地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，由光學(xué)頭部、固定支架、北斗傳輸模塊、電控箱、太陽(yáng)能電池板供電模塊組成。輻射計(jì)在可見(jiàn)近紅外波段共8個(gè)光學(xué)探測(cè)通道，每個(gè)光學(xué)通道均由光學(xué)限制光闌、干涉濾光片、光電二級(jí)管組成，觀(guān)測(cè)視場(chǎng)10°，光譜帶寬20nm，光學(xué)探測(cè)通道全固化、全密封、自動(dòng)溫控。在總控系統(tǒng)的控制下，太陽(yáng)能電池板自主供電，光學(xué)頭部固定在支架上觀(guān)測(cè)地面反射，北斗模塊遠(yuǎn)程傳輸觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在對(duì)地表反射的多光譜通道長(zhǎng)期高精度全自動(dòng)測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及地表反射光輻射測(cè)量裝置領(lǐng)域，具體是一種地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)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(yàn)、氣候、氣象研究等科學(xué)領(lǐng)域的重要光學(xué)參數(shù)，長(zhǎng)期連續(xù)的地表反射觀(guān)測(cè)能夠?yàn)榭茖W(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(guān)測(cè)儀器野外觀(guān)測(cè)的可靠性低、自動(dòng)化程度低、不穩(wěn)定、精度低等現(xiàn)象突出，不能滿(mǎn)足野外長(zhǎng)期高精度觀(guān)測(cè)。

【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(zhǎng)期觀(guān)測(cè)的全自動(dòng)化、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性高的地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)。
[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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:包括通過(guò)支架離地安裝的光學(xué)頭部，以及電控箱、太陽(yáng)能板供電模塊、北斗傳輸模塊，所述太陽(yáng)能板供電模塊供電至電控箱，電控箱通過(guò)北斗傳輸模塊與后方平臺(tái)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(duì)光電探測(cè)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(gè)光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測(cè)部分，多個(gè)光學(xué)通道分別通過(guò)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(cè)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(cè)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:每個(gè)光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場(chǎng)光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片、光電探測(cè)器，地表反射光依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片后入射至光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器分別與電控箱電連接。
[0008]所述的地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:光電探測(cè)部分共八個(gè)光學(xué)通道，每個(gè)光學(xué)通道觀(guān)測(cè)視場(chǎng)10°，光譜帶寬20nm。
[0009]所述的地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:光電探測(cè)部分采用帕爾貼整體溫控，實(shí)現(xiàn)儀器在野外長(zhǎng)期測(cè)量過(guò)程中整個(gè)探測(cè)光路的測(cè)量穩(wěn)定性，探測(cè)部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計(jì)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)帕爾貼自動(dòng)工作，保證探測(cè)部分在工作狀態(tài)時(shí)保持在設(shè)定范圍。
[0010]所述的地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，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(jì)了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼的側(cè)壁設(shè)計(jì)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:每間隔2分鐘測(cè)量一次，每次測(cè)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(dòng)測(cè)量夜晚無(wú)月黑暗時(shí)地面反射作為暗信號(hào)，用于白天測(cè)量時(shí)扣除，提高測(cè)量精度。
[0012]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為:光學(xué)觀(guān)測(cè)通道的全固化、全密封以及全溫控和自動(dòng)扣除本底暗信號(hào)設(shè)計(jì)顯著提高野外工作可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，供電、觀(guān)測(cè)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸全部自動(dòng)化，適合野外長(zhǎng)期高精度自動(dòng)觀(guān)測(cè)地面光譜反射。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)高精度輻射計(jì)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(cè)量光路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1、圖2所示，地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，包括通過(guò)支架3離地安裝的光學(xué)頭部I，以及電控箱4、太陽(yáng)能板供電模塊5、北斗傳輸模塊2，太陽(yáng)能板供電模塊5供電至電控箱4，電控箱4通過(guò)北斗傳輸模塊2與后方平臺(tái)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(duì)光電探測(cè)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(gè)光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測(cè)部分11，多個(gè)光學(xué)通道分別通過(guò)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(cè)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(cè)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(gè)光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場(chǎng)光闌21、一對(duì)消雜光光闌22、孔徑光闌23、干涉濾光片24、光電探測(cè)器25，地表反射光依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)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(cè)器25，光電探測(cè)器25分別與電控箱4電連接。
[0018]光電探測(cè)部分11共八個(gè)光學(xué)通道，每個(gè)光學(xué)通道觀(guān)測(cè)視場(chǎng)10°，光譜帶寬20nm。
