【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学辐射测量领域，具体而言，涉及一种光阑系统视场内杂光测量方法及系统。
技术介绍
1、太阳辐射能量是地球气候系统最重要的外部能源，地球大气与太阳辐射的相互作用共同决定了地球的气候，对太阳辐照度的精确测量对于描述和预测气候具有重要意义。太阳绝对辐射计工作时不依赖于其他辐射标准源，可以通过光测量加电定标的方式直接确定太阳辐照度值。电标定依靠吸收腔内壁深埋的电加热丝，并利用吸收腔上光辐射和电加热等效性来标定光功率。
2、太阳对地球发散角为32′，太阳辐射计通常设计成符合wmo标准的小视场辐射计，无遮拦视场角约为1.5°，最大视场角约为6°，光学系统通常包括视场光阑，消杂光光阑和主光阑等，具体如图1所示，理论上其中通过最右侧主光阑的太阳能量被仪器接收，主光阑以外的能量被其他光阑反射，不计入对日观测能量，但归于主光阑刃口出由于加工工艺限制，会存在局部钝角反射区，导致部分主光阑范围外的反射光进入主光阑，形成视场内杂散光影响太阳总辐照度的测量精度，因此需要设计太阳辐射计的视场内杂散光实验室测量方法，从而实现太阳总辐照度的精确测量。
3、视场内杂散光对光学系统的影响主要体现在衍射效应和散射效应，光阑系统各级刃口加工精度和表面粗糙度，目前国内外的评估主要依赖对于加工机床水平和经验估计值，对于衍射效应e.l.shirley.的文章diffraction effects in radiometry.在2005年系统地给出了数值积分和渐进积分的计算方法，刘国栋在文章太阳辐射计的衍射效应修正中对于两种方法计算差异进行
4、而目前基于试验进行的杂散光测试方法主要包括基于狭缝刀口测量光刻机(cn100409102c，cn106154761b)，将探测器置于相面测量杂散光对于光学系统传函的影响(cn104865048b)，通过声光移频单元测量待测物表面的杂散光水平(cn113701675a)等，以上方法主要应用对象包括成像系统，光刻机等。
5、综上，目前已经提出的光学系统杂散光测试方法主要针对光电型探测器或者光学成像系统等，并不适用于以太阳辐照度为测量量纲的热电型探测器；目前对于杂散光影响因子的实验室定量测量方法都是通过标定过的陷阱探测器或者硅探测器直接测量通过光学系统后的输出变化，输出变化体现在陷阱探测器的采样电流值。光通量照射这种光电型探测器，只要进入探测器的接收有效面产生的感应电流均为等效的，与在接受面的具体位置无关。
6、而以上方法对于腔型结构热电型绝对辐射计并不适用，因为腔型探测器是热电型的，入射光能量最终体现成热电采样信号，并且最终接收能量的计算依托于光阑面积和刃口影响，辐射计探测器的采用30°圆锥腔型结构，腔壁采用涂黑工艺和镀银处理，能量沿着腔壁呈现梯度性变化，因此入射光能量照射到腔体的不同半径位置产生的热电信号大小是存在微小差异的。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种光阑系统视场内杂光测量方法及系统，以至少解决腔型太阳绝对辐射计视场内杂散光修正系数的实验室测量问题。
2、根据本专利技术的一实施例，提供了一种光阑系统视场内杂光测量方法，包括以下步骤：
3、s101:产生小口径均匀准直光源；
4、s102:精密调节相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到在半径不同的照射区域的热电响应与入射位置距离光轴中心位置的对应关系；
5、s103:基于辐照度值进行二维面元拟合得到各个光阑引入的杂散光对于垂直入射能力的影响量评估。
6、根据本专利技术的另一实施例，提供了一种光阑系统视场内杂光测量系统，包括：
7、光源准直系统，用于产生小口径均匀准直光源；
8、精密调节单元，用于精密调节相对光源的位移和角度关系，采用精确扫描方式得到在半径不同的照射区域的热电响应与入射位置距离光轴中心位置的对应关系；
9、控制及数据处理终端，用于基于辐照度值进行二维面元拟合得到各个光阑引入的杂散光对于垂直入射能量的影响量评估。
10、进一步地，光源准直系统为激光器、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜沿光路组合设置，形成小口径的单波长均匀光束；
11、精密调节单元包括：平板玻璃、陷阱探测器、四维调整机构；
12、出射的准直光线经过平板玻璃进行分光处理，其中大部分能量进入腔型绝对辐射计，少部分能量进入陷阱探测器，陷阱探测器输出信号经过电流放大盒由控制及数据处理终端采集；
13、绝对辐射计采取电定标工作方式精确测量入射的光功率；整个杂散光测试过程中上位机通过串口控制四维调整机构，入射的均匀小光斑进行内步进扫描，扫描过程中保证入射光线始终平行于辐射计主轴；
14、控制及数据处理终端整合实时利用陷阱探测器测量值对光强进行归一化，并根据记录的入射光线中心位置与辐射测量值进行二维面元加权拟合，得到由各级光阑侧壁散射进入辐射计视场内的杂散光的影响占比。
15、进一步地，光源准直系统包括：单波长激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器、汇聚透镜；光源准直系统形成φ1.5mm口径的单波长稳定均匀窄光束，其中：
16、单波长激光器采用633nm激光器，其最大功率为15mw；光线经过衰减片进入功率稳定器，设置功率稳定器输出光强12mw；空间滤波器重新聚焦光并滤除光束中不需要部分，只允许所需部分通过光圈；最后采用汇聚透镜实现1.5mm口径平行光输出。
17、进一步地，测量采用共光路归一化试验方法，规避测量过程光源强度抖动和漂移对结果的影响量；采用平板玻璃分光，并通过光电型陷阱探测器实时监视分光大小，陷阱探测器口径为5mm，其输出的10μa以下的微弱电流信号通过同轴电缆接入跨阻抗放大10000倍的电流放大电路。
