一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置及方法，装置包括按光路信号依次连接的：视角探测模块，用于实现半球面空间的完整探测，所述视角探测模块包括m个光纤组件；光束处理模块，将视角探测模块输出的光束进行调整合束；探测器模块，将合束后的光信号转换成电信号从而获得对应波段大气透过率。该发明专利技术的优点在于：本发明专利技术采用光束取样阵列分布式排列在2π立体角范围内分立体角测量太阳辐射信号强度，对该信号进行角度校正、标定后即可得到整层大气透过率。其优势在于，本发明专利技术所用的方案不需要二维机架跟踪太阳，也不需要云台也就不需要惯导系统，系统整体设计因简单而可靠性高。高。高。
【技术实现步骤摘要】
一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置及方法
[0001]本专利技术涉及机械及大气光学领域，尤其涉及一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置及方法。
技术介绍
[0002]目前，测量整层大气透过率的常用设备是太阳辐射或恒星辐射计，其基本原理是在二维跟踪机架上安装光学系统，二维机架跟踪太阳/恒星测量太阳/恒星经过大气后的信号强度；对该信号强度采用Langley法标定或者采用绝对标定得到整层大气透过率。为得到不同波段的大气透过率，传统设备采用在单通道光学系统中安装滤光片转轮分时测量不同波段的太阳辐射信号，或者采用多通道在每个通道均安装滤光片的方式同时得到多个波段的太阳辐射信号。传统方式在地基平台上使用已经非常成熟，通过二维机架跟踪太阳得到整层大气透过率已经有成熟的产品，如法国的CE318、日本的POM2太阳辐射，均属于成熟的商业化设备。但是，该类设备应用到摇摆平台(如科考船)上，为克服摇摆平台摇摆对二维机架跟踪太阳的影响，目前常用的手段是在摇摆平台上安装云台，云台上安装传统太阳辐射；云台结合惯导系统实时将摇摆平台的摇摆克服，太阳辐射跟踪太阳实现在摇摆平台上测量整层大气透过率。
[0003]与地基太阳辐射相比，采用云台后设备体积整体偏大，并且云台校正摇摆平台的摆动需要惯导系统的配合；因此，目前摇摆平台的太阳辐射计存在测量设备系统过于复杂的问题。
技术实现思路
[0004]为了解决了上述技术问题，本专利技术提出了一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置及方法，具体技术方案如下：
[0005]一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，包括按光路信号依次连接的：视角探测模块，用于实现半球面空间的完整探测，所述视角探测模块包括m个光纤组件；光束处理模块，将视角探测模块输出的光束进行调整合束；探测器模块，将合束后的光信号转换成电信号从而获得对应波段大气透过率。
[0006]可选的，所述光束处理模块包括：衰减器单元，将视角探测器模块输出的光束进行信号调整；合束器单元，经过衰减器单元调整后的信号进行合束；滤光单元，将合束的信号进行滤光，获得对应波段光束。
[0007]可选的，所述衰减器单元中的衰减器均为可变光纤衰减器。
[0008]可选的，装置还包括壳体，所述壳体包括半球状的曲面部和设置在曲面部下方的底座，所述底座和曲面部内部形成空腔，所述视角探测模块中的每个所述光纤组件固定在曲面部上开设的视场角孔内，所述光束处理模块和探测器模块均设置在空腔内。
[0009]可选的，装置还包括广角镜头和CCD相机，所述广角镜头设置光纤组件侧边且垂直向上安装，所述CCD相机用于接收广角镜头对太阳的成像；通过标定太阳光入射方向与太阳
的成像位置后，使用广角镜头测量太阳的入射光方向。
[0010]可选的，所述视角探测模块还包括设置在光纤组件中的每根光纤入光口处的机械光阑，所述机械光阑用来限制每根光纤的接收视场。
[0011]可选的，每个光纤组件与一个衰减器对应连接，通过合束器单元将光导入探测器模块。
[0012]可选的，所述视角探测模块包括m个光纤组件、与m个光纤组件输出端对应连接的m个分束器，所述分束器将每一个光纤组件的光束分成n束，m*n束光束与m*n个衰减器对应连接，每m个衰减器经过合束器单元中的1个合束器合束后输出到滤光单元中的对应滤光片中，滤光片输出的光束输出到探测器模块中的对应探测器中，与每个合束器连接的衰减器均接收到m个光纤组件的光束。
[0013]可选的，所述光纤组件在球面上按照两相交垂直面排布，在两个垂直平面上与水平面的排布角度分别为10
°
、30
°……
170
°
。
[0014]使用权利要求上述利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置的方法，包括：
[0015]每个探测器通道接收到的光强表示为各个光纤通道光强的加权求和，太阳光正入射所有光纤状态下，加权权重关系如下：
[0016][0017]其中，I
Sun
为太阳到达地面正入射光纤的光强；f
i,Split
为第i个分束器的分光比，用于描述光到达进入探测器u的对应通道的比例，在所述通道确定后是常数；f
u,Couple
为通道u对应耦合器的耦合效率，在通道确定后也是常数；T
i,u
为合束器前第i个通道分出来进探测器u的可变光纤衰减器的衰减系数，累加量表示m个光纤组件通过光纤通道的光强加权累加；
