1.本发明属于光辐射测量和遥感器定标技术领域，尤其涉及一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置。
背景技术：2.太阳辐射照度变化数据对太阳物理、地球空间天气预报和气候变化、地球大气物理、地球生态系统环境等领域的研究有着重要的作用，因此太阳辐射照度变化是科学研究的重点。研究太阳辐射照度变化的主要手段有地基光谱仪器观测和卫星载荷观测两种方式，地基光谱仪器受大气环境的影响对太阳辐射照度变化的观测精度、时间较大，因此目前对采用长期、稳定和多任务衔接的卫星载荷观测。星载观测太阳辐照度数据的设备主要有太阳常数监测仪和太阳光谱辐照度监测仪等。
3.太阳监测光谱辐照度仪中，狭缝面积的大小限制了入射光的几何区域和能量，决定了用于计算辐射照度是的入射面积及辐射亮度的立体角，因此高精度的测量狭缝面积对提高太阳光谱辐照度测量精度有着重要的意义。
4.目前高精度测量光阑面积的方法主要有几何法、通量比较法和激光点阵扫描法三种。其中几何法利用机械或者光学方法确定光阑边缘位置，使用激光干涉仪测量长度，通过多点拟合计算光阑面积，但是测量过程较为复杂，且只能用来测量形状规则的圆形光阑，不能用来测量狭缝面积。激光点阵扫描法利用等间距的髙斯激光光束叠加形成空间均匀照度场，通过光阑对激光光束的限制作用来测量光阑面积，但是由于激光光束大小的限制，这种方法不能测量长度小的狭缝。
技术实现要素：5.本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，包括高亮度积分球光源、孔径光阑、快门、消色差透镜、电控载物转轮、标准圆孔、待测狭缝和测量采集模块；采用4f系统，f为所述的消色差透镜的焦距，即所述高亮度积分球光源出光口位于所述消色差透镜的2倍焦距处，经所述消色差透镜1：1成像至2倍焦距处的标准圆孔和待测狭缝位置处，所成像平面非均匀性优于0.5％，所述孔径光阑位于所述消色差透镜的焦点处，用于限制入射光的角度为0.5
°
；所述孔径光阑与所述高亮度积分球光源出口平面的中心同轴，所述快门位于孔径光阑后表面且紧贴孔径光阑；所述电控载物转轮通光孔的中心被固定在消色差透镜的2倍焦距位置；在所述电控载物转轮的通光孔处形成均匀的面光源，通过所述电控载物转轮实现标准圆孔和待测狭缝的位置切换，记录两者测量的信号值，实现待测狭缝面积测量。
8.进一步地，所述的高亮度积分球光源内壁涂层为聚四氟乙烯材料，内壁直径为200mm，出口直径为25.4mm，内置4盏35w的卤钨灯，且均匀分布在前半球上，所述卤钨灯旁装
有挡光板，防止光线直接出射；所述高亮度积分球光源垂直出光口沿球心方向上下各有一个风扇，便于所述高亮度积分球光源散热，提高光源的稳定性；所述高亮度积分球光源的非稳定性小于0.5％，平面非均匀性小于0.5％，所述高亮度积分球光源内置监视硅探测器，用于修正功率稳定性对测试结果的影响。
9.进一步地，所述的消色差透镜焦距为f，根据太阳光的发散角为0.5
°
得到所述孔径光阑的直径为f*tan(0.5
°
)，所述消色差透镜的有效通光孔径应大于ds+2d，其中ds为高亮度积分球光源的出光口直径，d为孔径光阑的直径。
10.进一步地，所述的快门开口的直径大于1.5倍的所述孔径光阑的直径，表面涂有消杂光黑漆，用于暗背景的测量。
11.进一步地，所述的电控载物转轮为电控旋转角位移台，内有6个样品安装口，所述样品安装口直径为25.4mm，用于实现标准圆孔和待测狭缝的交替测量。
12.进一步地，所述的测量采集模块包括φ70mm积分球，其入光口尺寸为25.4mm，还包括低噪声硅探测器、中高增益放大器、数据采集器，用于实现信号的采集。
13.进一步地，所述的监视硅探测器、快门、电控载物转轮和测量采集模块均由计算机控制。
14.进一步地，所述的快门、消色差透镜、电动载物转轮、测量采集模块均设置在消杂光的暗室内。
15.有益效果：
