【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及辐射计量，尤其涉及一种可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置及方法。
技术介绍
1、si为国际单位制。用于检测校准的所有设备，包括对检测、校准和抽样结果的准确性和有效性有显著影响的辅助测量设备，在投入使用前必须进行校准，实验室所进行的校准和测量应溯源到国际单位制(si)，确保检测结果的准确、统一。地表太阳直接辐射的高精度测量在地球气象的气候掌握预测、农业耕作的调控指导、太阳能资源的规划开发等方面具有极为重要的科学价值。获取准确的太阳直接辐射测量值，对于天气精准预报、全球和区域气候变化的科学评估、太阳能资源的合理开发等具有极为重要的科学价值和重大的科学意义。现有的地面太阳直接辐射测量的仪器为常温绝对辐射计，主要以国际上的pmo6辐射计和国内的siar辐射计为代表。由于辐射计工作在常温环境下，探测器直接暴露在空气中，且探测器的视场正对常温背景，因此，探测器易受空气热对流、背景辐射噪声、光电不等效等因素的影响。此外，常温辐射计为抵消背景噪声的影响，多利用参考腔来补偿探测器的温度漂移，但辐射计腔体采取“背靠背”的前后排列方式，即在测量过程中常温辐射计的工作腔面对视场与快门，参考腔面对热沉，因此，在观测阶段和参考阶段的参考腔和工作腔都面对不同的热辐射环境，而绝对辐射计的双锥腔补偿效果差直接影响常温辐射计的测量精度。因此，常温绝对辐射计的精度难以突破0.3%，且辐射量值无法直接溯源至si单位。
技术实现思路
1、本专利技术为解决当前地表太阳直接辐射的测量精度低、真值难以保证的
2、本专利技术提供的可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置，包括数据处理集成单元，以及与数据处理集成单元连接的真空单元、低温太阳辐射探测单元、ccd相机单元、对日跟踪指向单元和透过率检测单元，其中，真空单元与低温太阳辐射探测单元为一体结构，低温太阳辐射探测单元和透过率检测单元并排固定在对日跟踪指向单元上，ccd相机单元固定在透过率检测单元的一侧，且ccd相机单元与真空单元并排布置。
3、优选地，真空单元实时检测测量环境的真空值以及真空单元的工作真空室的室内温度，并将真空值和室内温度反馈至数据处理集成单元，数据处理集成单元根据真空值和室内温度实时判断当前环境是否满足低温太阳直接辐射绝对测量装置的测量要求，并根据判断结果驱动ccd相机单元实时采集太阳的空间位置，ccd相机单元将空间位置实时反馈至数据处理集成单元，数据处理集成单元根据空间位置实时驱动对日跟踪指向单元进行转动，对日跟踪指向单元在数据处理集成单元的驱动下实时对太阳进行跟踪，使低温太阳辐射探测单元的第一真空窗口和透过率检测单元的第二真空窗口朝向太阳，并将对日跟踪指向单元的姿态信息实时反馈至数据处理集成单元，低温太阳辐射探测单元实时测量太阳的辐照度，并将辐照度实时反馈至数据处理集成单元，透过率检测单元实时测量太阳透过透过率检测单元的第二真空窗口的积分透过率，并将积分透过率实时反馈至数据处理集成单元，数据处理集成单元根据辐照度和积分透过率计算地表太阳直接辐射照度值，数据处理集成单元还根据真空单元、低温太阳辐射探测单元、ccd相机单元、对日跟踪指向单元和透过率检测单元实时反馈的数据对低温太阳直接辐射绝对测量装置的状态进行监测。
4、优选地，真空单元和低温太阳辐射探测单元设置在一体结构壳上，真空单元包括工作真空室、第一真空窗口、波纹管、真空机组和真空计，低温太阳辐射探测单元包括黑体腔、光阑系统、加热片、第一热沉和低温平台，真空机组安装在一体结构壳的端面上，第一真空窗口相对于真空机组开设在一体结构壳的端面上，加热片固定在黑体腔的一侧，黑体腔和光阑系统固定在第一热沉上，且光阑系统相对于加热片设置在黑体腔的一侧，光阑系统与黑体腔互不接触，第一热沉通过支撑结构固定在低温平台上，低温平台固定在一体结构壳上，工作真空室和光阑系统垂直布置，且工作真空室和黑体腔垂直布置，真空计设置在覆盖工作真空室的一体结构壳上，且真空计通过波纹管与工作真空室连通，真空计设置在一体结构壳外，工作真空室、黑体腔、光阑系统、加热片、第一热沉和低温平台均设置在一体结构壳内。
5、优选地，真空机组包括制冷机、机械泵和分子泵，制冷机用于为低温太阳辐射探测单元降温，机械泵和分子泵均用于为低温太阳辐射探测单元提供真空环境。
6、优选地，对日跟踪指向单元包括方位步进电机、方位谐波减速器、方位编码器、方位轴、俯仰步进电机、俯仰谐波减速器、俯仰主动轴、俯仰从动轴、俯仰编码器、u型方位平台、u型俯仰平台和转台外壳，其中，方位步进电机固定在转台外壳的内部，方位谐波减速器的输入轴与方位步进电机的输出轴通过联轴器相连，方位轴的一端与方位谐波减速器的输出轴通过联轴器相连，方位轴的另一端与u型方位平台固定连接；俯仰谐波减速器的输入轴与俯仰步进电机的输出轴通过联轴器相连，俯仰主动轴的一端与俯仰谐波减速器的输出轴通过联轴器相连，俯仰主动轴的另一端穿过u型方位平台的一端，且与u型俯仰平台的一端固定连接，俯仰从动轴的一端与俯仰编码器相连，俯仰从动轴的另一端穿过u型方位平台的另一端，与u型俯仰平台的另一端固定连接，俯仰主动轴和俯仰从动轴在同一水平线上。
