIC主板38负责存储CCD阵列探测器35和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据。EPIC主板38优选为深圳市研越科技有限公司ES3-6100DL268产品。
EPIC主板38与地面控制单元4建立通讯连接。优选为，EPIC主板38与地面控制单元4建立无线通讯连接。EPIC主板38可以实时通过无线方式将CCD阵列探测器35和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传入地面控制单元4。地面控制单元4通过EPIC主板38实时控制CCD阵列探测器35、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机31。
本实施例提供的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其基本工作流程如下：
S1.浮空囊体和吊舱组成的浮空器升至一定高度后，各设备自检；
S2.地面控制单元通过无线方式连接EPIC主板，启动CCD阵列探测器；
S3.地面控制单元接收面阵CCD阵列探测器拍摄的图像，操作人员通过观看图像来调节CCD阵列探测器的增益和积分时间等参数，获得清晰的图像并存储；
S4.操作人员通过观看采集得到的图像来控制步进电机来驱动旋转平台，把临近空间背景光谱辐射测量单元调节至合适的采集角度；
S5.操作人员通过地面控制单元启动两个光纤光谱仪，实时存储采集得到的背景光谱辐射数据。
以上所述仅为本实用新型的优选的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：包括：
浮空囊体，用于提供升力；
吊舱，与浮空囊体连接，作为临近空间背景光谱辐射测量单元的搭载平台；
临近空间背景光谱辐射测量单元，包括聚焦镜、两个分束棱镜、CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及EPIC主板；临近空间的背景辐射光入射到聚焦镜上，聚焦镜的一侧设置有1#分束棱镜，临近空间的背景辐射光经聚焦镜后传输到1#分束棱镜；1#分束棱镜将光分成两路，一路传输到CCD阵列探测器上成像，另外一路传输到2#分束棱镜，经2#分束棱镜分成的两路光束，两路光束分别通过光纤传输至两个不同波段的光纤光谱仪；CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪均与EPIC主板连接，CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传输到EPIC主板，通过EPIC主板存储起来。
2.根据权利要求1所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：还包括步进电机以及旋转平台，步进电机与EPIC主板连接，步进电机驱动旋转平台旋转，所述聚焦镜、两个分束棱镜、CCD阵列探测器以及两个不同波段的光纤光谱仪均搭载在所述旋转平台上。
3.根据权利要求2所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：所述EPIC主板与地面控制单元建立无线通讯连接，EPIC主板实时通过无线方式将CCD阵列探测器和两个不同波段的光纤光谱仪测量得到的数据传入地面控制单元；地面控制单元通过EPIC主板实时控制CCD阵列探测器、两个不同波段的光纤光谱仪以及步进电机。
4.根据权利要求1所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：聚焦镜的材质为远紫外光学石英玻璃，聚焦镜对波长范围在185～2500nm的光谱高透，焦距为200mm。
5.根据权利要求1所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：两个分束棱镜的材质为远紫外光学石英玻璃，两个分束棱镜对波长范围在185～2500nm的光谱高透。
6.根据权利要求1所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：CCD阵列探测器工作在可见波段，其靶面直径大于6mm。
7.根据权利要求1所述的基于浮空器的临近空间背景光谱辐射测量装置，其特征在于：两个不同波段的光纤光谱仪分别为1#光纤光谱仪和2#光纤光谱仪，1#光纤光谱仪的响应谱段为190～1100nm；2#光纤光谱仪的响应谱段为900～2500nm。
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| CN112925044A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-08 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于多浮空器的临近空间协同观测系统及协同观测方法 |
| CN113405659A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-09-17 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 用于临近空间的紫外光谱仪控制系统、方法及紫外光谱仪 |
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