16.本发明从通量法测量面积的基本原理出发，通过与高精度标准圆孔面积的比对，实现了待测狭缝面积的高精度测量，减小了尺寸以及形位误差对狭缝面积测量结果的影响这一科学问题，在光谱辐射测量、遥感高精度定标中具有广泛应用前景。
附图说明
17.图1为本发明的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置的结构示意图。
18.图中：高亮度积分球光源1、孔径光阑2、快门3、消色差透镜4、电控载物转轮5、测量采集模块6、计算机7、暗室8、内壁涂层11、卤钨灯12、监视硅探测器13、积分球61、低噪声硅探测器62、中高增益放大器63、数据采集器64。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
20.如图1所示，本发明的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置包括高亮度积分球光源1、孔径光阑2、快门3、消色差透镜4、电控载物转轮5、标准圆孔、待测狭缝和测量采集模块6。采用4f系统，f为所述的消色差透镜4的焦距，即高亮度积分球光源1出光口位于消色差透镜4的2倍焦距处，经消色差透镜4成像至2倍焦距处的标准光阑和待测狭缝位置处，所成像平面非均匀性优于0.5％。所述孔径光阑2位于消色差透镜4的焦点处，用于限制入射光的角度为0.5
°
。孔径光阑2与高亮度积分球光源1出口平面的中心同轴，快门3位于暗室8
的边缘，切紧贴孔径光阑2的后表面。所述电控载物转轮5的中心位置在消色差透镜4的2倍焦距处，在所述电控载物转轮5的通光孔处形成均匀的面光源，通过电控载物转轮5实现标准圆孔和待测狭缝位置的切换，记录两者测量的信号值，实现基于通量法的狭缝面积测量。
21.所述的高亮度积分球光源1内壁涂层11为聚四氟乙烯材料，内壁直径为200mm，出口直径为25.4mm，内置4盏35w的卤钨灯12，且均匀分布在前半球上，卤钨灯12旁装有挡光板，防止光线直接出射。积分球垂直出光口沿球心方向上下各有一个风扇，便于高亮度积分球光源1散热，提高光源的稳定性，高亮度积分球光源1的非稳定性(rms值)小于0.5％，所述的高亮度积分球光源1内置监视硅探测器13，用于光源稳定性修正。
22.所述的消色差透镜4的焦距为f，根据太阳光的发散角为0.5
°
得到所述孔径光阑2的直径为f*tan(0.5
°
)，消色差透镜4的有效通光孔径应大于ds+2d，其中ds为高亮度积分球光源1的出光口直径，d为孔径光阑2的直径。
23.所述的快门3开口的直径大于1.5倍孔径光阑2直径，表面涂有消杂光黑漆，用于暗背景的测量。所述的电控载物转轮5为电控旋转角位移台，内有6个样品安装口，样品安装口直径为25.4mm，用于实现标准圆孔和待测狭缝的交替测量。
24.所述的测量采集模块6包括有φ70mm的积分球61(入光口尺寸25.4mm)、低噪声硅探测器62、中高增益放大器63、数据采集器64，用于实现信号的采集。
25.所述的监视硅探测器13、快门3、电控载物转轮5和测量采集模块6均由计算机7控制。
26.所述的快门3、消色差透镜4、电动载物转轮5、测量采集模块6都应设置在消杂光的暗室8内。
27.本发明的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置具体测量步骤如下：
28.(1)在所述电动载物转轮5上装入标准圆孔、待测狭缝；
29.(2)打开电源，实现对高亮度积分球光源1、电动载物转轮5、测量采集模块6等组成模块的开机，预热30分钟；
30.(3)采集待测狭缝和标准圆孔的测量信号值记为i
slit
，i
aper
，同时记录监视硅探测器13的信号值i
′
aper
，i
′
slit
；
31.(4)关闭快门，记录待测狭缝和标准圆孔的测量背景信号值ibg
slit
,ibg
aper
；
32.(5)利用标准圆孔的校准值a
aper
计算待测狭缝的面积：
[0033][0034]
(6)测试结束，关闭所有电源，拆下标准圆孔、待测狭缝。
[0035]
