用绝对辐射计快速测量光功率的方法技术

本发明专利技术涉及用绝对辐射计快速测量光功率的方法：在接收器件上加低、高电功率Ｐ↓［Ｌ］、Ｐ↓［Ｈ］，温度传感器的电压输出值为Ｔ↓［Ｌ］和Ｔ↓［Ｈ］；求出响应度Ｓ和时间常数τ；一直维持加高电功率Ｐ↓［Ｈ］，使输出维持在Ｔ↓［Ｈ］；光辐射功率Ｐ↓［ｓ］进入，停止加高电功率Ｐ↓［Ｈ］，由输出下降阶段前几秒的任意时刻ｔ↓［ｊ］和ｔ↓［ｊ＋１］的输出值Ｔ（ｔ↓［ｊ］）、Ｔ（ｔ↓［ｊ＋１］），计算维持输出值为Ｔ↓［Ｈ］时所需加电功率Ｐ↓［ｅ１］，ｔ↓［ｊ＋１］时刻加电功率Ｐｅ↓［１］；利用响应度Ｓ计算维持输出值为Ｔ↓［Ｈ］′时所需加电功率Ｐ↓［ｅ２］，热平衡时输出值为Ｔ↓［ｅ２］，计算入射的光功率Ｐ↓［ｓ］。本发明专利技术使接收器件的温度维持在同一温度上下小幅波动，能够很快达到平衡，缩短测量周期，提高测量精度。可用于光辐射测量，尤其适用于对动态变化的太阳辐照度进行测量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学辐射能量计量
，涉及采用电功率加热进行光功率测量方法的改进。
技术介绍
对光功率进行测量时，一般是采用绝对辐射计对光功率进行测量。绝对辐射计的基本物理原理是在它的接收器件上设置电阻丝，当对绝对辐射计加入射光时，使接收器件接收入射的光辐射Po(观测阶段)，经一段时间(t＞10τ)接收器件升温到最大值，接收器件与热沉达到热平衡，温度传感器电压输出To并由数据采集系统记录；然后关闭快门(电定标阶段)，调整在接收器件的电阻丝上所加电压V，再经与观测阶段相同的时间(t＞10τ)，使接收器件与热沉达到热平衡，接收器件的温度平衡在同观测阶段的最大升温值相同的温度，即接收器件的温度传感器电压输出Te＝To，使(观测阶段)入射的光辐射功率Po和(电定标阶段)电阻丝上所加电功率Pe等效。Po=Pe=V2R·····(1)]]>设接收器件入射的光辐射功率Po或电功率为Pe时，接收器件的温度传感器的输出电压值T(t)随时间变化的热力学微分方程为 解方程(2)求得 T(t)=To(1-e-tτ)······(3)]]>式中To＝Po/KC-接收器件的热容量，K-接收器件与绝对辐射计热沉之间的热传导系数，τ＝C/K定义为绝对辐射计的时间常数。从绝对辐射计接收入射的光辐射或进行电加热的时刻t＝0开始，接收器件的温度逐步升高，理论上讲只有当t→∞时，接收器件才升温到最大恒定值，接收器与热沉达到热平衡，接收器件的温度传感器的电压输出值稳定在To。当时间经过t＝τ＝C/K时，接收器件温度传感器电压输出值T(τ)＝0.63To，即达到最大电压输出值To的63％。当时间经过t＝10τ时，T(10τ)＝0.99995To，这时可以认为接收器件温度传感器电压输出值达到热平衡的最大电压输出值To。一般精度高的绝对辐射计的时间常数(τ)都比较长，达到数秒至数十秒，测量入射的光辐射功率时，使接收器件升温，经一定时间(＞10τ)，接收器与热沉达到热平衡(观测阶段)；然后绝对辐射计的快门关闭，挡住入射的光辐射，电加热使接收器件升温，经一定时间(＞10τ)，接收器与热沉达到热平衡(电定标阶段)，上述两个阶段为一个测量周期，大约需要20τ左右，这样测量一次需要数分钟，甚至十几分钟。详细内容由于