7、优选地，透过率检测单元包括第二热沉、第二真空窗口、锥形黑体腔、视场光阑、主光阑、消杂光光阑和探测外壳，其中，探测外壳内设有两个并排布置且结构相同的空间，两个空间的开口位置均位于探测外壳的同一端面上，在其中的一个空间内，将视场光阑安装在空间的开口位置，两个消杂光光阑置于空间的内侧，且两个消杂光光阑依次设置在视场光阑的一侧，主光阑设置在远离视场光阑的两个消杂光光阑的一侧，且视场光阑、主光阑和两个消杂光光阑的光轴重合，主光阑固定安装在第二热沉上，第二热沉固定安装在探测外壳的内壁，锥形黑体腔相对于主光阑固定安装在第二热沉的安装面上，且主光阑置于第二热沉的一侧，锥形黑体腔置于第二热沉的另一侧，真空窗口相对于消杂光光阑固定安装在其中一个空间的视场光阑上。
8、优选地，积分透过率为两个锥形黑体腔的温升之比。
9、优选地，姿态信息包括对日跟踪指向单元的方位角和俯仰角。
10、本专利技术提供的可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量方法，利用可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置实现，具体包括如下步骤：
11、s1：真空单元实时检测测量环境的真空值以及工作真空室的室内温度，并将真空值和室内温度反馈至数据处理集成单元；
12、s2：数据处理集成单元根据真空值和室内温度实时判断当前环境是否满足低温太阳直接辐射绝对测量装置的测量要求，若是则执行步骤s3，否则数据处理集成单元继续对当前环境是否满足低温太阳直接辐射绝对测量装置的测量要求进行实时判断，直至满足测量要求为止；
13、s3：数据处理集成单元驱动ccd相机单元实时采集太阳的空间位置，并将空间位置反馈至数据处理集成单元；
【技术保护点】
1.一种可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，包括数据处理集成单元，以及与所述数据处理集成单元连接的真空单元、低温太阳辐射探测单元、CCD相机单元、对日跟踪指向单元和透过率检测单元，其中，所述真空单元与所述低温太阳辐射探测单元为一体结构，所述低温太阳辐射探测单元和所述透过率检测单元并排固定在所述对日跟踪指向单元上，所述CCD相机单元固定在所述透过率检测单元的一侧，且所述CCD相机单元与所述真空单元并排布置。
2.根据权利要求1所述的可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述真空单元实时检测测量环境的真空值以及所述真空单元的工作真空室的室内温度，并将所述真空值和所述室内温度反馈至所述数据处理集成单元，所述数据处理集成单元根据所述真空值和所述室内温度实时判断当前环境是否满足所述低温太阳直接辐射绝对测量装置的测量要求，并根据判断结果驱动所述CCD相机单元实时采集太阳的空间位置，所述CCD相机单元将所述空间位置实时反馈至所述数据处理集成单元，所述数据处理集成单元根据所述空间位置实时驱动所述对日跟踪指向单元进行转动，所述对日跟踪指向单元在所述
3.根据权利要求1所述的可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述真空单元和所述低温太阳辐射探测单元设置在一体结构壳上，所述真空单元包括工作真空室、第一真空窗口、波纹管、真空机组和真空计，所述低温太阳辐射探测单元包括黑体腔、光阑系统、加热片、第一热沉和低温平台，所述真空机组安装在所述一体结构壳的端面上，所述第一真空窗口相对于所述真空机组开设在所述一体结构壳的端面上，所述加热片固定在所述黑体腔的一侧，所述黑体腔和所述光阑系统固定在所述第一热沉上，且所述光阑系统相对于所述加热片设置在所述黑体腔的一侧，所述光阑系统与所述黑体腔互不接触，所述第一热沉通过支撑结构固定在所述低温平台上，所述低温平台固定在所述一体结构壳上，所述工作真空室和所述光阑系统垂直布置，且所述工作真空室和所述黑体腔垂直布置，所述真空计设置在覆盖所述工作真空室的所述一体结构壳上，且所述真空计通过所述波纹管与所述工作真空室连通，所述真空计设置在所述一体结构壳外，所述工作真空室、所述黑体腔、所述光阑系统、所述加热片、所述第一热沉和所述低温平台均设置在所述一体结构壳内。
4.根据权利要求3所述的可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述真空机组包括制冷机、机械泵和分子泵，所述制冷机用于为所述低温太阳辐射探测单元降温，所述机械泵和所述分子泵均用于为所述低温太阳辐射探测单元提供真空环境。
