CN201298082Y - 辐射仪器角度响应测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种辐射仪器角度响应测量装置，其包括光线模拟器以及旋转平台，所述光线模拟器包括固定臂和绕一水平旋转轴线与固定臂转动连接的转动臂，所述旋转平台能绕一竖直旋转轴线旋转且位于所述旋转臂的下方；在所述转动臂上设有光源部件，所述光源部件包括保持发射同一光强的水平的模拟光束的发光元件、反射镜以及保持模拟光束与外界密闭的遮光外罩，反射镜面向发光元件，模拟光束经反射镜反射后由遮光外罩射出；所述由遮光外罩射出的模拟光束的中心线、水平旋转轴线和竖直旋转轴线恒定的相交于一个测量点上。在测量时，使待测辐射仪器的接收面中心与所述测量点重合，可适于测量任何体积大小、重量轻重的多种辐射仪器，特别适合测量例如Brewer臭氧光谱辐射计这类大体积、大重量的辐射仪器。

Description

辐射仪器角度响应测量装置

技术领域

本实用新型有关一种测量装置，特别是有关一种辐射仪器角度响应测量装置。

背景技术

辐射仪器例如总日射表，用以测量来自2π立体角的半球向辐射。对于这类仪器由于其感应器件存在着不均匀性和随入射角度的不同其响应度偏离余弦定律等问题，因此必须测定其360度方位响应和90度内各高度的余弦响应，以便确定该辐射仪器的测量不确定度和品质。

一台辐射仪器的准确程度高低和品质优劣，取决于在90度入射角范围内，它接收并测到的能量是否能够更加接近余弦关系模型，越符合余弦关系模型准确程度越高、品质越好；同时还取决于在某一特定高度的入射角时，使辐射仪器旋转360度的方位角，在整个360度方位角上的测量值是否维持恒定，如果变化波动大，说明辐射仪器准确程度低、性能不稳定，品质差。因此为了测定一台辐射仪器的准确程度和品质性能，人们研制出了角度响应测量装置。

如图1所示，是目前现有的在国家气象计量站所使用的角度响应测量装置。该角度响应测量装置包括光线模拟器1和测量主机2，光线模拟器1发射出模拟光束31，测量主机2带动被测量的辐射仪器4相对模拟光束发生2Л半球空间的360度方位角度和90度高度角范围内的入射角度变化，通过辐射仪器4实际感测到的能量值来反应辐射仪器4的准确程度和品质优劣。该测量主机2包括反射镜61，该反射镜61固定在转动轴I上，在转动轴I上枢接有转动臂13，垂直转动臂13枢接有支撑座130，该支撑座130可以绕轴II转动，在支撑座130上设有可以绕轴线III枢转的平台21，从而在由转动臂13带动支撑座130绕转动轴I转动时，由支撑座130绕轴II转动来维持辐射仪器4呈平动转动以模拟出光线在90度高度角范围内入射，从而测定余弦响应程度；由支撑座130上的平台21绕轴线III转动来模拟在每一个高度角上光线在360度方位角度入射，来测量辐射仪器4在360度方位角范围内的方位响应。在测量时需使入射模拟光束31的中心线与辐射仪器4的接收面41竖直正对，轴II的轴心需与接收面41水平对准，从而保证准确的模拟光束入射状态。

但上述角度响应测量装置仅适于测量各种现有的体积小、重量轻(通常仅有约1kg)的辐射仪器，而对于大体积、大重量的辐射仪器，例如一种专门用于测量臭氧的称为Brewer臭氧光谱辐射计的专用辐射仪器，因为这种辐射仪器内部设置了各种电器设备、光谱仪、恒温装置等，导致体积非常大(例如可以达到700×460×340mm)、重量重(35kg)，同时由于该现有的角度响应测量装置的旋转臂13属于悬臂结构，将无法带动大体积大重量的辐射仪器绕轴I转动来模拟高度角，因此对于测量例如像Brewer臭氧光谱辐射计这样一类体积大、重量重的辐射设备，该现有的角度响应测量装置将无法胜任，上述现有的角度响应测量装置所能检测的辐射仪器的体积和重量都受到限制，通用性不佳。如果单纯考虑增加旋转臂13的结构强度来使其适应测量大体积、大重量辐射仪器的话，将使得整个角度响应测量装置的体积十分庞大，同时也会相应地产生制造复杂、运输存放占地不便、不符合节省制造材料的环保要求等等一系列的负面影响，不能从根本上解决角度响应测量装置测量对象有限制、通用性不佳的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种辐射仪器角度响应测量装置，可适于测量任何体积大小、重量轻重的多种辐射仪器，特别适合测量例如Brewer臭氧光谱辐射计这类大体积、大重量的辐射仪器。