[0018]根据可变光纤衰减器调整各根入射光纤到达探测器的光强，使相同强度的入射光经过不同光纤后到达探测器的信号强度一致，即太阳光正入射每个通道时，到达探测器通道的信号强度可简化表示为：
[0019][0020]本专利技术的优点在于：
[0021](1)本专利技术采用光束取样阵列分布式排列在2π立体角范围内分立体角测量太阳辐射信号强度，对该信号进行角度校正、标定后即可得到整层大气透过率。其优势在于，本专利技术所用的方案不需要二维机架跟踪太阳，也不需要云台也就不需要惯导系统，系统整体设计因简单而可靠性高。
[0022](2)所述可变光纤衰减器用于独立调整可变衰减器的衰减系数进而调整各根入射光纤到达探测器的光强，使相同强度的入射光经过不同光纤后到达探测器的信号强度一致。
[0023](3)所述机械光阑用来限制每根光纤的接收视场，在入射光的夹角超过光阑限制的视场角后光纤组件对其不响应，这样解决了光纤NA决定的视场角边界不太清晰的问题，
同时降低装置设计难度和标定工作量。
[0024](4)本申请可以用支持单一波段的透过率测量，还可以实现多波段大气透过率的测量，对于多波段大气透过率的测量，每个探测器均可以探测m个光纤组件输出光束在某一波段的大气透过率，n个探测器即可测量m个光纤组件在n个波段的大气透过率，即实现多波段大气透过率的测量。
附图说明
[0025]图1为一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置中模块连接图。
[0026]图2为实施例1中装置原理图。
[0027]图3为实施例1中装置结构示意图。
[0028]图4为实施例2中装置原理图。
[0029]图5为实施例2中装置结构示意图。
[0030]图6为光纤组件在曲面部上横截面的分布图。
[0031]图7和图8分别为两个垂直的曲面部上视场角孔的分布图。
[0032]图9为光纤组件和机械光阑的结构示意图。
[0033]图中：
[0034]10、曲面部；101、视场角孔；11、底座；20i/20j、光纤组件；21、机械光阑；
[0035]30i/30j、分束器；31iu/31ju/31iv/31jv、可变光纤衰减器；32、光纤连接线；
[0036]33/33u/33v、合束器；34/34u/34v、滤光片；4/4u/4v、探测器；5、广角镜头；
[0037]6、CCD相机。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，包括按光路信号依次连接的：视角探测模块，用于实现半球面空间的完整探测，所述视角探测模块包括m个光纤组件；光束处理模块，将视角探测模块输出的光束进行调整合束；探测器模块，将合束后的光信号转换成电信号从而获得对应波段大气透过率。2.根据权利要求1所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，所述光束处理模块包括：衰减器单元，将视角探测器模块输出的光束进行信号调整；合束器单元，经过衰减器单元调整后的信号进行合束；滤光单元，将合束的信号进行滤光，获得对应波段光束。3.根据权利要求2所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，所述衰减器单元中的衰减器均为可变光纤衰减器。4.根据权利要求1所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，装置还包括壳体，所述壳体包括半球状的曲面部和设置在曲面部下方的底座，所述底座和曲面部内部形成空腔，所述视角探测模块中的每个所述光纤组件固定在曲面部上开设的视场角孔内，所述光束处理模块和探测器模块均设置在空腔内。5.根据权利要求1所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，装置还包括广角镜头和CCD相机，所述广角镜头设置光纤组件侧边且垂直向上安装，所述CCD相机用于接收广角镜头对太阳的成像；通过标定太阳光入射方向与太阳的成像位置后，使用广角镜头测量太阳的入射光方向。6.根据权利要求1所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，所述视角探测模块还包括设置在光纤组件中的每根光纤入光口处的机械光阑，所述机械光阑用来限制每根光纤的接收视场。7.根据权利要求1所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，每个光纤组件与一个衰减器对应连接，通过合束器单元将光导入探测器模块。8.根据权利要求2所述的一种利用阳光取样阵列测量整层大气透过率的装置，其特征在于，所述视角探测模块包括m个光纤组件、与m个光纤组件输出端对应连接的m个分束器，所述分束器将每一个光纤组件的光束分成n束，m*n束光束与m*n个衰减器对应连接，每m个衰减器经过合束器单元中的1个合束器合束后输出到滤光单元中的对应滤光片中，滤光片输出的光束输出到探测器模块中的对应探测器中，与每个合束器连接的衰减器均接收到m个光纤组件的光束。9.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯再红，靖旭，秦来安，王浩，张巳龙，王英俭，
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：
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