一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，该装置包括光片座，所述光片座上设置有多个通道，其中一个通道安装有作为判断是否离焦的光片，所述光片座的其他通道上设置有用于昼夜检测恒星大气透过率和水汽柱含量的光片。该发明专利技术的优点在于：本发明专利技术同时安装了实现昼夜检测大气透过率和水汽柱含量的滤光片和判断成像是否离焦的光片，这样在测量大气透过率和水汽柱含量的观测过程中使用光楔镜片来判断成像是否离焦，从而实现同一系统克服昼夜/季节温差的影响实现准确检测昼夜大气透过率和昼夜水汽柱含量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置
本专利技术涉及机械及光学领域，尤其是一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置。
技术介绍
目前实时获取整层大气透过率和水汽柱含量的方法是白天利用太阳辐射计观测太阳实时测量整层大气透过率和水汽柱含量，夜晚利用恒星辐射计观测恒星实时测量整层大气透过率，但尚没有夜晚观测恒星测量水汽柱含量的报道。两种测量方法各自存在不足：对于太阳辐射计，在仰角过低时低仰角透过率并不能代表其他仰角的大气透过率，并且太阳辐射计信标光源单一，在低仰角天区有云时太阳辐射计测量数据受云层影响大，所测量透过率并不能代表高仰角无云天区的透过率；对于恒星辐射计，目前公开报道的恒星辐射计仅能在夜晚工作。在整层大气湍流强度较弱的晨昏时刻，由于太阳刚升起仰角过低，但此时天空背景已经变亮，太阳辐射计和恒星辐射计均不能够合理的给出整层大气透过率，也就不能够得到准确的水汽柱含量。因此，目前尚缺乏一种能够昼夜兼顾同时测量整层大气透过率和水汽柱含量的方法。同时，利用接收望远镜观测恒星需要探测面与焦面重合以保证星光成像的能量集中度，提高成像信噪比。但是由于昼夜温差大温度变化会引起接收望远镜成像离焦，导致成像信噪比下降甚至导致在白天不能正常提取星光信号强度。为此昼夜观测恒星需要解决成像系统的离焦问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术，为此，本专利技术提供一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，该装置包括光片座，所述光片座上设置有多个通道，其中一个通道安装有作为判断是否离焦的光片，所述光片座的其他通道上设置有用于昼夜检测恒星大气透过率和水汽柱含量的光片。优化的，在接收恒星光的光路上依次设置有接收望远镜和探测器，所述光片座设置在接收望远镜和探测器的光路之间，在工作时，多个光片的中轴线交替与接收望远镜和探测器之间的光路重合；装置还包括电脑，电脑与探测器电连接。优化的，判断是否离焦的光片包括两片同一直径大小的半圆形第一楔镜和第二楔镜，第一楔镜和第二楔镜的拼接线均与第一楔镜、第二楔镜的楔角方向、摄入光片内的光轴方向垂直，且第一楔镜和第二楔镜的楔角方向相反，第一楔镜和第二楔镜靠近拼接线处的厚度大于外边缘处的厚度。优化的，光片座上每个通道中心到光片座的中心相等，安装判断是否离焦的光片的通道中心到光片座中心的连线与拼接线垂直或平行。优化的，安装判断是否离焦的光片的通道内还安装有截止波长为0.5～0.6微米范围内的第二长波通滤光片，所述第二长波通滤光片与第一楔镜平行设置。优化的，所述光片座的其他通道的其中一通道内设置截止波长不低于980nm的第一长波通滤光片。优化的，其他通道剩余的通道还一一对应设置有波长为500nm的窄带滤光片、波长为676nm的窄带滤光片、波长为870nm的窄带滤光片、波长为940nm的窄带滤光片。优化的，所述光片座为滤轮，所述滤轮的中心设置有驱动滤轮绕滤轮中心转动的第一驱动机构。优化的，所述接收望远镜与探测器之间还设置有用于延长成像焦距的延焦镜。优化的，所述探测器下方设置有使探测器在光轴方向上来回移动的导轨和第二驱动机构。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术安装实现昼夜检测大气透过率和水汽柱含量的光片还通过在光片座上安装判断是否离焦的光片，这样在大气透过率和水汽柱含量的替换过程中使用光片来判断成像是否离焦，从而实现同一系统检测昼夜大气透过率和昼夜水汽柱含量。(2)两个半圆形楔镜对将一束光分割为出射方向独立的两束光，两束光在焦平面成双像，由于双像间距与楔角和系统焦距有关，在系统焦距改变时双像间距发生变化，因此双像间距为自动调焦系统提供成像系统是否离焦的判据。(3)本专利技术在安装判断是否离焦的光片的通道上还安装有截止波长为0.5～0.6微米范围内的第二长波通滤光片用来抑制白天观测时的天空背景，提高成像信噪比。(4)由于恒星的亮度低、白天天空背景亮度偏高，本专利技术光片子组使用一长波通滤光片来提高成像信噪比，进而提高成像是否离焦的判断准确性。(5)本专利技术通过波长为500nm的窄带滤光片、波长为676nm的窄带滤光片、波长为870nm的窄带滤光片和截止波长为1000nm的长波通滤光片来实现昼夜单个设备大气透过率的检测，通过波长为870nm的窄带滤光片、波长为940nm的窄带滤光片、截止波长为1000nm的长波通滤光片来实现昼夜水汽柱含量的检测。