[0019]光電探測(cè)部分11采用帕爾貼13整體溫控，實(shí)現(xiàn)儀器在野外長(zhǎng)期測(cè)量過(guò)程中整個(gè)探測(cè)光路的測(cè)量穩(wěn)定性，探測(cè)部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計(jì)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)帕爾貼自動(dòng)工作，保證探測(cè)部分在工作狀態(tài)時(shí)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(jì)了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼16的側(cè)壁設(shè)計(jì)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(cè)量一次，每次測(cè)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(dòng)測(cè)量夜晚無(wú)月黑暗時(shí)地面反射作為暗信號(hào)，用于白天測(cè)量時(shí)扣除，提高測(cè)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(yáng)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(zhǎng)1.2m,福射計(jì)光頭部距離地面1.8m,支架南北方向固定在地面，觀(guān)測(cè)過(guò)程中光學(xué)頭部及支架的陰影不會(huì)進(jìn)入到視場(chǎng)。電控箱4放置地面以下，太陽(yáng)能電池板供電模塊5遠(yuǎn)離觀(guān)測(cè)點(diǎn)，不影響觀(guān)測(cè)。
[0023]地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)高精度輻射計(jì)采用太陽(yáng)能電池板5供電，晴天時(shí)太陽(yáng)能電池板發(fā)電存儲(chǔ)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(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)工作，包括每天自動(dòng)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)，自動(dòng)控制光學(xué)頭部I等時(shí)間間隔測(cè)量地面反射，儀器間隔2分鐘測(cè)量一次，每次測(cè)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(dòng)計(jì)算和判斷夜晚無(wú)月光時(shí)刻測(cè)量?jī)x器本底暗信號(hào)，自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)；電控箱4通過(guò)北斗傳輸模塊2實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)到后方平臺(tái)，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(yáng)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(yáng)能供電在設(shè)定值以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)，晴天后太陽(yáng)能發(fā)電達(dá)到設(shè)定閾值后儀器自動(dòng)恢復(fù)工作。
[0024]光學(xué)頭部I對(duì)地觀(guān)測(cè)反射。光學(xué)頭部I包括光電探測(cè)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(cè)部分11米用帕爾貼13整體溫控，利用散熱器14與對(duì)流空氣熱交換。光電探測(cè)部分11的外圍包裹隔熱層12，保持熱穩(wěn)定性。
[0025]光電探測(cè)部分11實(shí)現(xiàn)地面反射的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。光電探測(cè)部分11共8個(gè)光學(xué)通道，每個(gè)光學(xué)通道的結(jié)構(gòu)相同，均包括視場(chǎng)光闌21、消雜光光闌22、孔徑光闌23、干涉濾光片24、光電探測(cè)器25，光學(xué)通道的視場(chǎng)角10°，光譜帶寬20nm。光電探測(cè)部分無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，光學(xué)通道前端用膠粘接石英玻璃密封，光電探測(cè)器部分的后部與端蓋連接密封。光電探測(cè)部分全密封和全固化設(shè)計(jì)提高了可靠性，整體溫控保證了觀(guān)測(cè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高精度。
[0026]觀(guān)測(cè)時(shí)8個(gè)光學(xué)通道分別輸出電壓信號(hào)1(入為光學(xué)通道載荷中心波長(zhǎng))，定標(biāo)后光學(xué)通道的光譜響應(yīng)度為Ra。按照公式I計(jì)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(duì)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(jì)了通風(fēng)口，外殼的側(cè)壁設(shè)計(jì)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(jì)有流水孔，通過(guò)散熱器防護(hù)外殼進(jìn)入的雨水自動(dòng)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(shí)減小吸收太陽(yáng)光。主體防護(hù)外殼17下端殼口超出光電探測(cè)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(cè)量的高精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.地表反射自動(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:包括通過(guò)支架離地安裝的光學(xué)頭部，以及電控箱、太陽(yáng)能板供電模塊、北斗傳輸模塊，所述太陽(yáng)能板供電模塊供電至電控箱，電控箱通過(guò)北斗傳輸模塊與后方平臺(tái)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(gè)光學(xué)通道構(gòu)成的光電探測(cè)部分，多個(gè)光學(xué)通道分別通過(guò)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(cè)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(cè)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:每個(gè)光學(xué)通道分別包括從下至上依次同軸設(shè)置的視場(chǎng)光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片、光電探測(cè)器，地表反射光依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、消雜光光闌、孔徑光闌、干涉濾光片后入射至光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:光電探測(cè)部分共八個(gè)光學(xué)通道，每個(gè)光學(xué)通道觀(guān)測(cè)視場(chǎng)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:光電探測(cè)部分采用帕爾貼整體溫控，實(shí)現(xiàn)儀器在野外長(zhǎng)期測(cè)量過(guò)程中整個(gè)探測(cè)光路的測(cè)量穩(wěn)定性，探測(cè)部分內(nèi)置數(shù)字精密溫度計(jì)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)帕爾貼自動(dòng)工作，保證探測(cè)部分在工作狀態(tài)時(shí)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，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(jì)了通風(fēng)口，散熱器防護(hù)外殼的側(cè)壁設(shè)計(jì)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(dòng)觀(guān)測(cè)輻射計(jì)，其特征在于:每間隔2分鐘測(cè)量一次，每次測(cè)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(dòng)測(cè)量夜晚無(wú)月黑暗時(shí)地面反射作為暗信號(hào)，用于白天測(cè)量時(shí)扣除，提高測(cè)量精度。
【文檔編號(hào)】G01J1/42GK106052858SQ201610297423
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)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(yùn)杰, 邱剛剛, 張權(quán), 閆靜
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院