本实用新型提供的一种辐射仪器角度响应测量装置，其包括光线模拟器以及旋转平台，所述光线模拟器包括固定臂和绕一水平旋转轴线与固定臂转动连接的转动臂，所述旋转平台能绕一竖直旋转轴线旋转且位于所述旋转臂的下方；在所述转动臂上设有光源部件，所述光源部件包括保持发射同一光强的水平的模拟光束的发光元件、反射镜以及保持模拟光束与外界密闭的遮光外罩，反射镜面向发光元件，模拟光束经反射镜反射后由遮光外罩射出；所述由遮光外罩射出的模拟光束的中心线、水平旋转轴线与竖直旋转轴线恒定的相交于一个测量点上。

所述模拟光束呈竖直向下发射的状态下，模拟光束的中心线与竖直旋转轴线重合而处于共轴的公共轴线上，水平旋转轴线与该公共轴线垂直相交而构成所述测量点，待测辐射仪器的接收面中心与所述测量点重合。

所述光源部件还包括有光源座、枢接在所述光源座内的灯架和设在灯架一侧的重锤，所述发光元件固定在所述灯架上，所述光源座包括密闭主筒，在密闭主筒的前端面上设有出光孔，所述遮光外罩连接在所述密闭主筒的前端面上。

所述遮光外罩包括反射镜外罩和遮光筒，所述反射镜外罩连接在所述密闭主筒的前端面上，而所述反射镜固定在所述反射镜外罩内，所述遮光筒连接在所述反射镜外罩上，所述模拟光束从所述遮光筒中射出。

所述光源座固定在转动臂上端，在光源座后部设有两个枢接板，在两个枢接板上分别设有枢接孔，灯架后端设有枢接轴，该枢接轴转动地配置在两个枢接板的枢接孔内。

在光源座的两个枢转板的枢转孔内分别配置滚动轴承。

所述发光元件固定在所述灯架的前部敞口端，所述发光元件为金属卤素灯。

在所述光源座内设有一个以上的排风扇，光源座上设有通风口。

所述旋转平台连接有一个升降机构。

在所述升降机构下部设有一个底座，所述光线模拟器、旋转平台及升降机构均设在所述底座上，所述底座的下部设置均匀分布的多个固定柱，各固定柱之间由连接杆相连接。

根据上述方案，本实用新型相对于现有技术的效果是显著的：本实用新型的辐射仪器角度响应测量装置在测量时，使待测辐射仪器的接收面中心与测量点重合，采用了与现有结构相反的动静关系，将待测仪器转动改变为光源部件转动，由旋转臂绕水平旋转轴线从竖直中心向左右偏转90度来模拟不同高度角的入射角度变化，以测定余弦响应；将待测辐射仪器放置在旋转平台上被其带动发生360度方位角的原地转动，来测定方位响应。由于旋转臂仅需带动光源部件旋转，不必将旋转臂的强度刻意增加而导致整个装置的体积变大，并且在测量过程中待测辐射仪器放置在旋转平台上仅作位置相对固定的原地转动，因此不受到待测辐射仪器的体积大小、高度和重量限制，可以测量各种体积大小、重量大小的辐射仪器，通用性非常好。