(6)本专利技术通过滤轮和驱动滤轮转动的第一驱动机构来替换与光轴重合的通道，在系统工作时，安装滤光片的通道停留在光轴时探测器测量星光经过大气后的窄带辐射强度，通过数据标定得到对应波长的大气透过率和水汽柱含量；在安装楔镜的通道停留在光轴时，根据探测器上的双像间距判断系统是否离焦、控制自动调焦系统工作。(7)本专利技术通过延焦镜来延长成像的焦距，起到降低整个系统接收视场角进而抑制白天天空背景的作用。(8)第二驱动机构通过滤轮上的第一楔镜和第二楔镜产生双像的成像间距作为判断，从而驱动导轨上的探测器移动到相应的位置，进而动态校正温差引起的成像离焦。(9)本专利技术在接收望远镜前面不加观澜，而是直接使用滤轮和延焦镜配合的方式，这样白天观测时成像信噪比高，机械实现简单，并且有利于提高成像信噪比。(10)本专利技术利用楔镜对光线的偏折作用，设计两片半圆形楔镜将一束光分割为两束光；由于两束光在探测面成像的间距与楔角大小和楔镜与探测面的距离成正比，因此根据所成双像的间距来判断探测器是否偏离系统焦面，通过自动调焦结构保持双像间距与在焦面成像时的间距相同即可保持探测器在焦面成像。本专利技术综合采用了光谱滤波技术、楔镜分光技术和动态调焦技术，能够保证探测面与系统焦面重合进而实现各通道信号强度的准确测量。因此，昼夜观测恒星能够同时实现整层的多波长大气透过率和水汽柱含量的连续观测，实现了利用一种设备实时测量昼夜特别是晨昏时段大气透过率与水汽柱含量。附图说明图1为本专利技术一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置的光路示意图。图2为本专利技术一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置中滤轮设计示意图。图3为探测器量子效率、整层带起透过率仿真和长波通滤光片曲线图。图4为本专利技术中第一楔镜和第二楔镜的主视图。图5为本专利技术中第一楔镜和第二楔镜的侧视图。图中标注符号的含义如下：1-接收望远镜2-延焦镜3-滤轮31-波长为500nm的窄带滤光片32-波长为676nm的窄带滤光片33-波长为870nm的窄带滤光片34-波长为940nm的窄带滤光片35-第一长波通滤光片4-第一驱动机构5-探测器6-导轨7-第二驱动机构8-电脑91-第一楔镜92-第二楔镜93-拼接线94-第二长波通滤光片具体实施方式如图1所示，一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，包括接收望远镜1、延焦镜2、滤轮3、第一驱动机构4、探测器5、导轨6、第二驱动机构7、电脑8。其中第一驱动机构4和第二驱动机构7均为步进电机。探测器5为硅基底探测器5，硅基底探测器5上的电荷耦合器件安装在望远镜与延焦镜2的等效焦面处。星光被接收望远镜1接收后经过延焦镜2、滤轮3的一个通道后被探测器5接收，探测器5接收信号通过电脑8处理得到整层大气透过率和水汽柱含量。所述探测器5为硅基底的CCD，所述延焦镜2安装在望远镜1和滤轮3之间。滤轮3安装在延焦镜2和探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，其特征在于，该装置包括光片座，所述光片座上设置有多个通道，其中一个通道安装有作为判断是否离焦的光片，所述光片座的其他通道上设置有用于昼夜检测恒星大气透过率和水汽柱含量的光片。

【技术特征摘要】
1.一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，其特征在于，该装置包括光片座，所述光片座上设置有多个通道，其中一个通道安装有作为判断是否离焦的光片，所述光片座的其他通道上设置有用于昼夜检测恒星大气透过率和水汽柱含量的光片。2.根据权利要求1所述的一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，其特征在于，在接收恒星光的光路上依次设置有接收望远镜(1)和探测器(5)，所述光片座设置在接收望远镜(1)和探测器(5)的光路之间，在工作时，多个光片的中轴线交替与接收望远镜(1)和探测器(5)之间的光路重合；装置还包括电脑(8)，电脑(8)与探测器(5)电连接。3.根据权利要求1所述的一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，其特征在于，判断是否离焦的光片包括两片同一直径大小的半圆形第一楔镜(91)和第二楔镜(92)，第一楔镜(91)和第二楔镜(92)的拼接线(93)均与第一楔镜(91)、第二楔镜(92)的楔角方向、摄入光片内的光轴方向垂直，且第一楔镜(91)和第二楔镜(92)的楔角方向相反，第一楔镜(91)和第二楔镜(92)靠近拼接线(93)处的厚度大于外边缘处的厚度。4.根据权利要求3所述的一种测量大气透过率和水汽柱含量的装置，其特征在于，光片座上每个通道中心到光片座的中心相等，安装判断是否离焦的光片的通道中心到光片座中心的连线与拼接线(93)垂直或平行。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：靖旭，王英俭，何枫，谭逢富，秦来安，张巳龙，张守川，侯再红，吴毅，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34