18、进一步地，四维调整机构中，其中二维程控位移平台可承载不超过10kg的单机，实现最小位移尺度0.01mm的水平方向和垂直方向的程控精密位移，位移平台上搭载了两级角度调节机构，其角度调节范围覆盖±90°，且调节倾角通过数显反馈，精度高于0.1°。
19、进一步地，四维调整机构包括二维程控位移平台和两级角度调节机构；二维程控位移平台通过左右调节丝杠和前后调节丝杠调整太阳辐射计的位置；两级角度调节机构调整太阳辐射计的角度，两级角度调节机构固定在二维程控位移平台的平台转接板上，两级角度调节机构包括辐射计锁紧工装、水平角度调节旋钮和俯仰角调节旋钮；太阳辐射计固定在辐射计锁紧工装上。
20、进一步地，腔型绝对辐射计采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理，一阶段辐射计接收入射光功率为po，电加热功率为p1，热电堆产生温升为tc，二阶段辐射计不接收光功率，同时精确调节电功率到p2，使得热电堆温升维持在tc；根据光电加热等效性计算得到入股光功率po＝p2-p1；当调节入射光线角度时入射光功率po发生变化，通过调节电加热功率p本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光阑系统视场内杂光测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，光源准直系统为激光器、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜沿光路组合设置，形成小口径的单波长均匀光束；
4.根据权利要求2所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，光源准直系统包括：单波长激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器、汇聚透镜；光源准直系统形成φ1.5mm口径的单波长稳定均匀窄光束，其中：
5.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，测量采用共光路归一化试验方法，规避测量过程光源强度抖动和漂移对结果的影响量；采用平板玻璃分光，并通过光电型陷阱探测器实时监视分光大小，陷阱探测器口径为5mm，其输出的10μA以下的微弱电流信号通过同轴电缆接入跨阻抗放大10000倍的电流放大电路。
6.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，四维调整机构中，其中二维程控位移平台可承载不超过10kg的单
7.根据权利要求6所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，四维调整机构包括二维程控位移平台和两级角度调节机构；二维程控位移平台通过左右调节丝杠和前后调节丝杠调整太阳辐射计的位置；两级角度调节机构调整太阳辐射计的角度，两级角度调节机构固定在二维程控位移平台的平台转接板上，两级角度调节机构包括辐射计锁紧工装、水平角度调节旋钮和俯仰角调节旋钮；太阳辐射计固定在辐射计锁紧工装上。
8.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，腔型绝对辐射计采用包括两个测量阶段恒温状态的电标定测量原理，一阶段辐射计接收入射光功率为Po，电加热功率为P1，热电堆产生温升为Tc，二阶段辐射计不接收光功率，同时精确调节电功率到P2，使得热电堆温升维持在Tc；根据光电加热等效性计算得到入股光功率Po＝P2-P1；当调节入射光线角度时入射光功率Po发生变化，通过调节电加热功率P1，保证腔温始终恒定在Tc，从而计算当前状态入射光功率的变化；当热沉温度发生变化时，P1和P2变化相同。
9.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，杂散光具体测量步骤如下：
10.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，光源准直系统在四维调整机构到达每一扫描点处发出十组测量光，每组照射时间为40秒；
...【技术特征摘要】
1.一种光阑系统视场内杂光测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，光源准直系统为激光器、功率稳定器、空间滤波器和汇聚透镜沿光路组合设置，形成小口径的单波长均匀光束；
4.根据权利要求2所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，光源准直系统包括：单波长激光器、衰减片、功率稳定器、空间滤波器、汇聚透镜；光源准直系统形成φ1.5mm口径的单波长稳定均匀窄光束，其中：
5.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，测量采用共光路归一化试验方法，规避测量过程光源强度抖动和漂移对结果的影响量；采用平板玻璃分光，并通过光电型陷阱探测器实时监视分光大小，陷阱探测器口径为5mm，其输出的10μa以下的微弱电流信号通过同轴电缆接入跨阻抗放大10000倍的电流放大电路。
6.根据权利要求3所述的一种光阑系统视场内杂光测量系统，其特征在于，四维调整机构中，其中二维程控位移平台可承载不超过10kg的单机，实现最小位移尺度0.01mm的水平方向和垂直方向的程控精密位移，位移平台上搭载了两级角度调节机构，其角度调节范围覆盖±90°，且调节倾角通过数显反馈，精度高于0.1°。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝奇，叶新，方伟，杨东军，
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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