附图说明

图1为现有的辐射仪器角度响应测量装置的示意图。

图2为本实用新型的辐射仪器角度响应测量装置的侧视图。

图3为图2的左视图。

图4为图2中光源部件的局部放大示意图。

具体实施方式

如图2、3所示，本实用新型提供的一种辐射仪器角度响应测量装置，包括有光线模拟器1以及旋转平台2；光线模拟器1包括有固定臂11和与固定臂11转动连接的转动臂13，固定臂11和转动臂13可通过一个水平轴12转动连接，从而使得转动臂13可以绕水平轴12的水平旋转轴线121转动；旋转平台2枢接在一个竖直轴22上而能绕其竖直旋转轴线221旋转且位于旋转臂13的下方；在转动臂13上端设有光源部件3，光源部件3包括发光元件33、反射镜61和遮光外罩6，该发光元件33的灯丝状态需保持不变，从而使其能保持发射出同一光强的水平的模拟光束31，反光镜61的作用在于使模拟光束31恒定地沿旋转臂13的臂长方向输出，以便随旋转臂13的旋转改变模拟光束31对放在旋转平台2上的待测辐射仪器4的入射角，遮光外罩6的作用是保持模拟光束31与外界密闭，避免光线外泄干扰测量，模拟光束31经反射镜61反射后由遮光外罩6射出；由遮光外罩6射出的模拟光束31的中心线、水平旋转轴线121与竖直旋转轴线221恒定的相交于一个测量点A上。

在本实用新型中，定义测量点A的位置为：在模拟光束31呈竖直向下发射的状态时，该模拟光束31的中心线会与竖直旋转轴线221处于共轴的公共轴线B上，即模拟光束31的中心线与竖直旋转轴线221重合，竖直向下的模拟光束31的中心线正对待测辐射仪器4的接收面41中心；水平旋转轴线121与公共轴线B垂直相交而形成测量点A，即水平旋转轴12的水平旋转轴线121与待测辐射仪器4的接收面41的中心齐平，在测量时需使待测辐射仪器4的接收面41的中心与测量点A重合，从而保证旋转臂13、旋转平台2分别转动时能使模拟光束31恒定的以不同放射角度指向待测辐射仪器4的接收面41的中心。这样将待测辐射仪器4放置在旋转平台2上，可由旋转臂13绕水平旋转轴线121从竖直中心向左右偏转90度来模拟不同高度角的入射角度变化而测定辐射仪器的余弦响应，而由旋转平台2绕竖直旋转轴线221作左右各180度共360度的方位角转动来测定方位响应。由于旋转臂13仅需带动光源部件3旋转，并且在测量过程中待测辐射仪器4放置在旋转平台2被其带动发生原地旋转，不必如现有装置测量时需由旋转臂带动而发生变位置的空间转动，因此可以测量各种体积大小、重量大小的太阳辐射仪器和大体积大重量的Brewer臭氧光谱辐射计等等，通用性非常好。如果体积相对较小的太阳辐射仪器4的接收面41的中心无法达到与测量点A重合的高度，即无法达到与水平旋转轴线121齐平的高度，可以借助激光水平仪，并通过在其下面垫置物品来使二者达到齐平。

在本实用新型中，驱动旋转臂13转动的方式可以有很多种，相对较简单的例如借助涡轮-蜗杆机构实现绕水平旋转轴线121从竖直中心向左右各90°角的旋转，角度定位准确度能达到0.1°。当然，也可以考虑通过步进电机等驱动装置来驱动旋转臂13旋转，不作限制，任何能够驱动旋转臂13转动的驱动装置均可采用。优选使旋转臂13具有锁定功能，例如可以在水平轴12上设置轴向的锁定凸起，或者通过设置滚动轴承来实现锁紧，或者通过保压回路来将放置臂13锁定在任意一角度，该锁定功能可以采用任何现有装置来实现。而使动旋转平台2绕竖直旋转轴线221旋转的驱动机构也可以有很多种，相对较简单的例如借涡轮-蜗杆机构实现绕垂直竖旋转轴线作左右各180°角的旋转，角度定位准确度能达到0.1°，不作限制，任何能够驱动旋转平台2转动的驱动装置均可采用。

