用于太阳辐照度定标的绝对辐射计及辐射计内部热结构的制作方法

本发明涉及遥感器在轨光辐射测量领域，具体涉及一种用于太阳辐照度定标的绝对辐射计及辐射计内部热结构。

背景技术：

绝对辐射计是测量太阳总辐照度的主要监测仪器，作为光辐射测量的基准已经发展了50多年。它属于电替代辐射计，原理是用等效的电功率复现测量的光功率，电功率的功率值即为光功率的测量值。在电替代的过程中，绝对辐射计光辐射测量实验的响应时间至关重要。例如，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的太阳辐照度绝对辐射计搭载风云三号C星在轨对太阳总辐照度进行测量。由于风云三号C星肩负着其他测量任务，对太阳总辐照度进行测量的时间只有8天。同时，受视场角的限制，每轨对日测量的轨道范围有限。因此，怎样降低绝对辐射计辐射测量的时间常数，从而在有限的观测时间内得到尽可能多的符合精度要求的实验数据成为了太阳辐照度学亟需解决的关键问题。

现有的研究一般采用带圆柱侧面的正圆锥腔的腔型结构，热电堆的内壁与吸收腔相连，外壁与热沉相连，热电堆下垫聚酰亚胺垫片以隔绝热电堆下底面的热量传递，即热电堆通过内外壁的热电效应采集热沉与吸收腔之间的温度差异。然而，受圆柱侧面机械加工工艺限制，吸收腔和热电堆的热接触达不到绝对辐射计的精度要求。此外，在绝对辐射计光辐射测量实验过程中，该结构设计的响应时间常数远低于国外同类型的仪器。

因此，为满足对地球气候观测的研究需求，提高绝对辐射计在轨测量数据的可利用性。采用新的热结构设计对绝对辐射计的响应时间常数进行调节是现阶段光辐射测量的新思路。

技术实现要素：

本发明为解决现有用于绝对辐射计上的热结构为带圆柱侧面的正圆锥腔的腔型结构，由于加工工艺受限，导致吸收腔和热电堆的接触达不到绝对辐射计的精度要求的问题，提供一种用于太阳辐照度定标的绝对辐射计及辐射计内部热结构。

用于太阳辐照度定标的绝对辐射计，包括消杂光光阑、电机、主光阑、参考腔和38芯插头；所述消杂光光阑设置在辐射计入口处，电机固定在消杂光光阑右上角，主光阑设置在消杂光光阑之后，还包括辐射计内部热结构，所述辐射计内部热结构包括压片、聚酰亚胺垫片、热电堆、热沉和吸收腔；所述吸收腔在光辐射区域埋入用于电加热的加热丝，所述参考腔与吸收腔呈背靠背式连接；所述热沉用于封装参考腔和吸收腔；所述吸收腔为带帽檐的正圆锥腔结构，所述热电堆的上顶面连接吸收腔帽檐，热电堆的下底面与热沉连接；所述压片通过聚酰亚胺垫片与吸收腔帽檐固定。

用于太阳辐照度定标的绝对辐射计内部热结构，包括压片、聚酰亚胺垫片、热电堆、热沉和吸收腔；所述吸收腔在光辐射区域埋入用于电加热的加热丝，吸收腔内部涂有镜面反射涂料，绝对辐射计的参考腔与吸收腔呈背靠背式连接；所述热沉用于封装参考腔和吸收腔；所述吸收腔为带帽檐的正圆锥腔结构，所述热电堆上顶面连接吸收腔帽檐，热电堆的下底面连接热沉，所述压片通过聚酰亚胺垫片与吸收腔帽檐固定。

本发明的有益效果：

一、本发明所提供的绝对辐射计新型热结构设计各组件热接触紧密，削弱了环氧树脂胶分布不均匀以及非完美热接触对实验测量的影响；所述的参考腔与吸收腔呈背靠背式连接，起两方面作用：其一为消除偶然因素所引起的吸收腔温度响应的过大误差；其二为修正热沉温度漂移引起的测量数据偏差。

二、吸收腔采取带帽檐的正圆锥腔结构，且热电堆上顶面连接吸收腔，下底面连接热沉，该温度采集方式设计更为合理，加快了热沉与吸收腔之间的传递效率，降低了绝对辐射计实验测量的时间常数。

