地表反射自動觀測輻射計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地表反射自動觀測輻射計，由光學(xué)頭部、固定支架、北斗傳輸模塊、電控箱、太陽能電池板供電模塊組成。輻射計在可見近紅外波段共8個光學(xué)探測通道，每個光學(xué)通道均由光學(xué)限制光闌、干涉濾光片、光電二級管組成，觀測視場10°，光譜帶寬20nm，光學(xué)探測通道全固化、全密封、自動溫控。在總控系統(tǒng)的控制下，太陽能電池板自主供電，光學(xué)頭部固定在支架上觀測地面反射，北斗模塊遠(yuǎn)程傳輸觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在對地表反射的多光譜通道長期高精度全自動測量。
【專利說明】
地表反射自動觀測輻射計
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及地表反射光輻射測量裝置領(lǐng)域，具體是一種地表反射自動觀測輻射
i+o
【背景技術(shù)】
[0002]地表反射是遙感輻射定標(biāo)、遙感校驗、氣候、氣象研究等科學(xué)領(lǐng)域的重要光學(xué)參數(shù)，長期連續(xù)的地表反射觀測能夠為科學(xué)研究和應(yīng)用提供有效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0003]以往的地表反射觀測儀器野外觀測的可靠性低、自動化程度低、不穩(wěn)定、精度低等現(xiàn)象突出，不能滿足野外長期高精度觀測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種適合野外長期觀測的全自動化、測量精度高、穩(wěn)定性高的地表反射自動觀測輻射計。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0006]地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:包括通過支架離地安裝的光學(xué)頭部，以及電控箱、太陽能板供電模塊、北斗傳輸模塊，所述太陽能板供電模塊供電至電控箱，電控箱通過北斗傳輸模塊與后方平臺通訊連接，其中光學(xué)頭部包括主體防護(hù)殼、散熱器防護(hù)殼體，主體防護(hù)殼上、下端為殼口，且主體防護(hù)殼上端與散熱器防護(hù)殼體連接，所述主體防護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有對光電探測部分溫度控制的帕爾貼，散熱器防護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有與帕爾貼進(jìn)行熱交換接觸的散熱器，所述主體防護(hù)殼下端殼口豎直朝向地面，主體防護(hù)殼內(nèi)設(shè)有多個光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測部分，多個光學(xué)通道分別通過主體防護(hù)殼下端殼口接收地表反射光，且主體防護(hù)殼下端殼口中密封設(shè)有防護(hù)玻璃，主體防護(hù)殼內(nèi)還設(shè)有在側(cè)面包圍光電探測部分的隔熱層，所述電控箱分別與主體防護(hù)殼內(nèi)的光電探測部分、散熱器防護(hù)殼體內(nèi)的散熱器電連接。
[0007]所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:每個光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片、光電探測器，地表反射光依次經(jīng)過視場光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片后入射至光電探測器，所述光電探測器分別與電控箱電連接。
[0008]所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:光電探測部分共八個光學(xué)通道，每個光學(xué)通道觀測視場10°，光譜帶寬20nm。
[0009]所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:光電探測部分采用帕爾貼整體溫控，實現(xiàn)儀器在野外長期測量過程中整個探測光路的測量穩(wěn)定性，探測部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計，當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時帕爾貼自動工作，保證探測部分在工作狀態(tài)時保持在設(shè)定范圍。
[0010]所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:所述散熱器防護(hù)殼體為內(nèi)外雙層殼體結(jié)構(gòu)，其中散熱器防護(hù)內(nèi)殼的頂部和側(cè)面設(shè)計了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼的側(cè)壁設(shè)計了通風(fēng)槽，即保證了空氣流通順暢有利于熱交換，又避免雨水進(jìn)入散熱器防護(hù)內(nèi)殼。
[0011 ]所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:每間隔2分鐘測量一次，每次測量數(shù)據(jù)為多次采集數(shù)據(jù)的平均值提高信噪比，儀器自動測量夜晚無月黑暗時地面反射作為暗信號，用于白天測量時扣除，提高測量精度。