本发明使用高亮度积分球光源作为系统照明光源，利用4f系统将高亮度积分球光源的出射光准直成像到测量位置处，在测量位置处形成均匀的光斑，光斑通过待测狭缝后进入测量积分球内，使用高精度低噪声探测器进行数据的采集。通过电动载物转轮切换标准圆孔与待测狭缝的位置实现标准圆孔与待测狭缝对比测量，进而实现待测狭缝面积的测量。
[0036]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：包括高亮度积分球光源、孔径光阑、快门、消色差透镜、电控载物转轮、标准圆孔、待测狭缝和测量采集模块；采用4f系统，f为所述的消色差透镜的焦距，即所述高亮度积分球光源出光口位于所述消色差透镜的2倍焦距处，经所述消色差透镜1：1成像至2倍焦距处的标准圆孔和待测狭缝位置处，所成像平面非均匀性优于0.5％，所述孔径光阑位于所述消色差透镜的焦点处，用于限制入射光的角度为0.5
°
；所述孔径光阑与所述高亮度积分球光源出口平面的中心同轴，所述快门位于孔径光阑后表面且紧贴孔径光阑；所述电控载物转轮通光孔的中心被固定在消色差透镜的2倍焦距位置；在所述电控载物转轮的通光孔处形成均匀的面光源，通过所述电控载物转轮实现标准圆孔和待测狭缝的位置切换，记录两者测量的信号值，实现待测狭缝面积测量。2.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的高亮度积分球光源内壁涂层为聚四氟乙烯材料，内壁直径为200mm，出口直径为25.4mm，内置4盏35w的卤钨灯，且均匀分布在前半球上，所述卤钨灯旁装有挡光板，防止光线直接出射；所述高亮度积分球光源垂直出光口沿球心方向上下各有一个风扇，便于所述高亮度积分球光源散热，提高光源的稳定性；所述高亮度积分球光源的非稳定性小于0.5％，平面非均匀性小于0.5％，所述高亮度积分球光源内置监视硅探测器，用于修正波长稳定性对测试结果的影响。3.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的消色差透镜焦距为f，根据太阳光的发散角为0.5
°
得到所述孔径光阑的直径为f*tan(0.5
°
)，所述消色差透镜的有效通光孔径应大于ds+2d，其中d
s
为高亮度积分球光源的出光口直径，d为孔径光阑的直径。4.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的快门的开口直径大于1.5倍的所述孔径光阑的直径，表面涂有消杂光黑漆，用于暗背景的测量。5.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的电控载物转轮为电控旋转角位移台，内有6个样品安装口，所述样品安装口直径为25.4mm，用于实现标准圆孔和待测狭缝的交替测量。6.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的测量采集模块包括φ70mm积分球，其入光口尺寸为25.4mm，还包括低噪声硅探测器、中高增益放大器、数据采集器，用于实现信号的采集。7.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的监视硅探测器、快门、电控载物转轮和测量采集模块均由计算机控制。8.根据权利要求1所述的一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，其特征在于：所述的快门、消色差透镜、电动载物转轮、测量采集模块均设置在消杂光的暗室内。
技术总结本发明公开了一种太阳监测辐照度仪狭缝面积的测量装置，该装置使用高亮度积分球光源作为系统照明光源，利用4F系统将出射光准直入射到测量位置处，在测量处形成均匀的光斑，通过孔径光阑限制入射角为0.5
技术研发人员：丁蕾 李健军 郑小兵 戚涛 袁银麟 吴浩宇 翟文超
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1
