本發(fā)明涉及遙感器在軌光輻射測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計及輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

絕對輻射計是測量太陽總輻照度的主要監(jiān)測儀器，作為光輻射測量的基準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展了50多年。它屬于電替代輻射計，原理是用等效的電功率復(fù)現(xiàn)測量的光功率，電功率的功率值即為光功率的測量值。在電替代的過程中，絕對輻射計光輻射測量實驗的響應(yīng)時間至關(guān)重要。例如，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制的太陽輻照度絕對輻射計搭載風(fēng)云三號C星在軌對太陽總輻照度進(jìn)行測量。由于風(fēng)云三號C星肩負(fù)著其他測量任務(wù)，對太陽總輻照度進(jìn)行測量的時間只有8天。同時，受視場角的限制，每軌對日測量的軌道范圍有限。因此，怎樣降低絕對輻射計輻射測量的時間常數(shù)，從而在有限的觀測時間內(nèi)得到盡可能多的符合精度要求的實驗數(shù)據(jù)成為了太陽輻照度學(xué)亟需解決的關(guān)鍵問題。

現(xiàn)有的研究一般采用帶圓柱側(cè)面的正圓錐腔的腔型結(jié)構(gòu)，熱電堆的內(nèi)壁與吸收腔相連，外壁與熱沉相連，熱電堆下墊聚酰亞胺墊片以隔絕熱電堆下底面的熱量傳遞，即熱電堆通過內(nèi)外壁的熱電效應(yīng)采集熱沉與吸收腔之間的溫度差異。然而，受圓柱側(cè)面機(jī)械加工工藝限制，吸收腔和熱電堆的熱接觸達(dá)不到絕對輻射計的精度要求。此外，在絕對輻射計光輻射測量實驗過程中，該結(jié)構(gòu)設(shè)計的響應(yīng)時間常數(shù)遠(yuǎn)低于國外同類型的儀器。

因此，為滿足對地球氣候觀測的研究需求，提高絕對輻射計在軌測量數(shù)據(jù)的可利用性。采用新的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計對絕對輻射計的響應(yīng)時間常數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)是現(xiàn)階段光輻射測量的新思路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有用于絕對輻射計上的熱結(jié)構(gòu)為帶圓柱側(cè)面的正圓錐腔的腔型結(jié)構(gòu)，由于加工工藝受限，導(dǎo)致吸收腔和熱電堆的接觸達(dá)不到絕對輻射計的精度要求的問題，提供一種用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計及輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)。

用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計，包括消雜光光闌、電機(jī)、主光闌、參考腔和38芯插頭；所述消雜光光闌設(shè)置在輻射計入口處，電機(jī)固定在消雜光光闌右上角，主光闌設(shè)置在消雜光光闌之后，還包括輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)，所述輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)包括壓片、聚酰亞胺墊片、熱電堆、熱沉和吸收腔；所述吸收腔在光輻射區(qū)域埋入用于電加熱的加熱絲，所述參考腔與吸收腔呈背靠背式連接；所述熱沉用于封裝參考腔和吸收腔；所述吸收腔為帶帽檐的正圓錐腔結(jié)構(gòu)，所述熱電堆的上頂面連接吸收腔帽檐，熱電堆的下底面與熱沉連接；所述壓片通過聚酰亞胺墊片與吸收腔帽檐固定。

用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)，包括壓片、聚酰亞胺墊片、熱電堆、熱沉和吸收腔；所述吸收腔在光輻射區(qū)域埋入用于電加熱的加熱絲，吸收腔內(nèi)部涂有鏡面反射涂料，絕對輻射計的參考腔與吸收腔呈背靠背式連接；所述熱沉用于封裝參考腔和吸收腔；所述吸收腔為帶帽檐的正圓錐腔結(jié)構(gòu)，所述熱電堆上頂面連接吸收腔帽檐，熱電堆的下底面連接熱沉，所述壓片通過聚酰亞胺墊片與吸收腔帽檐固定。

本發(fā)明的有益效果：

一、本發(fā)明所提供的絕對輻射計新型熱結(jié)構(gòu)設(shè)計各組件熱接觸緊密，削弱了環(huán)氧樹脂膠分布不均勻以及非完美熱接觸對實驗測量的影響；所述的參考腔與吸收腔呈背靠背式連接，起兩方面作用：其一為消除偶然因素所引起的吸收腔溫度響應(yīng)的過大誤差；其二為修正熱沉溫度漂移引起的測量數(shù)據(jù)偏差。

