CN212082596U - 一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其中：白光激光光源输出宽波段激光，光衰减模块形成对白光激光光源输出的宽波段激光的光源能量与光谱波段的调节；扩束镜包括呈虚共焦结构的输入负透镜和输出正透镜，用于对经光衰减模块调节后的激光进行扩束与准直，形成均匀光斑覆盖至待检测太阳光度计的入瞳中心；待检测太阳光度计能够随高精度电控旋转台在0‑360°范围内同步回转，并通过第二通信线连接至控制电脑，高精度电控旋转台通过驱动线连接至旋转台控制箱，旋转台控制箱通过第三通信线连接至控制电脑。本实用新型能够满足太阳光度计的小视场角检测时要求的光谱波段宽、光源准直高、辐射动态范围大、角度精度高的技术需求。

Description

一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置

技术领域

本实用新型涉及光辐射测量装置领域，更具体地说是一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置。

背景技术

太阳光度计是一种常用的地基遥感仪器，通过布设在地面测量太阳直射辐射和天空散射辐射，获取气溶胶光学厚度、水汽含量、气溶胶粒子谱等参数，其观测数据广泛应用于气候气象、环境监测、遥感等科学领域。

由于太阳的发散角为0.52°，因此在进行直射和天空散射测量时，精确的视场角是限制杂散光及定量化应用的前提。这种小角度的视场角测量不仅要保证入射光源为准直光，而且需要保证其扫描旋转角度的准确性。另外太阳光度计一般为分立波段独立测量，因此视场角检测时应该保障光源能够覆盖太阳反射波段。由于太阳光度计分为直射光和天空光两种独立的观测通道，因此测量装置需要具覆盖至少两个量级的动态范围。

目前视场角检测方法主要有三种。常用的基于色卡的视场角检测多针对广角的相机镜头，在光源准直性和角度精确性方面无法满足太阳光度计视场角的检测需求。另一种采用积分球结合平行光管的方式，通过旋转角度得到角度变化曲线，出射辐射较小，特别是紫外波段难以和太阳紫外波段光辐射相匹配。而基于单波长激光器产生准直光的方式，虽然出射光通量较大，但是在光谱范围上难以做到全覆盖。因此，目前常用的视场角检测方式在光源准直性、辐射动态范围、光谱波段、角度精度方面难以直接适用于太阳光度计。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本实用新型提出一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，以满足太阳光度计的小视场角检测时要求的光谱波段宽、光源准直高、辐射动态范围大、角度精度高的技术需求。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其结构特点是：

包括顺着光路依次设置的白光激光光源、光衰减模块、扩束镜和待检测太阳光度计，还包括高精度电控旋转台、旋转台控制箱和控制电脑；

所述白光激光光源用于输出宽波段激光，是由激光器控制箱产生激光束，经光纤传导至激光出射头，由激光出射头向所述光衰减模块射出激光束，所述激光器控制箱通过第一通信线连接至所述控制电脑；

所述光衰减模块由顺着光路呈间隔设置的衰减片与滤光片组成，依靠所述衰减片与所述滤光片分别对应形成对所述白光激光光源输出的宽波段激光的光源能量与光谱波段的调节；

所述扩束镜包括呈虚共焦结构的输入负透镜和输出正透镜，用于对经所述光衰减模块调节后的激光进行扩束与准直，形成均匀光斑覆盖至待检测太阳光度计的入瞳中心，所述输出正透镜的焦距大于输入负透镜的焦距；

所述待检测太阳光度计由所述高精度电控旋转台支撑，能够随所述高精度电控旋转台以旋转轴轴线为回转中心在0-360°范围内同步回转，并通过第二通信线连接至所述控制电脑，所述高精度电控旋转台通过驱动线连接至旋转台控制箱，所述旋转台控制箱通过第三通信线连接至所述控制电脑。

本实用新型的结构特点也在于：

所述白光激光光源的激光工作波段覆盖320-2400nm，总平均功率在0-100mw范围内可调，总功率稳定性优于1％。

所述光衰减模块中，所述衰减片的衰减范围为10％-90％，所述滤光片的光谱带宽为2-50nm。

所述扩束镜为10倍扩束镜，长度为250mm，输入负透镜与输出正透镜的直径分别为10mm和70mm。

所述高精度电控旋转台的转动最小间隔为0.01°，重复定位精度优于0.005°。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型采用白光激光光源作为视场角检测的照明光源，实现了太阳光度计观测波段的全覆盖，光谱能量均匀且光输出功率可调，结合光衰减模块，可以保证各个波段尤其是紫外波段与太阳光度计的观测量级相匹配，以满足不同光谱波段视场角检测时对辐射动态范围的要求。同时，采用扩束镜将入射的白光激光光束进行扩束并准直，提供大面积均匀准直光源，保证太阳光度计入瞳面的全覆盖。此外，采用高精度电控旋转台带动太阳光度计进行小角度高精度的旋转，获取角度变化曲线，有效提高视场角的检测精度，进而有效保证太阳光度计视场角的准确性和有效性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中，1白光激光光源；11激光器控制箱；12光纤；13激光出射头；14第一通信线；2光衰减模块；21衰减片；22滤光片；3扩束镜；31输入负透镜；32输出正透镜；4待检测太阳光度计；5高精度电控旋转台；6旋转台控制箱；7控制电脑；8驱动线；9第二通信线；10第三通信线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，本实施例的宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置设置如下：

包括顺着光路依次设置的白光激光光源1、光衰减模块2、扩束镜3和待检测太阳光度计4，还包括高精度电控旋转台5、旋转台控制箱6和控制电脑7；

白光激光光源1用于输出宽波段激光，是由激光器控制箱11产生激光束，经光纤12传导至激光出射头13，由激光出射头13向光衰减模块2射出激光束，激光器控制箱11通过第一通信线14连接至控制电脑7；