5.根据权利要求1所述的可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述对日跟踪指向单元包括方位步进电机、方位谐波减速器、方位编码器、方位轴、俯仰步进电机、俯仰谐波减速器、俯仰主动轴、俯仰从动轴、俯仰编码器、U型方位平台、U型俯仰平台和转台外壳，其中，所述方位步进电机固定在所述转台外壳的内部，所述方位谐波减速器的输入轴与所述方位步进电机的输出轴通过联轴器相连，所述方位轴的一端与所述方位谐波减速器的输出轴通过联轴器相连，所述方位轴的另一端与所述U型方位平台固定连接；所述俯仰谐波减速器的输入轴与所述俯仰步进电机的输出轴通过联轴器相连，所述俯仰主动轴的一端与所述俯仰谐波减速器的输出轴通过联轴器相连，所述俯仰主动轴的另一端穿过所述U型方位平台的一端，且与所述U型俯仰平台的一端固定连接，所述俯仰从动轴的一端与所述俯仰编码器相连，所述俯仰从动轴的另一端穿过所述U型方位平台的另一端，与所述U型俯仰平台的另一端固定连接，所述俯仰主动轴和所述俯仰从动轴在同一水平线上。
6.根据权利要求1所述的可溯源至SI的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述透过率检测单元包括第二热沉、第二真空窗口、锥形黑体腔、视场光阑、主光阑、消杂光光阑和探测外壳，其中，所述探测外壳内...
【技术特征摘要】
1.一种可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，包括数据处理集成单元，以及与所述数据处理集成单元连接的真空单元、低温太阳辐射探测单元、ccd相机单元、对日跟踪指向单元和透过率检测单元，其中，所述真空单元与所述低温太阳辐射探测单元为一体结构，所述低温太阳辐射探测单元和所述透过率检测单元并排固定在所述对日跟踪指向单元上，所述ccd相机单元固定在所述透过率检测单元的一侧，且所述ccd相机单元与所述真空单元并排布置。
2.根据权利要求1所述的可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述真空单元实时检测测量环境的真空值以及所述真空单元的工作真空室的室内温度，并将所述真空值和所述室内温度反馈至所述数据处理集成单元，所述数据处理集成单元根据所述真空值和所述室内温度实时判断当前环境是否满足所述低温太阳直接辐射绝对测量装置的测量要求，并根据判断结果驱动所述ccd相机单元实时采集太阳的空间位置，所述ccd相机单元将所述空间位置实时反馈至所述数据处理集成单元，所述数据处理集成单元根据所述空间位置实时驱动所述对日跟踪指向单元进行转动，所述对日跟踪指向单元在所述数据处理集成单元的驱动下实时对太阳进行跟踪，使所述低温太阳辐射探测单元的第一真空窗口和所述透过率检测单元的第二真空窗口朝向太阳，并将所述对日跟踪指向单元的姿态信息实时反馈至所述数据处理集成单元，所述低温太阳辐射探测单元实时测量太阳的辐照度，并将所述辐照度实时反馈至所述数据处理集成单元，所述透过率检测单元实时测量太阳透过所述透过率检测单元的第二真空窗口的积分透过率，并将所述积分透过率实时反馈至所述数据处理集成单元，所述数据处理集成单元根据所述辐照度和所述积分透过率计算地表太阳直接辐射照度值，所述数据处理集成单元还根据所述真空单元、所述低温太阳辐射探测单元、所述ccd相机单元、所述对日跟踪指向单元和所述透过率检测单元实时反馈的数据对所述低温太阳直接辐射绝对测量装置的状态进行监测。
3.根据权利要求1所述的可溯源至si的低温太阳直接辐射绝对测量装置，其特征在于，所述真空单元和所述低温太阳辐射探测单元设置在一体结构壳上，所述真空单元包括工作真空室、第一真空窗口、波纹管、真空机组和真空计，所述低温太阳辐射探测单元包括黑体腔、光阑系统、加热片、第一热沉和低温平台，所述真空机组安装在所述一体结构壳的端面上，所述第一真空窗口相对于所述真空机组开设在所述一体结构壳的端面上，所述加热片固定在所述黑体腔的一侧，所述黑体腔和所述光阑系统固定在所述第一热沉上，且所述光阑系统相对于所述加热片设置在所述黑体腔的一侧，所述光阑系统与所述黑体腔互不接触，所述第一热沉通过支撑结构固定在所述低温平台上，所述低温平台固定在所述一体结构壳上，所述工作真空室和所述光阑系统垂直布置，且所述工作真空室和所述黑体腔垂直布置，所述真空计设置在覆盖所述工作真空室的所述一体结构壳上，且所述真空计通过所述波纹管与所述工作真空室连通，所述真空计设置在所述一体结构壳外，所述工作真空室、所述黑体腔、所述光阑系统、所述加热片、所述第一热沉...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶新，董航，衣小龙，王凯，李林炎，方伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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