JP5825632B2 - 分光放射計の校正法 - Google Patents
分光放射計の校正法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5825632B2 JP5825632B2 JP2011254053A JP2011254053A JP5825632B2 JP 5825632 B2 JP5825632 B2 JP 5825632B2 JP 2011254053 A JP2011254053 A JP 2011254053A JP 2011254053 A JP2011254053 A JP 2011254053A JP 5825632 B2 JP5825632 B2 JP 5825632B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- direct
- different times
- measurement
- calibration
- atmosphere
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
分光放射計の校正とは、光源の分光放射照度S(λ)を既知とし、その光源を測定した分光放射計の出力をE(λ)とし、D(λ)=S(λ)/E(λ)を求めることである。通常、D(λ)は波長λの関数で、校正値という。
この他、分光器に迷光が存在している。広帯域分光放射計において、迷光の影響で、異なる形状のスペクトルを測定するとき、異なる誤差が生じる。3200Kの放射温度を持つ標準電球と5700Kの放射温度を持つ太陽のスペクトルが大きく違う。このため、それぞれの測定誤差が生じて、誤差の相殺ができない。特に、短波長範囲に、迷光による測定誤差が−30%を超えた場合がある。その誤差を取り除くには、様々な工夫がされているが、分光器の構造も複雑になり、また、高価な測定設備と複雑なデータ処理手法が必要である。一方、イメージセンサーにおける非線形誤差も無視できない。非線形誤差は入射光強度に依存して、場合によって±5%程度に達する。上記の迷光の影響のように、異なるスペクトルの測定による非線形誤差の相殺ができない。その誤差を取り除くには、同様、高価な測定設備と面倒な補正処理が必要である。更に、迷光誤差や非線形誤差が分光器個体によって異なり、これらの誤差を一台ずつ対処する必要がある。このため、一般的な分光放射計メーカは対応しにくい。
ln[I(λ)]=ln[I0(λ)]+mT(λ)
ここで、λは波長、I0(λ)は大気圏外の太陽光分光放射照度、I(λ)は観測場所における太陽光分光放射照度、mはエアマス(大気の厚さを表し、地上から天頂まで鉛直の方向はmが1であり、大気圏外はmが0である)、T(λ)は大気の透過率である。
一旦、大気が安定している状態になると、各波長において、T(λ)は定数となり、ln[I(λ)]とmは線形関係になる。この場合は、まず、実測値によって各波長における線形関数を求める。次に、これらの関数を利用してmが0になる時のln[I(λ)]を求めて、つまり、大気圏外での装置の測定値を求める。求めた大気圏外測定値と大気圏外の太陽光分光放射照度と比べて、装置の校正ができる。この校正方法は、Langley Method(ラングレー法)と言う。通常、この方法を用いて、基準分光放射計を獲得し、それを基準にして、他の分光放射計を校正する。
しかし、ラングレー法を利用するには、安定的な大気状態が必要である。このため、通常、校正は標高が三千メートル以上の山で、かつ適切な季節(例えば、秋、冬)に行う。世界中、この条件を満たす測定場所は、アメリカ−ハワイのMauna Loa、スイスのJungfraujochなど数箇所しかない。このため、世界各地から測定場所まで装置を運んで、コストが掛かるだけではなく、被校正装置の台数や校正時期も限定されている。
人工衛星または宇宙ステーションにおいて大気圏外で直接測定した太陽スペクトルを予め得るステップと、
快晴かつ安定的な気象条件の地上付近を測定場所として複数の異なる時刻ごとに、校正対象とした被校正直達分光放射計と比較基準とした直達日射計を用いて直達太陽光を同時測定するとともに、同時に、サンフォトメーターおよびマイクロ放射計を含む測定装置を用いて、大気中のエアロゾルによる光学的厚さ、可降水蒸気量、および、前記測定場所の気温からなる大気状態を測定し、さらに、測定日における大気状態の鉛直分布およびオゾン全量を複数の異なる時刻ごとに測定するステップと、
前記大気圏外で直接測定した太陽スペクトルから、前記測定場所において複数の異なる時刻ごとに測定した大気状態の実測値および測定日における大気状態の鉛直分布およびオゾン全量の複数の異なる時刻ごとの実測値を用いて、大気圏外から大気を通して測定場所に到達するまでの直達太陽スペクトルを前記複数の異なる時刻ごとに計算するステップと、
前記計算で得られた複数の異なる時刻ごとの直達太陽スペクトルの全波長域の積分値を計算して、その結果を前記直達日射計の複数の異なる時刻ごとの同時測定値、つまり、直達太陽スペクトルの全波長域積分値の測定値と比較し、両積分値の差が一定誤差範囲を満たした一つの特定時刻のスペクトルを前記計算で得られた複数の異なる時刻ごとの直達太陽スペクトルの中から選んで仲介とするステップと、
前のステップで選んだ仲介とする一つの特定時刻のスペクトルと、被校正直達分光放射計で前記一つの特定時刻に測定した直達太陽スペクトルを比較することにより被校正直達分光放射計を校正するステップからなることを特徴とする。
その他、本発明の校正法を用いて、分光放射計における分光放射照度絶対値の校正だけではなく、波長の精密校正も可能である。また、迷光誤差や非線形誤差、全天測定用分光放射計の入射角特性など分光放射計の性能を評価するには、この方法も期待されている。
このような校正法が実現できる理由は、まず、太陽の分光放射照度は標準電球より大変安定していること。
次に、近年、人工衛星及び宇宙ステーションで大気圏外の太陽スペクトルを直接測定することができ、精度のよい太陽スペクトルを得られること。
更に、分光放射計の校正用光源と測定対象が同じく(太陽)、分光器の迷光による測定誤差及びイメージセンサーにおける非線形誤差が相殺でき、誤差が大幅に低減できること、が挙げられる。
上記の手段で、標準電球校正法による問題の解決が可能であるが、条件としては大気中の各成分の変動による測定誤差を低減する必要がある。この問題を解決するには、ラングレー法の利用が可能であるが、この方法は測定場所と測定時期に限定されて、かつ、長時間で大気の安定状態が必要である。これらの使用条件を緩和するために、ラングレー法の変わりに、新しい方法を導入する。
具体的には、高い山の変わりに地上付近を測定場所とし、校正対象とした直達分光放射計と比較基準とした直達日射計を用いて直達太陽光を同時測定する。同時に、サンフォトメーター、マイクロ放射計など測定装置を用いて、大気状態を測定する。そして、大気モデルを利用して、測定場所で実測した気象データを用いて、大気圏外から大気を通して測定場所に到達するまでの直達太陽スペクトルを精度よく計算する。また、そのスペクトルの積分値、つまり直達日射照度を求めて、直達日射計の測定値と比べて、精度のよいスペクトルを選ぶ。そのスペクトルを仲介(中間標準)として、分光放射計を校正する。
