[发明专利]可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪

权利要求书

1.可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：包括由二维转台支撑的仪器外壳、设置在仪器外壳内的积分球，所述积分球的入光口设置在仪器外壳顶部用于接收空间的光辐射，仪器外壳顶部设有密封积分球入光口的石英玻璃半球罩，仪器外壳内设有导光光纤、三个分光探测单元，所述导光光纤具有单入射端和三个出射端，导光光纤的入射端耦合至积分球出光口，导光光纤的三个出射端一一对应耦合至三个分光探测单元，仪器外壳内还设有中心轴沿左右水平方向的传动转轴，传动转轴左、右端分别从仪器外壳对应侧穿出，传动转轴每个轴端分别共中心轴连接有圆盘，每个圆盘的外盘面上分别固定有中心轴沿前后水平方向的第一连杆，两个第一连杆呈左右对称，其中一个圆盘的外盘面上位于第一连杆固定点上方固定有太阳跟踪器，两个第一连杆前端分别延伸至仪器外壳前方，仪器外壳底部前侧正中间还设有一个中心轴沿前后水平方向的第二连杆，第二连杆前端转动连接有第三连杆，第三连杆前端转动连接有倾斜向后上方的第四连杆，第四连杆上端延伸至沿左右方向延伸的水平杆上，两个第一连杆最前端通过水平杆连接，在水平杆正中间固定有挡光球连接杆，杆顶端连接有挡光球，当仪器测量总辐照度时，挡光球的球心与积分球入光口中心处于同一水平面内，积分球入光口中心、圆盘中心、第二连杆与第三连杆的转动连接点这三点共线，以挡光球的球心、积分球入光口中心、第二连杆与第三连杆的转动连接点、第三连杆与第四连杆的转动连接点这四个点构成的四边形始终为平行四边形，积分球入光口中心与第二连杆第三连杆的转动连接点的连线、第二连杆第三连杆的转动连接点与第三连杆第四连杆的转动连接点的连线、第三连杆第四连杆的转动连接点与挡光球的球心的连线、挡光球的球心与积分球入光口中心的连线，这四条边构成平面四连杆机构。

2.根据权利要求1所述可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：所述的导光光纤为低OH-石英光纤，包括一个入射端和三个出射端，导光光纤覆盖三个光谱波段：400-1000nm，900-1700nm，1600-2500nm；积分球和三个分光探测单元通过导光光纤连接。

3.根据权利要求1所述可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：三个分光探测单元采用平场凹面光栅分光，覆盖了400-2500nm太阳光谱波段，其中第一个分光探测单元采用线阵硅光电二极管探测400-1000nm的可见-近红外光，第二个分光探测单元采用InGaAs阵列探测器探测900-1700nm的短波红外光，第三个分光探测器单元采用扩展InGaAs阵列探测器探测1600～2500nm的短波红外光。

4.根据权利要求3所述可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：仪器外壳内，用于探测短波红外光的两个分光探测单元的下方分别设有探测器制冷模块，分光探测单元与探测器制冷模块通过螺钉联结，两者之间的接触面有密封圈密封，保证内部光学和电子学部件的可靠性；每个探测器制冷模块中均有两级制冷，每个探测器制冷模块的下部为深沟状的散热片并置于仪器外壳底面外部，仪器外壳底部还设有中心轴沿左右水平方向的风道，风道中间与仪器外壳内连通，风道两端为道口，每个道口分别设为带细孔的防沙尘纱窗，两个探测器制冷模块下部散热片分布于风道的两侧。

5.根据权利要求1所述可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：太阳跟踪器的工作由程控预跟踪和四象限主动精密跟踪两个步骤组成；在二维转台和四连杆机构的运动过程中，以挡光球的球心、积分球入光口中心、第二连杆与第三连杆的转动连接点、第三连杆与第四连杆的转动连接点这四个点构成的四边形始终为平行四边形，可以保证仪器测量太阳漫射辐照度时挡光球的太阳光阴影始终能覆盖积分球入光孔；仪器通过二维转台的转动和四连杆机构精密跟踪太阳，实现天空总照度和漫射照度的自动测量。

6.根据权利要求1所述可用于长期自动观测的可见-短波红外超光谱辐照度仪，其特征在于：还包括设置在仪器外壳内的电子系统，所述电子系统包括探测器模块、太阳跟踪模块、环境与电源管理模块以及控制通信模块四个部分；探测器模块负责三个分光探测单元的驱动和模拟信号处理，并通过模数转换将其转换为数字信号输出；太阳跟踪模块负责太阳的自动跟踪，通过日历计算出太阳的方位完成对太阳的预跟踪，通过对四象限传感器的数据分析和双轴跟踪器的控制实现二维转台对太阳的精密跟踪；环境与电源管理模块则通过连接外部雨雪传感器，完成环境信息的采集判断，并自动控制仪器的开关机时间和工作状态；控制通信模块负责各个模块之间的通信，完成太阳光漫射照度和总照度的自动测量，并将数据存储和上传至数据中心。