在本实用新型中，考虑到光源部件3的发光元件33会随相对重力场位置的变化而产生变化，因此一定要设法在光线入射角不同的情况下(即旋转臂13处于不同角度位置时)能够保证光源部件3的发光元件33相对重力场的位置不发生变化。在本实施例中，如图4所示，光源部件3还包括光源座32、枢设在光源座32内的灯架54和设在灯架54一侧的重锤58，该光源座32固定在旋转臂13上端，通过上述几个部件来保持发光元件33例如为金属卤素灯的灯丝状态不变，以保证发射出光强恒定的模拟光束31，发光元件33固定在灯架54的前部敞口端内，光源座32包括有密闭主筒5，在密闭主筒5的前端面50上设有出光孔51，在前端面50与密闭主筒5之间还可以设有加强筋501，在密闭主筒5的后部设有两个枢接板52、53，在两个枢接板52、53上分别设有枢接孔521、531，灯架54的后部具有枢接轴55，该枢接轴55转动地配置在两个枢接板52、53的枢接孔521、531内，优选在枢转孔521、531内配置高精度的滚动轴承56、57，以保证灯架54的枢接轴55可因灯架54连同发光元件33的重力自由地在枢接孔521、531内旋转，设置两个枢接板52、53能够保证枢转轴55相对稳固的保持水平状态，如果一个枢接板具有足够的壁厚也可以采用一个枢接板。在灯架54一侧的重锤58可以加重灯架54的重量，带动枢转轴55在枢接孔521、531内旋转，目的是使在转动臂13处于任何转动状态下保证灯丝相对重力场的状况始终保持不变，这样在转动臂13绕水平旋转轴线121转动时，光源部件3的发光元件33不受重力场位置变化的影响，转动臂13的旋转不会影响到发光元件33发射光束，能够保持光源部件3的发光元件33发射出强度一致的水平的模拟光束31。

遮光外罩6包括反射镜外罩60、遮光筒62和两个密闭环63、64。反射镜61固定在反射镜外罩60内，即反射镜外罩60包覆在反射镜61的外侧，反射镜61与光源座32的前端面50呈45度角，优选的反射镜61连接有角度调整机构从而倾斜角度可调，可用于调整模拟光束31沿旋转臂13的臂长方向发射，调整机构可采用任何现有的结构，例如可通过螺丝顶持反射镜61定位在预定角度，不作限制。该反射镜外罩60可通过紧固件固定在光源座32的前端面50上，在反射镜外罩60和前端面50之间有设置密封环63。遮光筒62也可通过紧固件螺接在该反射镜外罩60的下端，且在遮光筒62和反射镜外罩60之间设有密封环64，能使模拟光束31被限制在遮光筒62内而向外发射出去。在本实施方式中是使光源座32设置枢转孔，而使灯架54设置枢接轴55，显然根据对称原理，同样也可以在光源座32的后端设有枢接轴，而在灯架后端设有枢接孔，不作限制，只要能保证灯架54相对光源座32旋转并保持方位状态恒定即可。

如图4所示，在光源座32内设有一个以上均匀分布的排风扇59，例如沿端面平均分布四个，在光源座32上设有通风孔320。在图4中，排风扇59安装在两个枢接板52、53之间的空间内，固定在距离发光元件33相对较近的内侧枢接板53之上。当然排风扇59不局限于固定在光源座32上，也可以固定在灯架54上，只要能够保证光源部件3的发光元件33发光时得到有效的冷却即可。另外如果排风扇59不设置在灯架54上、光源座32上，也可考虑固定在转动臂13上，甚至本实用新型的辐射仪器角度响应测量装置也可以不包括排风扇59，而在使用时再额外配置高功率排风扇、干冰制冷器，也是可行的，只要能保证在辐射仪器角度响应测量装置工作时的散热效果即可，不作限制。

如图2、3所示，旋转平台2固定在一个升降机构23之上，这样旋转平台2除了可沿竖直旋转轴线221做360°的旋转外，还可任意升降其高度，从而能带动旋转平台2进行上下高度的调整，保证被测辐射仪器4的感应面41的中心严格地与旋转臂13的水平旋转轴线121等高，保证在任何旋转角度下光源距被辐射测仪器4的感应面41的中心的距离不变，可适应不同体积大小高低不同的测辐射仪器。其中升降机构23可以是任何现有的升降机构，例如涡轮丝杠升降机构等等，并能在升降方向上实现粗调和微调，升降机会可有调节摇柄进行粗调和微调。

如图2、3所示，本实用新型的辐射仪器角度响应测量装置，在升降机构23下方还设有一个底座7，光线模拟器1、测量主机2的旋转平台2、升降机构23均设在底座7上，这样整个装置可以构成一个整体，易于进行在使用前后的校准工作。底座7可以呈平板状，也可以在底座7的下部设置多个均匀分布的固定柱71，各固定柱71之间可用连接杆72相连接，以维持底座7整体的连接强度。当然也可以不设置底座7，而直接将光线模拟器1、旋转平台2、升降机构23设置在地面上。