技术介绍
采用绝对辐射计进行测量，绝对辐射计的接收器对光信息有一定的反应过程，使测量时需要较长的时间，绝对辐射计测量时对入射的光辐射有滞后反应，从而使测量精度低，为了解决上述问题本专利技术将缩短测量周期，根据在辐射或电加热时接收器升温的时间变化规律，动态预测入射的光辐射功率、观测阶段和电定标阶段在电阻丝上加不同电功率，使绝对辐射计接收器件的温度在观测和电定标阶段维持恒定，接收器件与热沉快速达到热平衡，为此本专利技术将要提供一种。本专利技术步骤a、绝对辐射计未打开快门、未加入入射光辐射功率(测量前)在绝对辐射计接收器件上加一个较低电功率PL=VL2R,]]>接收器件和热沉达到热平衡后，接收器件的温度传感器输出的反应接收器件温度的热平衡电压输出值为TL；在绝对辐射计接收器件上加一个较高电功率PH=VH2R,]]>达到热平衡后，接收器件的温度传感器输出的反应接收器件温度的热平衡电压输出值为TH；根据上述电功率PL、PH和热平衡电压输出值TL、TH，求出绝对辐射计响应度S=PH-PLTH-TL;]]>根据上述接收器件加较高电功率PH时，接收器件温度在上升阶段任意时刻ti采集的电压输出值为T(ti)，i＝0、1、2、......m，由在上升阶段任意时刻ti和ti+n接收器件温度传感器电压输出值T(ti)、T(ti+n)， 整理公式(4)后求出时间常数τ τ=(ti+n-ti)/ln(TH-T(ti+n)TH-T(ti))····(5)]]>绝对辐射计接收器件上一直维持加高电功率PH=VH2R,]]>使接收器件的温度传感器输出的反应接收器件温度的热平衡电压输出值一直维持在TH；b、打开绝对辐射计快门(观测阶段)设入射的光辐射功率为Ps，入射的光辐射功率Ps开始进入绝对辐射计的时刻tk＝0，在接收器件上停止加高电功率PH，使接收器件的温度从高电功率PH平衡状态的电压输出值TH逐步下降，在接收器件的温度传感器的电压输出值尚未达到入射光辐射功率Ps平衡状态的电压输出值Ts前，这时接收器件的温度随时间的变化的热力学微分方程为 tj＝0时，解方程(6)求得T(tj)=(TH-Ts)e-tjτ+Ts·····(7)]]>接收器件停止加高电功率PH、接收入射的光辐射后Ps，接收器件温度传感器的电压输出值在从TH逐步下降阶段的任意时刻tj采集的电压输出值为T(tj)，j＝0、1、2、......k，由温度传感器输出反应接收器件温度在从TH逐步下降阶段前几秒的任意时刻tj和tj+1的电压输出值为T(tj)、T(tj+1)，tj和tj+1时刻采集的接收器件的温度传感器的电压输出值分别可表示为 整理(8)式后得T(tj+l)-TsT(tj)-Ts=etj+l-tjτ····(9)]]>设e-tj+l-tjτ=α--(10)]]>则T(tj+l)-TsT(tj)-Ts=α····(11)]]>由于ta2、tb2和τ是已知的，所以可求出TsTs=T(tj+l)-αT(tj)1-α···(12)]]>预测出观测阶段可能入射的光辐射功率Ps′＝S·Ts……(13)也就是测量入射的光辐射功率Ps的前几秒就