本发明涉及太阳辐射监测仪的辅助装置，尤其涉及一种太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置。
背景技术：
太阳是地球系统的能量之源，驱动地球系统的每一个动态过程，从大气过程到洋流循环，从短期天气变化到长期的气候变迁，太阳辐射对于地球生态圈乃至人类社会都具有广泛的影响。太阳辐射监测仪是用于监测大气层外太阳总辐照度变化的科学仪器，其可以长期获取的高精度太阳总辐照度数据，为研究气候变化提供科学依据。
杂散光是经系统内部光学元件或结构件表面多次反射、折射等非正常光路而产生的一种有害光，通常会导致系统传递函数降低、背景噪声增大、对比度下降等不利影响。对太阳辐射监测仪而言，太阳总辐照度的长期变化率为0.3％左右，需要仪器达到优于0.01％的测量不确定度。为保证仪器测量精度，严格控制杂散光显得尤为关键。
通常抑制杂散光的方法是为系统引入消杂散光结构，即在系统光路中加入消杂光光阑，但如果仪器的应用环境发生改变，如安装位置、附近其它仪器的干扰等，引入了新的杂散光来源，往往需要对消杂光光阑重新设计，导致新研仪器的研制周期延长，导致继承性仪器的状态改变且难以定量评估其影响，尤其对太阳辐射监测仪而言，将导致系统测量光路、测量热环境的改变，对数据测量精度带来严重不利影响。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种能够消除太阳辐射监测仪使用环境发生改变时带来的杂散光造成的不利影响，并能够保证太阳辐射监测仪的测量精度的太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置，包括沿光路入射方向依次设置的前置遮光光阑、消杂光光阑和太阳辐射监测仪接收腔，所述前置遮光光阑的无遮拦视场大于所述太阳辐射监测仪接收腔的最大视场；所述前置遮光光阑呈筒状，所述前置遮光光阑包括至少两片光阑；所述消杂光光阑呈筒状，所述消杂光光阑包括至少两片光阑，所述前置遮光光阑的至少两片光阑中的最小通光口径大于所述消杂光光阑的至少两片光阑中的最大通光口径；所述前置遮光光阑的所有光阑均位于所述太阳辐射监测仪接收腔的最大视场的外部。
一些实施例中，前置遮光光阑的内表面涂有黑漆材料涂层。
一些实施例中，所述前置遮光光阑由3片光阑组成，沿光路入射方向，3片光阑的通光口径依次减小。
一些实施例中，沿光路入射方向，所述前置遮光光阑的第一个光阑与第二个光阑之间的间隔大于第二个光阑与第三个光阑之间的间隔。
一些实施例中，所述消杂光光阑由5片光阑组成，沿光路入射方向，5片光阑的通光口径依次减小。
一些实施例中，所述5片光阑中，相邻两个光阑之间的间隔均相等。
一些实施例中，所述黑漆材料涂层的入射吸收率为0.90-0.95。
本发明的有益效果在于：通过在消杂光光阑前端，即光路入射方向的前端设置前置遮光光阑，并且前置遮光光阑的所有光阑均位于太阳辐射监测仪接收腔的最大视场外部，完全不遮挡太阳辐射监测仪接收腔的有效视场。同时，筒状的前置遮光光阑和消杂光光阑的设计，配合前置遮光光阑和消杂光光阑都至少包括两片光阑；如此，可以保证杂散光经过前置遮光光阑时，至少经过筒壁和一个光阑的前表面或后表面两次吸收后，再进入消杂光光阑；同样的，在消杂光光阑中，杂散光也要经过至少两次吸收反射后，再进入太阳辐射监测仪接收腔内。从而大大降低了应用环境改变带来的杂散光影响，保证了太阳辐射监测仪的测量精度。
附图说明
图1是本发明一个实施例中，太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置及光路走向示意图。
附图标记：
前置遮光光阑10；消杂光光阑20；太阳辐射监测仪接收腔30；光阑40。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合附图1详细说明一下本发明提供的太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置。
如图1所示，本发明提供了一种太阳辐射监测仪用视场外杂散光抑制装置，包括沿光路入射方向依次设置的前置遮光光阑10、消杂光光阑20和太阳辐射监测仪接收腔，所述前置遮光光阑10的无遮拦视场大于所述太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场；所述前置遮光光阑10呈筒状，所述前置遮光光阑10包括至少两片光阑40；所述消杂光光阑20呈筒状，所述消杂光光阑20包括至少两片光阑40，所述前置遮光光阑10的至少两片光阑40中的最小通光口径大于所述消杂光光阑20的至少两片光阑40中的最大通光口径；所述前置遮光光阑10的所有光阑40均位于所述太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场的外部。