[0012]本發(fā)明優(yōu)點為:光學(xué)觀測通道的全固化、全密封以及全溫控和自動扣除本底暗信號設(shè)計顯著提高野外工作可靠性和長期穩(wěn)定性，供電、觀測、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸全部自動化，適合野外長期高精度自動觀測地面光譜反射。
【附圖說明】
[0013]圖1為地表反射自動觀測高精度輻射計系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0014]圖2為光學(xué)頭部結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3為測量光路原理圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、圖2所示，地表反射自動觀測輻射計，包括通過支架3離地安裝的光學(xué)頭部I，以及電控箱4、太陽能板供電模塊5、北斗傳輸模塊2，太陽能板供電模塊5供電至電控箱4，電控箱4通過北斗傳輸模塊2與后方平臺通訊連接，其中光學(xué)頭部I包括主體防護(hù)殼17、散熱器防護(hù)殼體16，主體防護(hù)殼17上、下端為殼口，且主體防護(hù)殼17上端與散熱器防護(hù)殼體16連接，主體防護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有對光電探測部分溫度控制的帕爾貼13，散熱器防護(hù)殼體內(nèi)還設(shè)有與帕爾貼13進(jìn)行熱交換接觸的散熱器14，主體防護(hù)殼17下端殼口豎直朝向地面，主體防護(hù)殼17內(nèi)設(shè)有多個光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測部分11，多個光學(xué)通道分別通過主體防護(hù)殼17下端殼口接收地表反射光，且主體防護(hù)殼17下端殼口中密封設(shè)有防護(hù)玻璃，主體防護(hù)殼17內(nèi)還設(shè)有在側(cè)面包圍光電探測部分11的隔熱層12，電控箱4分別與主體防護(hù)殼17內(nèi)的光電探測部分11、帕爾貼13、散熱器防護(hù)殼體內(nèi)的散熱器14電連接。
[0017]如圖3所示，每個光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場光闌21、一對消雜光光闌22、孔徑光闌23、干涉濾光片24、光電探測器25，地表反射光依次經(jīng)過視場光闌21、消雜光光闌22、孔徑光闌23、干涉濾光片24后入射至光電探測器25，光電探測器25分別與電控箱4電連接。
[0018]光電探測部分11共八個光學(xué)通道，每個光學(xué)通道觀測視場10°，光譜帶寬20nm。
[0019]光電探測部分11采用帕爾貼13整體溫控，實現(xiàn)儀器在野外長期測量過程中整個探測光路的測量穩(wěn)定性，探測部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計，當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時帕爾貼自動工作，保證探測部分在工作狀態(tài)時保持在設(shè)定范圍。
[0020]散熱器防護(hù)殼體為內(nèi)外雙層殼體結(jié)構(gòu)，其中散熱器防護(hù)內(nèi)殼15的頂部和側(cè)面設(shè)計了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼16的側(cè)壁設(shè)計了通風(fēng)槽，即保證了空氣流通順暢有利于熱交換，又避免雨水進(jìn)入散熱器防護(hù)內(nèi)殼。
[0021]每間隔2分鐘測量一次，每次測量數(shù)據(jù)為多次采集數(shù)據(jù)的平均值提高信噪比，儀器自動測量夜晚無月黑暗時地面反射作為暗信號，用于白天測量時扣除，提高測量精度。
[0022]本發(fā)明包括光學(xué)頭部1、北斗傳輸模塊2、支架3、電控箱4、太陽能電池板供電模塊
5。光學(xué)頭部I固定在支架I前端，支架2臂長1.2m,福射計光頭部距離地面1.8m,支架南北方向固定在地面，觀測過程中光學(xué)頭部及支架的陰影不會進(jìn)入到視場。電控箱4放置地面以下，太陽能電池板供電模塊5遠(yuǎn)離觀測點，不影響觀測。
[0023]地表反射自動觀測高精度輻射計采用太陽能電池板5供電，晴天時太陽能電池板發(fā)電存儲在蓄電池內(nèi)，連續(xù)三天陰雨，供電保證系統(tǒng)正常工作。電控箱4全自動控制整個系統(tǒng)工作，包括每天自動開機(jī)、關(guān)機(jī)，自動控制光學(xué)頭部I等時間間隔測量地面反射，儀器間隔2分鐘測量一次，每次測量數(shù)據(jù)為多次采集數(shù)據(jù)的平均值提高信噪比，自動計算和判斷夜晚無月光時刻測量儀器本底暗信號，自動存儲測量數(shù)據(jù)；電控箱4通過北斗傳輸模塊2實時遠(yuǎn)程傳輸測量數(shù)據(jù)到后方平臺，并可以接收遠(yuǎn)程命令控制系統(tǒng)工作；電控箱4根據(jù)太陽能供電量控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，連續(xù)陰雨超出3天以上導(dǎo)致太陽能供電在設(shè)定值以下時，系統(tǒng)自動關(guān)機(jī)，晴天后太陽能發(fā)電達(dá)到設(shè)定閾值后儀器自動恢復(fù)工作。
[0024]光學(xué)頭部I對地觀測反射。光學(xué)頭部I包括光電探測部分11、隔熱層12、帕爾貼13、散熱器14、散熱器防護(hù)內(nèi)殼15、散熱器防護(hù)外殼16、主體防護(hù)殼17。光電探測部分11米用帕爾貼13整體溫控，利用散熱器14與對流空氣熱交換。光電探測部分11的外圍包裹隔熱層12，保持熱穩(wěn)定性。