この方法は、標準電球校正法とラングレー法における問題点を解決でき、結果として、連続波長の測定する分光放射計の校正精度は、ラングレー法で校正したサンフォトメーターと同程度の校正精度になった。更に、測定場所を気象観測サイトに近づけ、既存気象観測サイトの測定値を利用でき、その有効利用によって、測定の信頼性が高くなり、校正コストを大幅に削減できる。
まず、既存の全天分光放射計を直達分光放射計に改造し、これによって、装置入射口の全角視野が180°から5°までに絞った。その後、2010年12月から2011年2月にかけて、校正対象とした直達分光放射計を太陽追尾装置に乗せて太陽スペクトルを測定した。観測実験は独立行政法人産業技術総合研究所の構内で行った。同時に、隣接した気象庁気象研究所の構内で大気状態の測定を行った。そして、大気状態の実測値に基づいて、測定場所における直達太陽スペクトルを計算した。その積分値は同時に測定した直達日射計の実測値と比べて、その基準とした実測値により誤差が約±1%以内に収まった。この±1%誤差は直達日射計の測定誤差範囲でもある。例をとして、図3は、2010年12月10日における計算した直達太陽スペクトルの積分値対直達日射計の測定値の比を示している。この図から、大気状態の変動にも関わらず、長い時間に亘って計算値対測定値の比が±1%の中に保つことが分かった。また、図4は図3に示した比を一つ選んで、その比を計算する元となった直達太陽スペクトルと被校正対象である直達分光放射計の測定値の比較を示している。この図から、標準電球で校正された直達分光放射計の測定値は計算値より低いことが分かった。更に、図5は、図4に示した直達太陽スペクトルの計算値対直達分光放射計の測定値の比を示している。この図には、計算値対測定値の比が波長に依存する。短波長範囲にその比が1.2を超えた。長波長範囲にその比が約1.1であった。そして、この計算値によって分光放射計を校正した。検証実験は良い結果が得られた。
Claims (1)
- 人工衛星または宇宙ステーションにおいて大気圏外で直接測定した太陽スペクトルを予め得るステップと、
快晴かつ安定的な気象条件の地上付近を測定場所として複数の異なる時刻ごとに、校正対象とした被校正直達分光放射計と比較基準とした直達日射計を用いて直達太陽光を同時測定するとともに、同時に、サンフォトメーターおよびマイクロ放射計を含む測定装置を用いて、大気中のエアロゾルによる光学的厚さ、可降水蒸気量、および、前記測定場所の気温からなる大気状態を測定し、さらに、測定日における大気状態の鉛直分布およびオゾン全量を複数の異なる時刻ごとに測定するステップと、
前記大気圏外で直接測定した太陽スペクトルから、前記測定場所において複数の異なる時刻ごとに測定した大気状態の実測値および測定日における大気状態の鉛直分布およびオゾン全量の複数の異なる時刻ごとの実測値を用いて、大気圏外から大気を通して測定場所に到達するまでの直達太陽スペクトルを前記複数の異なる時刻ごとに計算するステップと、
前記計算で得られた複数の異なる時刻ごとの直達太陽スペクトルの全波長域の積分値を計算して、その結果を前記直達日射計の複数の異なる時刻ごとの同時測定値、つまり、直達太陽スペクトルの全波長域積分値の測定値と比較し、両積分値の差が一定誤差範囲を満たした一つの特定時刻のスペクトルを前記計算で得られた複数の異なる時刻ごとの直達太陽スペクトルの中から選んで仲介とするステップと、
前のステップで選んだ仲介とする一つの特定時刻のスペクトルと、被校正直達分光放射計で前記一つの特定時刻に測定した直達太陽スペクトルを比較することにより被校正直達分光放射計を校正するステップ、
からなる分光放射計の校正法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254053A JP5825632B2 (ja) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 分光放射計の校正法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254053A JP5825632B2 (ja) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 分光放射計の校正法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013108843A JP2013108843A (ja) | 2013-06-06 |
JP5825632B2 true JP5825632B2 (ja) | 2015-12-02 |
Family
ID=48705743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011254053A Expired - Fee Related JP5825632B2 (ja) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 分光放射計の校正法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5825632B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6520529B2 (ja) * | 2015-07-29 | 2019-05-29 | コニカミノルタ株式会社 | 分光装置を校正する方法および校正された分光装置を生産する方法 |
ES2856573T3 (es) * | 2015-10-20 | 2021-09-27 | Spectrafy Inc | Dispositivos y métodos de espectro solar global |
CN109900655A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-18 | 合肥九天卫星科技有限公司 | 用于卫星标定的光学厚度光谱监测仪 |
CN110231516B (zh) * | 2019-06-14 | 2021-05-11 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种快速可变温微波噪声源 |
CN111896100B (zh) * | 2020-07-31 | 2023-01-03 | 上海卫星工程研究所 | 星载太阳辐射计无遮拦视场角测量方法、系统及介质 |
KR102547383B1 (ko) * | 2022-10-05 | 2023-06-26 | 대한민국 | 정밀 필터 복사계 시스템 및 정밀 필터 복사계의 교정 방법 |
-
2011
- 2011-11-21 JP JP2011254053A patent/JP5825632B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013108843A (ja) | 2013-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gueymard | The SMARTS spectral irradiance model after 25 years: New developments and validation of reference spectra | |