在使用过程中需注意：在测量时需使待测辐射仪器4的接收面41的中心与测量点A重合。为此首先模拟光束31的光斑圆心即中心线应与待测辐射仪器4所围绕的竖直旋转轴线221重合共轴即位于共公轴线B上，否则在测量辐射仪器4的方位角响应时，会由于不同心而有变化，此变化会归属于余弦响应中，从而引起测量误差，因此在安放辐射仪器4之前，需先对带竖直旋转轴22的底座7进行准确定位，以达到同心的目的，而在检测辐射仪器4时，为保证入射光束31的光斑圆心与辐射仪器4围绕的竖直旋转轴线221的轴心相重合，每次辐射仪器4安放好后，可进一步使模拟光束31的圆形光斑对应待测辐射仪器4，适当调整反射镜外罩60或者反射镜61，使之达到同心。而待测辐射仪器4的接收面41的中心也应与水平旋转轴线121严格地在同一水平线上，否则不同角度所入射的光，会由于水平旋转轴线121的不同而有变化，此变化会归属于余弦响应中，从而引起测量误差，因此每次将待测辐射仪器4安装到位后，都需利用水平激光器进行校准。

当然在本实用新型中，还可以通过其它方式来保证让光源部件3的发光元件33发射出强度固定的模拟光束31，不局限前述设置光源座32、灯架54和重锤58的方式，只要能在旋转臂处于不同角度时使光源部件发出的模拟光束强度统一，不受重力场位置变化影响即可。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，任何他人将光源部件设计成旋转状态，将待测辐射仪器设计成仅作原地旋转的相对静止状态，来达到使辐射仪器角度响应测量装置能适于测量任何体积大小、重量轻重的多种辐射仪器的效果，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：包括光线模拟器以及旋转平台，所述光线模拟器包括固定臂和绕一水平旋转轴线与固定臂转动连接的转动臂，所述旋转平台能绕一竖直旋转轴线旋转且位于所述旋转臂的下方；在所述转动臂上设有光源部件，所述光源部件包括保持发射同一光强的水平的模拟光束的发光元件、反射镜以及保持模拟光束与外界密闭的遮光外罩，反射镜面向发光元件，模拟光束经反射镜反射后由遮光外罩射出；所述由遮光外罩射出的模拟光束的中心线、水平旋转轴线与竖直旋转轴线恒定的相交于一个测量点上。

2.根据权利要求1所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述模拟光束呈竖直向下发射的状态下，模拟光束的中心线与竖直旋转轴线重合而处于共轴的公共轴线上，水平旋转轴线与该公共轴线垂直相交而构成所述测量点，待测辐射仪器的接收面中心与所述测量点重合。

3.根据权利要求2所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述光源部件还包括有光源座、枢接在所述光源座内的灯架和设在灯架一侧的重锤，所述发光元件固定在所述灯架上，所述光源座包括密闭主筒，在密闭主筒的前端面上设有出光孔，所述遮光外罩连接在所述密闭主筒的前端面上。

4.根据权利要求3所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述遮光外罩包括反射镜外罩和遮光筒，所述反射镜外罩连接在所述密闭主筒的前端面上，而所述反射镜固定在所述反射镜外罩内，所述遮光筒连接在所述反射镜外罩上，所述模拟光束从所述遮光筒中射出。

5.根据权利要求3所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述光源座固定在转动臂上端，在光源座后部设有两个枢接板，在两个枢接板上分别设有枢接孔，灯架后端设有枢接轴，该枢接轴转动地配置在两个枢接板的枢接孔内。

6.根据权利要求5所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：在光源座的两个枢转板的枢转孔内分别配置滚动轴承。

7.根据权利要求3～6中任何一项所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述发光元件固定在所述灯架的前部敞口端，所述发光元件为金属卤素灯。

8.根据权利要求7所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：在所述光源座内设有一个以上的排风扇，光源座上设有通风口。

9.根据权利要求8所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：所述旋转平台连接有一个升降机构。

10.根据权利要求9所述的辐射仪器角度响应测量装置，其特征是：在所述升降机构下部设有一个底座，所述光线模拟器、旋转平台及升降机构均设在所述底座上，所述底座的下部设置均匀分布的多个固定柱，各固定柱之间由连接杆相连接。

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