光衰减模块2由顺着光路呈间隔设置的衰减片21与滤光片22组成，依靠衰减片21与滤光片22分别对应形成对白光激光光源1输出的宽波段激光的光源能量与光谱波段的调节；

扩束镜3包括呈虚共焦结构的输入负透镜31和输出正透镜32，用于对经光衰减模块2调节后的激光进行扩束与准直，形成均匀光斑覆盖至待检测太阳光度计4的入瞳中心，输出正透镜32的焦距大于输入负透镜31的焦距；

待检测太阳光度计4由高精度电控旋转台5支撑，能够随高精度电控旋转台5以旋转轴轴线为回转中心在0-360°范围内同步回转，并通过第二通信线9连接至控制电脑7，高精度电控旋转台5通过驱动线8连接至旋转台控制箱6，旋转台控制箱6通过第三通信线10连接至控制电脑7。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

白光激光光源1的激光工作波段覆盖320-2400nm，总平均功率由控制电脑7通过软件调节，实现在0-100mw范围内可调，光谱能量分布均匀，总功率稳定性优于1％，以保证视场角检测过程中数据的稳定性。

光衰减模块2中，衰减片21的衰减范围为10％-90％，滤光片22的光谱带宽为2-50nm。结合光衰减模块2的衰减片21与滤光片22，可以保证各个波段尤其是紫外波段与太阳光度计的观测量级相匹配，以满足不同光谱波段视场角检测时对辐射动态范围的要求。具体实施时，可根据检测需求，将所选的特定的滤光片22或衰减片21可安装在固定座上，形成对光谱波段和光源能量的调节，以满足太阳光度计各波段对大动态的检测需求。固定座作为滤光片22或衰减片21的支撑结构，形式不限，为常规设置。

扩束镜3为10倍扩束镜3，长度为250mm，输入负透镜31与输出正透镜32的直径分别为10mm和70mm。扩束镜3将入射的白光激光光束通过输入负透镜31和输出正透镜32改变光束直径和发散角，两个透镜是虚共焦结构，输入负透镜31将激光聚焦在前焦面的虚焦点位置，经过输入负透镜31后激光的光束半径，落在输出正透镜32的后焦平面上，由于输入负透镜31将激光聚焦在前焦面的虚焦点位置，保证入射的高斯光束被扩束并准直，提供大面积均匀准直光源。

本实施例中，高精度电控旋转台5可实现40kg的载重，其转动最小间隔为0.01°，重复定位精度优于0.005°。高精度电控旋转台5的角度转动间隔小，定位精度高，以满足太阳光度计0.5-2.5°的视场角检测需求。

本装置的工作原理如下：

由白光激光光源1输出光谱能量分布均匀的宽波段激光，光束经过光衰减模块2变为光谱和能量相匹配的激光束，之后进入扩束镜3将激光进行延展，由小光斑扩束为均匀准直光斑以覆盖待检测太阳光度计4的入瞳中心；待检测光度计放置在高精度电控旋转台5上，在高精度电控旋转台5的带动下同步回转，实现对不同转动角度下待检测太阳光度计4信号的检测；

控制电脑7连接激光器控制箱11的串口和旋转台控制箱6的串口，分别通过软件控制激光器控制箱11的输出功率和高精度电动旋转台的转动角度，自动保存角度转动信号，并采集对应转动角度下待检测太阳光度计4的信号，生成视场角检测曲线，完成对太阳光度计视场角的检测。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其特征是：

包括顺着光路依次设置的白光激光光源、光衰减模块、扩束镜和待检测太阳光度计，还包括高精度电控旋转台、旋转台控制箱和控制电脑；

所述白光激光光源用于输出宽波段激光，是由激光器控制箱产生激光束，经光纤传导至激光出射头，由激光出射头向所述光衰减模块射出激光束，所述激光器控制箱通过第一通信线连接至所述控制电脑；

所述光衰减模块由顺着光路呈间隔设置的衰减片与滤光片组成，依靠所述衰减片与所述滤光片分别对应形成对所述白光激光光源输出的宽波段激光的光源能量与光谱波段的调节；

所述扩束镜包括呈虚共焦结构的输入负透镜和输出正透镜，用于对经所述光衰减模块调节后的激光进行扩束与准直，形成均匀光斑覆盖至待检测太阳光度计的入瞳中心，所述输出正透镜的焦距大于输入负透镜的焦距；

所述待检测太阳光度计由所述高精度电控旋转台支撑，能够随所述高精度电控旋转台以旋转轴轴线为回转中心在0-360°范围内同步回转，并通过第二通信线连接至所述控制电脑，所述高精度电控旋转台通过驱动线连接至旋转台控制箱，所述旋转台控制箱通过第三通信线连接至所述控制电脑。

2.根据权利要求1所述的宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其特征是：所述白光激光光源的激光工作波段覆盖320-2400nm，总平均功率在0-100mw范围内可调，总功率稳定性优于1％。

3.根据权利要求1所述的宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其特征是：所述光衰减模块中，所述衰减片的衰减范围为10％-90％，所述滤光片的光谱带宽为2-50nm。

4.根据权利要求1所述的宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其特征是：所述扩束镜为10倍扩束镜，长度为250mm，输入负透镜与输出正透镜的直径分别为10mm和70mm。

5.根据权利要求1所述的宽波段大动态的太阳光度计视场角检测装置，其特征是：所述高精度电控旋转台的转动最小间隔为0.01°，重复定位精度优于0.005°。

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