Myers | Solar radiation modeling and measurements for renewable energy applications: data and model quality | |
JP5825632B2 (ja) | 分光放射計の校正法 | |
Hülsen et al. | Characterization and calibration of ultraviolet broadband radiometers measuring erythemally weighted irradiance | |
Leszczynski et al. | Erythemally weighted radiometers in solar UV monitoring: results from the WMO/STUK intercomparison | |
Piacentini et al. | Extreme solar total and UV irradiances due to cloud effect measured near the summer solstice at the high-altitude desertic plateau Puna of Atacama (Argentina) | |
Bohn et al. | Photolysis frequency measurement techniques: results of a comparison within the ACCENT project | |
Eltbaakh et al. | Measurement of total and spectral solar irradiance: Overview of existing research | |
WO2012020542A1 (ja) | 光源評価装置および太陽電池評価装置 | |
CN102565007B (zh) | 一种整层大气透过率的反演方法 | |
Lakkala et al. | Quality assurance of the Brewer spectral UV measurements in Finland | |
Galleano et al. | Results of the fifth international spectroradiometer comparison for improved solar spectral irradiance measurements and related impact on reference solar cell calibration | |
Tatsiankou et al. | Extensive validation of solar spectral irradiance meters at the World Radiation Center | |
Geuder et al. | Comparison of corrections and calibration procedures for rotating shadowband irradiance sensors | |
Fruck et al. | Instrumentation for comparing night sky quality and atmospheric conditions of CTA site candidates | |
Lantz et al. | The 1997 North American interagency intercomparison of ultraviolet spectroradiometers including narrowband filter radiometers | |
Galleano et al. | Traceable spectral irradiance measurements in photovoltaics: Results of the PTB and JRC spectroradiometer comparison using different light sources | |
Driesse et al. | Spectrally selective sensors for PV system performance monitoring | |
Sengupta et al. | Evaluation of photodiode and thermopile pyranometers for photovoltaic applications | |
Tatsiankou et al. | Efficient, real-time global spectral and broadband irradiance acquisition | |
Martínez-Lozano et al. | Intercomparison of spectroradiometers for global and direct solar irradiance in the visible range | |
Peterson et al. | Developing a spectroradiometer data uncertainty methodology | |
Riedel et al. | Direct beam and diffuse spectral irradiance measurements in a nordic country analyzed with the average photon energy parameter | |
Medugu et al. | Construction of a reliable model pyranometer for irradiance measurements | |
Lakkala et al. | Radiation measurements at the Pallas-Sodankylä Global Atmosphere Watch station—diurnal and seasonal cycles of ultraviolet, global and photosynthetically-active radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140606 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150121 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150406 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151006 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151007 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5825632 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |