一种黑体腔吸收比的测量方法技术

本发明专利技术实施例公开一种黑体腔吸收比的测量方法。该方法将黑体腔吸收比的测量装置中的第一积分球安装于二维平台上；在黑体腔入光孔所在的平面内建立二维坐标系，将信号光的光斑中心位置作为坐标点；二维平台带动第一积分球以预设的步距在坐标系内移动；穿过第一积分球的信号光分别扫描黑体腔、标准白板和背景，从而获得相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵；根据所获得的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵，计算黑体腔吸收比矩阵。本发明专利技术实施例所提供的方法采用扫描方式，使得激光的单点光源也可以照亮黑体腔的整个底面，有效地提高了测量精度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种黑体腔吸收比的测量方法
本专利技术涉及太阳光辐照度测量的
，具体涉及一种黑体腔吸收比的测量方法。
技术介绍
太阳总辐照度(TotalSolarIrradiance，TSI)是地球外部能源的主要来源。太阳绝对辐射计是观测太阳总辐照度的主要手段。太阳绝对辐射计基于电功率复现光功率产生的腔温变化的原理，通过精确测量的等效电功率可以获得未知的光功率。目前，各国都在进行太阳总辐照度(TSI)的测量。比利时将太阳辐照度绝对辐射计搭载在航天器上长期监测太阳总辐照度(TSI)；美国采用TIM监测太阳总辐照度(TSI)；瑞士采用PMOD6监测太阳总辐照度(TSI)；中国采用自主研制的太阳总辐照度监测仪(TISM)进行监测太阳总辐照度(TSI)。太阳绝对辐射计的核心探测器是黑体腔，光功率在黑体腔内经过多次反射和吸收，转化为温升，从而使得腔温达到新的平衡状态。黑体腔的吸收比是测量太阳总辐照度的重要修正量，在使用太阳绝对辐射计前，需要在实验室测量黑体腔的吸收比。目前，为了保证光源的稳定性，测量黑体腔吸收比的方法通常采用激光作为光源。然而，在实际应用过程中，太阳绝对辐射计的光源是太阳。相比于太阳，激光的光源半径较小，不能照亮黑体腔的底面，而太阳辐射经过主光阑是可以照亮黑体腔的整个底面，黑体腔的实际吸收比应该是整个黑体腔地面吸收比的平均值。因此，传统方法测量的黑体腔吸收比与实际上的黑体腔的吸收比存在系统误差。因此，针对现有测量黑体腔吸收比所存在的问题，急需一种能够避免或减少系统误差的测量黑体腔吸收比的方法。
技术实现思路
针对现有黑体腔吸收比的测量方法所存在的系统误差问题，本专利技术实施例提出一种采用二维扫描方式的测量黑体腔吸收比的方法。本专利技术实施例所提供的黑体腔吸收比的测量方法采用二维扫描方式，使得激光的单点光源也可以照亮黑体腔的整个底面，避免了现有测量方式由于激光单点光源所引起的系统误差，并采用平均吸收比表征黑体腔对太阳辐射的实际吸收比，有效地提高了测量精度和准确性。该黑体腔吸收比的测量方法的具体方案如下：一种黑体腔吸收比的测量方法，包括以下步骤：将黑体腔吸收比的测量装置中的第一积分球安装于二维平台上；在黑体腔入光孔所在的平面内建立二维坐标系，将信号光的光斑中心位置作为坐标点；所述二维平台带动所述第一积分球以预设的步距在所述坐标系内移动；穿过所述第一积分球的信号光分别扫描黑体腔、标准白板和背景，从而获得相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵；根据所获得的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵，计算黑体腔吸收比矩阵。优选地，所述相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵包括黑体腔的信号光电压矩阵和黑体腔的参考光电压矩阵，标准白板的信号光电压矩阵和标准白板的参考光电压矩阵，背景的信号光电压矩阵和背景的参考光电压矩阵。优选地，所述黑体腔的光电压矩阵和黑体腔的参考光电压矩阵的具体表达式，如公式1和公式2所示：公式1：公式2：其中，Vdc(x,y)为黑体腔的信号光电压矩阵，Vfc(x,y)为黑体腔的参考光电压矩阵。优选地，所述标准白板的信号光电压矩阵和标准白板的参考光电压矩阵的具体表达式，如公式3和公式4所示：公式3：公式4：其中，Vdw(x,y)为标准白板的信号光电压矩阵，为标准白板的参考光电压矩阵。优选地，所述背景的信号光电压矩阵和背景的参考光电压矩阵的具体表达式，如公式5和公式6所示：公式5：公式6：其中，Vdb(x,y)为背景的信号光电压矩阵，Vfb(x,y)为背景的参考光电压矩阵。优选地，所述计算黑体腔吸收比矩阵的具体公式如公式7所示：公式7：αc(x,y)＝E-ρw[μc(x,y)-μb(x,y)]./[μb(x,y)-μb(x,y)]其中，αc(x,y)为黑体腔吸收比矩阵，μc(x,y)为黑体腔的信号矩阵，μw(x,y)为标准白板的信号矩阵，μb(x,y)为背景的信号矩阵，ρw为标准白板的反射率，E是元素全部为1的矩阵，E的维数与信号光电压矩阵相同。优选地，求取黑体腔吸收比矩阵的平均值，获得黑体腔的平均吸收比，具体的计算表达式如公式8所示：公式8：αc＝mean(mean(αc(x,y)))其中，αc为黑体腔的平均吸收比，αc(x,y)为黑体腔吸收比矩阵。