二、吸收腔采取帶帽檐的正圓錐腔結(jié)構(gòu)，且熱電堆上頂面連接吸收腔，下底面連接熱沉，該溫度采集方式設(shè)計更為合理，加快了熱沉與吸收腔之間的傳遞效率，降低了絕對輻射計實驗測量的時間常數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計的內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、壓片，2、聚酰亞胺墊片，3、熱電堆，4、熱沉，5、吸收腔，6、消雜光光闌，7、電機(jī)，8、主光闌，9、參考腔，10、38芯插頭。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計，包括：消雜光光闌6、電機(jī)7、主光闌8、輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)、參考腔5、以及38芯插頭10。其中輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)如圖1包括：壓片1、聚酰亞胺墊片2、熱電堆3、熱沉4以及吸收腔5。所述的吸收腔在光輻射區(qū)域埋入了用于電加熱的加熱絲，電加熱階段通過電加熱絲對錐腔進(jìn)行加熱從而實現(xiàn)與光加熱的等效，吸收腔5內(nèi)部涂有鏡面反射涂料。所述的參考腔9與吸收腔5呈背靠背式連接。所述熱沉4用于封裝參考腔9和吸收腔5；吸收腔5采取帶帽檐的正圓錐腔結(jié)構(gòu)，且熱電堆3上頂面連接吸收腔5，下底面連接熱沉4，所述的38芯插頭10與熱沉上鍺電阻溫度傳感器的導(dǎo)線相連，實時監(jiān)測熱沉和吸收腔的溫度變化。所述的壓片1材料為鋁，起固定吸收腔5的作用。所述的聚酰亞胺墊片2材料為聚酰亞胺，起隔絕該方向上熱量傳遞的作用。

本實施方式中，熱電堆3與吸收腔5的連接處通過環(huán)氧樹脂膠相連，采用這種結(jié)構(gòu)后熱沉4和吸收腔5之間的熱接觸更為緊密，樹脂膠分布不均勻以及非完美熱接觸的影響降到最低，顯著的降低了絕對輻射計的光輻射測量實驗的時間常數(shù)，提高了太陽輻照度在軌測量數(shù)據(jù)的可利用性。

具體實施方式二、結(jié)合圖1說明本實施方式，用于太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)，包括壓片1、聚酰亞胺墊片2、熱電堆3、熱沉4和吸收腔5；所述吸收腔5在光輻射區(qū)域埋入了用于電加熱的加熱絲，電加熱階段通過電加熱絲對吸收腔5進(jìn)行加熱從而實現(xiàn)與光加熱的等效，吸收腔5內(nèi)部涂有鏡面反射涂料。所述的參考腔9與吸收腔5呈背靠背式連接。所述熱沉4用于封裝參考腔9和吸收腔5；所述的壓片1材料為鋁，起固定吸收腔5的作用。所述的聚酰亞胺墊片2材料為聚酰亞胺，起隔絕該方向上熱量傳遞的作用。吸收腔5采取帶帽檐的正圓錐腔結(jié)構(gòu)，且熱電堆3上頂面連接吸收腔帽檐，下底面連接熱沉4。

本實施方式中所述的熱沉上設(shè)置有鍺電阻溫度傳感器，輻射計的38芯插頭10與熱沉4上的鍺電阻溫度傳感器的導(dǎo)線相連，實時監(jiān)測熱沉3和吸收腔5的溫度變化。

具體實施方式三、本實施方式為具體實施方式二所述的用于在軌太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計上的熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：

一、建立三維模型：采用工程軟件Soliderworks進(jìn)行建模，運用基體旋轉(zhuǎn)的方式建立模型。所述的吸收腔5的中心角α為30°，內(nèi)壁厚度為0.1mm。帽檐的外徑根據(jù)熱鏈接的形狀確定，即帽檐的半徑應(yīng)與熱電堆圓環(huán)的半徑相仿，方便帽檐與熱電堆更好的相連且保持熱接觸。建立好二維的草圖后，沿吸收腔中心線旋轉(zhuǎn)，可得到所需的絕對輻射計吸收腔三維模型。采用與上述相同的原則依次建立絕對輻射計內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)中的壓片1、聚酰亞胺墊片2、熱電堆3以及熱沉4的模型。

二、對步驟一建立的三維模型進(jìn)行機(jī)械加工。其中，吸收腔5的機(jī)械加工有特殊要求。采用化學(xué)電鍍工藝制作中心角α為30°的正圓錐腔，吸收腔的帽檐需拋光、拋亮以方便與熱電堆的精密結(jié)合。吸收腔的內(nèi)部采用特殊的工藝將電加熱絲埋入在內(nèi)，外層被銀包裹。機(jī)械加工后，將鏡面反射涂料均勻的涂抹在吸收腔內(nèi)壁，反射涂料層的厚度為0.05mm。其他組件的機(jī)械加工則大同小異，加工后的接觸面均需拋光拋亮。

本發(fā)明所述的用于在軌太陽輻照度定標(biāo)的絕對輻射計，為中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在國家863計劃的支持下開展了太陽輻照度絕對輻射計(Solar Irradiance absoluter radiometer)的研制工作，簡稱為SIAR。該輻射計為電替代輻射計，對太陽輻照度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。為對該絕對輻射計的響應(yīng)時間常數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到更多的符合實驗要求的太陽總輻照度測量數(shù)據(jù)，

在地面的恒溫實驗室中采用了本實施方式中的熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能調(diào)試。調(diào)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用該結(jié)構(gòu)后絕對輻射計的光輻射測量響應(yīng)時間常數(shù)明顯降低，由原有的30s左右降低到17s左右，滿足了太陽總輻照度測量的要求。