[0025]光電探測部分11實現(xiàn)地面反射的光電信號轉(zhuǎn)換。光電探測部分11共8個光學(xué)通道，每個光學(xué)通道的結(jié)構(gòu)相同，均包括視場光闌21、消雜光光闌22、孔徑光闌23、干涉濾光片24、光電探測器25，光學(xué)通道的視場角10°，光譜帶寬20nm。光電探測部分無運動部件，光學(xué)通道前端用膠粘接石英玻璃密封，光電探測器部分的后部與端蓋連接密封。光電探測部分全密封和全固化設(shè)計提高了可靠性，整體溫控保證了觀測的長期穩(wěn)定性和高精度。
[0026]觀測時8個光學(xué)通道分別輸出電壓信號1(入為光學(xué)通道載荷中心波長)，定標(biāo)后光學(xué)通道的光譜響應(yīng)度為Ra。按照公式I計算得到光學(xué)通道地面反射光譜輻亮度。
[0027]La-Va/Ra (I)
[0028]散熱器14需要空氣對流熱交換，采用雙層外殼防護(hù)，內(nèi)殼的頂部和側(cè)面設(shè)計了通風(fēng)口，外殼的側(cè)壁設(shè)計了通風(fēng)槽，即保證了空氣流通順暢有利于熱交換，又避免雨水進(jìn)入內(nèi)殼腐蝕散熱器。內(nèi)、外殼均與主體防護(hù)外殼的突出邊沿連接，內(nèi)、外殼之間的連接邊沿設(shè)計有流水孔，通過散熱器防護(hù)外殼進(jìn)入的雨水自動流出。
[0029]光學(xué)頭部的防護(hù)外殼外表面噴涂白漆防腐，同時減小吸收太陽光。主體防護(hù)外殼17下端殼口超出光電探測部分防護(hù)玻璃一段距離，避免雨水接觸防護(hù)玻璃窗，防護(hù)殼內(nèi)表面噴涂啞光黑漆，減小雜散光，保證測量的高精度。
【主權(quán)項】
1.地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:包括通過支架離地安裝的光學(xué)頭部，以及電控箱、太陽能板供電模塊、北斗傳輸模塊，所述太陽能板供電模塊供電至電控箱，電控箱通過北斗傳輸模塊與后方平臺通訊連接，其中光學(xué)頭部包括主體防護(hù)殼、散熱器防護(hù)殼體，主體防護(hù)殼上、下端為殼口，且主體防護(hù)殼上端與散熱器防護(hù)殼體連接，所述主體防護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有帕爾貼，散熱器防護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有與帕爾貼進(jìn)行熱交換接觸的散熱器，所述主體防護(hù)殼下端殼口豎直朝向地面，主體防護(hù)殼內(nèi)設(shè)有多個光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測部分，多個光學(xué)通道分別通過主體防護(hù)殼下端殼口接收地表反射光，且主體防護(hù)殼下端殼口中密封設(shè)有防護(hù)玻璃，主體防護(hù)殼內(nèi)還設(shè)有在側(cè)面包圍光電探測部分的隔熱層，所述電控箱分別與主體防護(hù)殼內(nèi)的光電探測部分、帕爾貼、散熱器防護(hù)殼體內(nèi)的散熱器電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:每個光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片、光電探測器，地表反射光依次經(jīng)過視場光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片后入射至光電探測器，所述光電探測器分別與電控箱電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:光電探測部分共八個光學(xué)通道，每個光學(xué)通道觀測視場10°，光譜帶寬20nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:光電探測部分采用帕爾貼整體溫控，實現(xiàn)儀器在野外長期測量過程中整個探測光路的測量穩(wěn)定性，探測部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計，當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時帕爾貼自動工作，保證探測部分在工作狀態(tài)時保持在設(shè)定范圍。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:所述散熱器防護(hù)殼體為內(nèi)外雙層殼體結(jié)構(gòu)，其中散熱器防護(hù)內(nèi)殼的頂部和側(cè)面設(shè)計了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼的側(cè)壁設(shè)計了通風(fēng)槽，即保證了空氣流通順暢有利于熱交換，又避免雨水進(jìn)入散熱器防護(hù)內(nèi)殼。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表反射自動觀測輻射計，其特征在于:每間隔2分鐘測量一次，每次測量數(shù)據(jù)為多次采集數(shù)據(jù)的平均值提高信噪比，儀器自動測量夜晚無月黑暗時地面反射作為暗信號，用于白天測量時扣除，提高測量精度。
【文檔編號】G01J1/42GK106052858SQ201610297423
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】李新, 鄭小兵, 劉恩超, 張艷娜, 韋瑋, 張運杰, 邱剛剛, 張權(quán), 閆靜
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院