[发明专利]高分辨率流星光谱观测仪有效

专利信息
申请号: 202110386731.4 申请日: 2021-04-12
公开(公告)号: CN113091905B 公开(公告)日: 2021-08-20
发明(设计)人: 杨思朋;武志;陈文志 申请(专利权)人: 中国科学院地质与地球物理研究所
主分类号: G01J3/28 分类号: G01J3/28
代理公司: 北京市恒有知识产权代理事务所(普通合伙) 11576 代理人: 郭文浩;尹文会
地址: 100029 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 高分辨率 流星 光谱 观测
【说明书】:

发明属于流星光谱观测领域,具体涉及了一种高分辨率流星光谱观测仪及方法,旨在解决流星出现的位置和时间都具有随机性且在大气内运动速度快,无法使用现有光纤光谱仪和成像光谱仪进行流星光谱观测的问题。本发明包括:室外观测设备和室内采集控制主机。室外观测设备包括成像器件CCD、成像镜头、平面透射光栅、加热丝、为各模块供电的电源模块、根据日落和日出时间启动或停止观测仪的时控继电器、数据发送器和玻璃球罩;玻璃球罩设置于室外观测设备的顶部开口处,下方设置有平面透射光栅、成像镜头和成像器件CCD,透过玻璃球罩进行流星光谱观测;加热丝设置于玻璃球罩下边沿,通过加热防止玻璃球罩凝结水汽。本发明实现了流星光谱的观测和记录。

技术领域

本发明属于流星光谱观测领域,具体涉及了一种高分辨率流星光谱观测仪及方法。

背景技术

来源于彗星和小行星的残骸、颗粒和星际空间中的尘埃(即流星体)被地球引力捕获进入大气后产生流星发光现象,极少数流星体到达地表成为陨石。流星体进入地球大气后,与大气分子剧烈摩擦、碰撞,从而蒸发、溅射、分裂烧蚀并电离背景大气产生发光现象和形成高密度等离子体柱,显著影响和改变地球空间环境物质成分和结构。利用流星等离子体对无线电波的散射和反射,国内外以无线电雷达为主要探测手段对流星体开展了大量科学研究。其优势在于能全天候连续观测,不受天气影响。由于无线电观测手段不能获知流星体的物质成分信息,极大制约了对流星体及其对地球空间环境影响相关科学问题的研究,如太阳系演化过程、地球高空金属离子层的形成。当前,研究获知流星体物质成分主要通过寻找采集坠落地表的陨石,送入实验室进行分析;或者进行深空探测,采集星际空间的尘埃颗粒。

由于陨石数量相对稀少,直接获取地外物质代价昂贵,而目前对观测物体进行光谱检测、测量的主要设备有光纤光谱仪和成像光谱仪,分别对近距离物体和远距离物体进行光谱测量。图1为现有技术光纤光谱仪的工作原理示意图:探头采集物体表面的反射光,并通过光纤传输到入射狭缝;之后通过准直系统(准直镜)和色散系统(反射光栅),并由探测器(图像传感器:CCD或CMOS)记录下该检测点反射光的光谱信息。成像光谱仪主要结构与光纤光谱仪类似,由望远成像系统和光谱成像系统组成。图2为现有技术成像光谱仪的工作原理示意图:望远成像系统(望远物镜)将地面目标的一个条带成像在光谱成像系统的入射狭缝上,而后经过准直系统,并被色散系统分光,然后按波长值成像在探测器的不同位置。从工作原理上可知,收集入射光并传输到狭缝是两类光谱仪工作的第一步。由于狭缝的存在,使得光线进入光谱成像系统后的光路固定,分光后不同波长值的光在探测器对应的像元位置是固定的(图1的CCD阵列检测器,图2的焦平面),从而读取探测器上各像元的灰度值即可知道各波长光的强度(光谱信息)。

从上述两种光谱仪的系统结构看,光纤光谱仪适用于室内或近距离实物样品的光谱检测,必然不适用于流星这样的远距离物体测量。成像光谱仪是遥感探测领域的主要工具,可用于远距离物体的光谱测量,也需要地面确定区域或固定目标。

总的来说,本领域还急需一种可进行地基流星光谱观测和记录,通过分析观测到的流星光谱,获知流星体的物质成分以及进行相应的谱线提取的高分辨率流星光谱观测仪。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题,即流星出现的位置和时间都具有随机性且在大气内运动速度快,无法使用现有光纤光谱仪和成像光谱仪进行流星光谱观测的问题,本发明提供了一种高分辨率流星光谱观测仪,该观测仪包括用于流星光谱图像采集的室外观测设备和用于所述室外观测设备控制及流星光谱数据记录的室内采集控制主机;

所述室外观测设备包括成像器件CCD、成像镜头、平面透射光栅、加热丝、电源模块、时控继电器、数据发送器和玻璃球罩;

所述玻璃球罩设置于所述室外观测设备的顶部开口处,所述玻璃球罩下方设置有平面透射光栅,所述平面透射光栅下方设置有成像镜头和成像器件CCD,所述成像镜头和成像器件CCD透过所述平面透射光栅和所述玻璃球罩进行流星光谱观测;

所述加热丝设置于所述玻璃球罩的下边沿,用于通过加热防止所述玻璃球罩凝结水汽;

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