优选地，所述方法还包括步骤：采用所述参考光电压矩阵修正所述信号光矩阵。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例所提供的黑体腔吸收比的测量方法通过二维平台带动通过信号光的第一积分球沿垂直于所述信号光的平面上移动，通过扫描的方式使得信号光可以照亮黑体腔的整个底面，避免了现有测量方式由于激光单点光源所引起的系统误差，并采用平均吸收比表征黑体腔对太阳辐射的实际吸收比，有效地提高了测量精度和准确性。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的一种黑体腔吸收比的测量装置的示意图；图2为本专利技术实施例中提供的一种黑体腔吸收比测量方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例中提供的建立坐标系的示意图；图4为根据本专利技术实施例所提供方法测的的黑体腔吸收比的散点图。附图标记说明：100、测量装置10、激光20、功率稳定器30、分光镜40、第二积分球50、第一积分球60、二维平台70、第二光电转换器80、第一光电转换器91、黑体腔93、标准白板52、入光孔54、出光孔A、参考光路B、信号光路101、信号光光斑911、黑体腔入光口具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1所示，本专利技术实施例中提供的一种黑体腔吸收比的测量装置的示意图。测量装置100包括用于作为光源的激光10，用于将激光10发出的光分成参考光和信号光的分光镜30，用于接收所述信号光的第一积分球50，连接第一积分球50且用于将信号光转换为信号光电压的第一光电转换器80，用于接收参考光的第二积分球40，连接第二积分球40且用于将参考光转换为参考光电压的第二光电转换器70。其中，第一积分球40安装于二维平台60上，第一积分球40能够在垂直于信号光的平面上移动。由于激光相比于其他光源具有较强的光稳定性，因此，测量装置100采用激光作为光源。在一优选实施例中，测量装置100还包括功率稳定器20，用于提高激光10的光源稳定性。功率稳定器20位于激光10和分光镜30之间，进一步提高光源的稳定性。在该实施例中，分光镜30采用半透半反镜。激光所发出的光经过半透半反镜，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑体腔吸收比的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将黑体腔吸收比的测量装置中的第一积分球安装于二维平台上；在黑体腔入光孔所在的平面内建立二维坐标系，将信号光的光斑中心位置作为坐标点；所述二维平台带动所述第一积分球以预设的步距在所述坐标系内移动；穿过所述第一积分球的信号光分别扫描黑体腔、标准白板和背景，从而获得相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵；根据所获得的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵，计算黑体腔吸收比矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种黑体腔吸收比的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将黑体腔吸收比的测量装置中的第一积分球安装于二维平台上；在黑体腔入光孔所在的平面内建立二维坐标系，将信号光的光斑中心位置作为坐标点；所述二维平台带动所述第一积分球以预设的步距在所述坐标系内移动；穿过所述第一积分球的信号光分别扫描黑体腔、标准白板和背景，从而获得相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵；根据所获得的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵，计算黑体腔吸收比矩阵。2.根据权利要求1所述一种黑体腔吸收比的测量方法，其特征在于，所述相应的信号光电压矩阵和参考光电压矩阵包括黑体腔的信号光电压矩阵和黑体腔的参考光电压矩阵，标准白板的信号光电压矩阵和标准白板的参考光电压矩阵，背景的信号光电压矩阵和背景的参考光电压矩阵。3.根据权利要求2所述一种黑体腔吸收比的测量方法，其特征在于，所述黑体腔的光电压矩阵和黑体腔的参考光电压矩阵的具体表达式，如公式1和公式2所示：公式1：公式2：其中，Vdc(x,y)为黑体腔的信号光电压矩阵，Vfc(x,y)为黑体腔的参考光电压矩阵。4.根据权利要求2所述一种黑体腔吸收比的测量方法，其特征在于，所述标准白板的信号光电压矩阵和标准白板的参考光电压矩阵的具体表达式，如公式3和公式4所示：公式3：公式4：其中，Vdw(x,y)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣小龙，方伟，叶新，骆杨，杨东军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22