[发明专利]大气紫外辐射通量测量装置及其测量方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种光学辐射能量计量技术，具体讲为一种紫外波段辐射通量的测量装置及测量方法，主要用于监测太阳辐射中紫外线的辐射强度。

二、背景技术

大气中的紫外辐射主要来自太阳辐射，对其监测的重要性越来越受到广泛的关切，通过测量大气中的紫外辐射来评价大气环境变化及其污染的程度。国内外已有多种紫外辐射测量方法，欧美国家还先后建立了监测网，获得了丰富的数据。我国对大气紫外辐射的测量仍处于起步阶段，主要的仪器设备也是国外进口。太阳辐射的紫外辐射只有280～400nm光谱范围内的一部分能够到达地面，一般把它分成UV-B(280～320nm)和UV-A(320～400nm)。由于对紫外辐射的全谱测量意义不大，因此，利用紫外辐射的热效应来测量紫外辐射的方法已基本不使用，而是利用紫外光电离效应、光电效应和摄影感光效应来实现对紫外辐射的测量。目前使用广泛的仪器主要有：Robertson-Berger紫外辐射仪和Eppley近紫外辐射表。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种长期可靠性高、能准确测量大气紫外辐射通量或强度的装置。

本发明的另一目的是提供大气紫外辐射通量或强度的测量方法，该方法测量简便，测量结果信息丰富，更有利于评价大气环境变化及其污染的程度。

本发明的目的是通过以下技术案实现的：

一种紫外辐射通量测量装置，它包括大气辐射接收探头，该装置还包括：

第一凸透镜、光纤束、第二凸透镜、光谱仪、光电探测器、数据采集和控制模块和微计算机系统；其中第一凸透镜安放在镜桶内，光纤束前端装配在镜桶底部中央位置，光纤束后端面后方放置第二凸透镜，第二凸透镜后方置光谱仪；所述光纤束的前端面光纤呈圆形分布，后端面光纤呈直线分布；光纤束前端面位于第一凸透镜的焦点处，光纤束后端面位于第二凸透镜的物平面，第二凸透镜的像平面位于光谱仪入射狭缝面上，对应光谱仪的出射面设置有光电探测器，该光电探测器与数据采集和控制模块连接，数据采集和控制模块与微计算机系统相连。

第一、第二凸透镜最好采用熔石英凸透镜，它具有耐潮湿、耐腐蚀的特点。光电探测器为CCD器件或光电倍增管。CCD器件采用线阵CCD。光电探测器为一光电倍增管，相应地光谱仪设有控制光栅转动的扫描控制器，扫描控制器的控制端与微计算机系统相连。

本发明的光纤束两端面的设计比较巧妙，其前端面呈圆形分布，后端面呈直线分布，经及第一凸透镜和第二凸透镜位置的设置。前端面保证了通过第一凸透镜的光信号的光斑落在光纤束的接收范围内，后端面保证了光纤束送出的光信号经第二凸透镜后全部送入检波器的入射狭缝面。从而保证了光信号的有效传输。

一种紫外辐射通量测量方法，其特征是，测量过程如下：

通过接收探头上的第一凸透镜接收来自大气的辐射，接收的辐射汇集在光纤呈圆形分布的光纤束前端面，经光纤束传输后，在光纤束另一头的光纤呈直线型分布的后端面输出，经第二凸透镜，送入光谱仪的入射狭缝面，再经光谱仪按波长展开输出由线阵CCD或光电倍增管探测，再经数据采集和控制模块处理将每一像元的电荷转换为电压信号，送入微计算机系统进行处理。

所述光谱仪在微计算机系统的控制下，控制光谱仪光栅旋转，光电倍增管对输出光束进行扫描，并将扫描的光信号转换为电信号，送入数据采集和控制模块。

所述第一、第二凸透镜均采用熔石英凸透镜。

本发明的工作原理：

本发明中接收探头上的第一凸透镜将接收到的来自大气的辐射，接收过程中可以采用太阳辐射角跟踪装置跟踪太阳高度角，接收的辐射汇集在圆形分布的光纤束端面上，光纤束将光辐射传送到另一直线分布端呈一字型输出，经第二凸透镜成像在光谱仪的入射狭缝面上，光谱仪将入射光束按波长展开并输出至线阵CCD上，CCD线阵不同位置的像元素接收到的光波长不同。每一像元上的电荷Q_P与投射到该像元上光强度I(λ)成正比，经过检测电路将电荷信号转换为电压信号U(λ)，可以将某一像元上的光强与电压的关系表达为：

I(λ)＝κ(λ)U(λ)(1)

将各像元接收到的光强相加即得CCD线阵接收到的总紫外辐射强度I。