附图说明

图1为本发明所述的用于太阳辐照度定标的绝对辐射计的内部热结构的结构示意图；

图2为本发明所述的用于太阳辐照度定标的绝对辐射计的整体结构示意图。

图中：1、压片，2、聚酰亚胺垫片，3、热电堆，4、热沉，5、吸收腔，6、消杂光光阑，7、电机，8、主光阑，9、参考腔，10、38芯插头。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，用于太阳辐照度定标的绝对辐射计，包括：消杂光光阑6、电机7、主光阑8、辐射计内部热结构、参考腔5、以及38芯插头10。其中辐射计内部热结构如图1包括：压片1、聚酰亚胺垫片2、热电堆3、热沉4以及吸收腔5。所述的吸收腔在光辐射区域埋入了用于电加热的加热丝，电加热阶段通过电加热丝对锥腔进行加热从而实现与光加热的等效，吸收腔5内部涂有镜面反射涂料。所述的参考腔9与吸收腔5呈背靠背式连接。所述热沉4用于封装参考腔9和吸收腔5；吸收腔5采取带帽檐的正圆锥腔结构，且热电堆3上顶面连接吸收腔5，下底面连接热沉4，所述的38芯插头10与热沉上锗电阻温度传感器的导线相连，实时监测热沉和吸收腔的温度变化。所述的压片1材料为铝，起固定吸收腔5的作用。所述的聚酰亚胺垫片2材料为聚酰亚胺，起隔绝该方向上热量传递的作用。

本实施方式中，热电堆3与吸收腔5的连接处通过环氧树脂胶相连，采用这种结构后热沉4和吸收腔5之间的热接触更为紧密，树脂胶分布不均匀以及非完美热接触的影响降到最低，显著的降低了绝对辐射计的光辐射测量实验的时间常数，提高了太阳辐照度在轨测量数据的可利用性。

具体实施方式二、结合图1说明本实施方式，用于太阳辐照度定标的绝对辐射计内部热结构，包括压片1、聚酰亚胺垫片2、热电堆3、热沉4和吸收腔5；所述吸收腔5在光辐射区域埋入了用于电加热的加热丝，电加热阶段通过电加热丝对吸收腔5进行加热从而实现与光加热的等效，吸收腔5内部涂有镜面反射涂料。所述的参考腔9与吸收腔5呈背靠背式连接。所述热沉4用于封装参考腔9和吸收腔5；所述的压片1材料为铝，起固定吸收腔5的作用。所述的聚酰亚胺垫片2材料为聚酰亚胺，起隔绝该方向上热量传递的作用。吸收腔5采取带帽檐的正圆锥腔结构，且热电堆3上顶面连接吸收腔帽檐，下底面连接热沉4。

本实施方式中所述的热沉上设置有锗电阻温度传感器，辐射计的38芯插头10与热沉4上的锗电阻温度传感器的导线相连，实时监测热沉3和吸收腔5的温度变化。

具体实施方式三、本实施方式为具体实施方式二所述的用于在轨太阳辐照度定标的绝对辐射计上的热结构的设计方法，该方法由以下步骤实现：

一、建立三维模型：采用工程软件Soliderworks进行建模，运用基体旋转的方式建立模型。所述的吸收腔5的中心角α为30°，内壁厚度为0.1mm。帽檐的外径根据热链接的形状确定，即帽檐的半径应与热电堆圆环的半径相仿，方便帽檐与热电堆更好的相连且保持热接触。建立好二维的草图后，沿吸收腔中心线旋转，可得到所需的绝对辐射计吸收腔三维模型。采用与上述相同的原则依次建立绝对辐射计内部热结构中的压片1、聚酰亚胺垫片2、热电堆3以及热沉4的模型。

二、对步骤一建立的三维模型进行机械加工。其中，吸收腔5的机械加工有特殊要求。采用化学电镀工艺制作中心角α为30°的正圆锥腔，吸收腔的帽檐需抛光、抛亮以方便与热电堆的精密结合。吸收腔的内部采用特殊的工艺将电加热丝埋入在内，外层被银包裹。机械加工后，将镜面反射涂料均匀的涂抹在吸收腔内壁，反射涂料层的厚度为0.05mm。其他组件的机械加工则大同小异，加工后的接触面均需抛光抛亮。

本发明所述的用于在轨太阳辐照度定标的绝对辐射计，为中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在国家863计划的支持下开展了太阳辐照度绝对辐射计(Solar Irradiance absoluter radiometer)的研制工作，简称为SIAR。该辐射计为电替代辐射计，对太阳辐照度进行持续监测。为对该绝对辐射计的响应时间常数进行调节，从而得到更多的符合实验要求的太阳总辐照度测量数据，

在地面的恒温实验室中采用了本实施方式中的热结构进行性能调试。调试的结果发现，采用该结构后绝对辐射计的光辐射测量响应时间常数明显降低，由原有的30s左右降低到17s左右，满足了太阳总辐照度测量的要求。