通过在消杂光光阑20前端，即光路入射方向的前端设置前置遮光光阑10，并且前置遮光光阑10的所有光阑40均位于太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场外部，完全不遮挡太阳辐射监测仪接收腔30的有效视场。同时，筒状的前置遮光光阑10和消杂光光阑20的设计，配合前置遮光光阑10和消杂光光阑20都至少包括两片光阑40；如此，可以保证杂散光经过前置遮光光阑10时，至少经过筒壁和一个光阑40的前表面或后表面两次吸收后，再进入消杂光光阑20；同样的，在消杂光光阑20中，杂散光也要经过至少两次吸收反射后，再进入太阳辐射监测仪接收腔30内。从而大大降低了应用环境改变带来的杂散光影响，保证了太阳辐射监测仪的测量精度。
本发明中，前置遮光光阑10安装于消杂光光阑20的前端，即沿光路入射方向的前端，前置遮光光阑10的无遮拦视场大于太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场，完全不遮挡太阳辐射监测仪接收腔30的任意有效视场；且前置遮光光阑10的至少两片光阑40中的最小通光口径大于消杂光光阑20的至少两片光阑40中的最大通光口径，前置遮光光阑10的所有光阑40均位于太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场外部。视场外的杂散光以大于某一角度入射到前置遮光光阑10，必须经过前置遮光光阑10的内壁和其中一个光阑40的前表面或者后表面的至少两次吸收后，才被反射到消杂光光阑20内部。同时，在消杂光光阑20内部的杂散光，必须经过消杂光光阑20的内壁和其中一个光阑40的前表面或后表面的至少两次吸收后，再反射至太阳辐射监测仪接收腔30。
为了进一步提高前置遮光光阑10对杂散光的吸收能力，本发明一个实施例中，在前置遮光光阑10的内表面涂有黑漆材料涂层，增加前置遮光光阑10对杂散光的吸收率。
更进一步的，本发明的一个实施例中，黑漆材料涂层的入射吸收率选择0.90-0.95，进一步提高吸收率。
在本发明的一个实施例中，为了在节省空间的前提下，尽可能提高杂散光的吸收率，所述前置遮光光阑10由3片光阑40组成，沿光路入射方向，3片光阑40的通光口径依次减小。入射光依次经过从大到小的通光口径的3片光阑40后，进入消杂光光阑20。
进一步，为了保证入射光的传递稳定性和反射后的吸收率，沿光路入射方向，所述前置遮光光阑10的第一个光阑40与第二个光阑40之间的间隔大于第二个光阑40与第三个光阑40之间的间隔。
同理，为了在节省空间的前提下，尽可能提高杂散光的吸收率；本发明一个实施例中，所述消杂光光阑20由5片光阑40组成，沿光路入射方向，5片光阑40的通光口径依次减小。
进一步，为了保证入射光的传递稳定性和反射后的吸收率，所述5片光阑40中，相邻两个光阑40之间的间隔均相等。
图1中带箭头线条方向为光路入射路线，其表达了光路入射方向；同时也提供了经前置遮光光阑10的内壁、光阑40表面的反射光路径，以及经消杂光光阑20的内壁、光阑40表面的反射光路径。
如图1所示，前置遮光光阑10的内壁指的是前置遮光光阑10的筒体上侧内表面或筒体下侧内表面；光阑40的表面指图1中光阑40的左右表面。同理，消杂光光阑20的内壁指的是消杂光光阑20的筒体上侧内表面或筒体下侧内表面；消杂光光阑20的表面指图1中光阑40的左右表面。
如图1所示，本发明提供的一个具体实施例中，前置遮光光阑10安装于消杂光光阑20的前端15mm处，由3片光阑40组成，三片光阑40的通光口径沿光路入射方向依次为25.3mm、22.3mm和18.0mm。沿光路入射方向，前置遮光光阑10的第一个光阑40和第二个光阑40的间隔为10.8mm，第二个光阑40和第三个光阑40的间隔为15.0mm。
前置遮光光阑10的无遮拦视场为±8.0°，消杂光光阑20由5片光阑40组成，沿光路入射方向，5片光阑40的通光口径依次为13.3mm、12.2mm、11.2mm、10.1mm、9.1mm和8.0mm，各光阑40间的间隔均为20.0mm。该消杂光光阑20的无遮拦视场为±1.5°，最大视场θ为±6.1°。前置遮光光阑10的无遮拦视场为±8.0°，大于太阳辐射监测仪接收腔的最大视场θ为±6.1°。
前置遮光光阑10完全不遮挡太阳辐射监测仪接收腔30的任意有效视场，且前置遮光光阑10内部光阑40的最小通光口径18.0mm大于消杂光光阑20内部光阑40的最大口径13.3mm。前置遮光光阑10的所有内部光阑40均位于太阳辐射监测仪接收腔30的最大视场θ的外部。由于安装位置的改变，由其它遥感仪器、卫星天线、太阳能电池帆板等物体反射的太阳辐射构成视场外的杂散光，杂散光以大于40°角入射到前置遮光光阑10，在前置遮光光阑10筒内壁和沿光路入射方向的第一个光阑40的后表面、第二个光阑40的前后表面、第三个光阑40的前表面经过两次以上吸收后，才有可能反射到消杂光光阑20内部。该部分杂散光同样需要在消杂光光阑20内部经筒内壁和内部光阑40的前后表面的两次以上吸收后，才有可能入射到太阳辐射监测仪接收腔内。
前置遮光光阑10内表面涂有高吸收率黑漆材料，单次入射吸收率为0.90～0.95。在不更改现有设计的条件下，通过增加前置遮光光阑10，可将应用环境改变带来的杂散光影响降低到1.3×10-6量级，保证了仪器的测量精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。