能够预测待测入射的光辐射功率Ps′，也就是预测出观测阶段维持接收器件的温度传感器的电压输出值为TH时其所需加的电功率为Pe1=PH-Ps′=Ve12R···(14)]]>然后tj+1时刻开始在接收器件的电阻丝上加电压Ve1，即加电功率Pe1，由于预测的入射光辐射功率Ps′＝S·Ts与入射光辐射功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
用绝对辐射计快速测量光功率的方法，其特征在于：测量的步骤如下：ａ、绝对辐射计未打开快门、未加入入射光辐射功率（测量前）：在绝对辐射计接收器件上加一个较低电功率Ｐ↓［Ｌ］，接收器件和热沉达到热平衡后，接收器件的温度传感器输出的反应接收 器件温度的热平衡电压输出值为Ｔ↓［Ｌ］；在绝对辐射计接收器件上加一个较高电功率Ｐ↓［Ｈ］，达到热平衡后，接收器件的温度传感器输出的反应接收器件温度的热平衡电压输出值为Ｔ↓［Ｈ］；根据上述电功率Ｐ↓［Ｌ］、Ｐ↓［Ｈ］和热平衡电压输出值Ｔ↓［Ｌ］、Ｔ↓［Ｈ］，求出接收器件响应度Ｓ；根据上述接收器件加较高电功率Ｐ↓［Ｈ］时，接收器件温度在上升阶段任意时刻ｔ↓［ｉ］采集的电压输出值为Ｔ（ｔ↓［ｉ］），由在上升阶段任意时刻ｔ↓［ｉ］和ｔ↓［ｉ＋ｎ］接收器件温度传感器电压输出值Ｔ（ｔ↓［ｉ］）、Ｔ（ｔ↓［ｉ＋ｎ］），求出时间常数τ；绝对辐射计接收器件上一直维持加高电功率Ｐ↓［Ｈ］，使接收器件的温度传感器输出反应接收器件温度的热平衡电压输出值一直维持在Ｔ↓［Ｈ］；ｂ、打开绝对辐射计快门（观测阶段）：设入射的光辐射功率 为Ｐ↓［ｓ］，入射的光辐射功率Ｐ↓［ｓ］开始进入绝对辐射计的时刻ｔ↓［ｊ］＝０，在接收器件上停止加高电功率Ｐ↓［Ｈ］，接收器件温度传感器的电压输出值在从Ｔ↓［Ｈ］逐步下降阶段的任意时刻ｔ↓［ｊ］采集的电压输出值为Ｔ（ｔ↓［ｊ］），由温度传感器输出反应接收器件温度在从Ｔ↓［Ｈ］逐步下降阶段前几秒的任意时刻ｔ↓［ｊ］和ｔ↓［ｊ＋１］的电压输出值为Ｔ（ｔ↓［ｊ］）、Ｔ（ｔ↓［ｊ＋１］），求出α和Ｔ↓［ｓ］，然后预测出观测阶段可能入射的光辐射功率Ｐ↓［ｓ］′，也就是测量入射的光辐射功率Ｐ↓［ｓ］的前几秒就能够预测待测入射的光辐射功率Ｐ↓［ｓ］′，计算出观测阶段维持接收器件的温度传感器的电压输出值为Ｔ↓［Ｈ］时其所需加的电功率Ｐ↓［ｅ１］，然后ｔ↓［ｂ２］时刻开始在接收器件的电阻丝上加电功率Ｐｅ↓［１］，接收器与热沉达到热平衡时，接收器件的温度传感器的电压输出值为Ｔ↓［Ｈ］′；ｃ、关闭绝对辐射计快门（电定标阶段）：利用绝对辐射计响应度Ｓ计算出温度传感器的电压输出值为Ｔ↓［Ｈ］′时所需加的电功率Ｐｅ↓［２］，在接收器件的电阻丝上加电功率Ｐｅ↓［２］， 接收器与热沉达到热平衡时，接收器件的温度传感器的电压输出值为Ｔ↓［ｅ２］，再用ΔＴ进行功率修正，计算出入射的光功率Ｐ↓［ｓ］；...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：禹秉熙，姚海顺，方伟，
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：82[中国|长春]