一种大动态范围的辐照度计观测系统的制作方法

本发明涉及遥感观测技术领域，尤其涉及一种大动态范围的辐照度计观测系统。

背景技术：

遥感应用中有时不仅需要探测来自太阳的辐射能量，有些应用领域也需要探测诸如夜晚月亮这样的弱光源辐射能量。因此需要能够全天候大动态范围的辐照度观测设备。而当下辐照度观测设备基本都是单一的仅限于白天晴好天气环境下使用的较强光源的辐照度观测设备。因此，发明一种能够全天候大动态范围的辐照度观测设备是必要的。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种大动态范围的辐照度计观测系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大动态范围的辐照度计观测系统，包括有信号监测模块、较强光信号探测模块、较弱光信号探测模块、模拟信号处理模块、光信号切换机构、数据采集模块和可交直流两用的电源模块；可交直流两用的电源模块给系统供电，所述的信号监测模块采集入射光信号，经光电效应转换成电信号送至模拟信号处理模块；模拟信号处理模块判断来自信号监测模块的信号强弱，再根据判断结果控制光信号切换机构；在非弱光情况下，遮挡住较弱光信号探测模块的信号入口，光信号进入较强光信号探测模块的信号入口，使得非弱光信号进入较强光信号探测模块为非弱光信号探测光路；而在弱光信号时，光信号切换机构打到另一面遮挡住较强光信号探测模块的信号入口而开放了较弱光信号探测模块的信号入口，使得光信号进入较弱光信号探测模块的弱光信号探测光路；较强光信号探测模块和较弱光信号探测模块分别将探测到的非弱光信号和弱光信号发送到模拟信号处理模块，经过模拟信号处理模块的滤波放大处理后提高了信噪比，之后送至数据采集模块；数据采集模块将模拟信号处理模块传送来的模拟电信号转换成数字信号后并存储，最后上传至管理中心计算机。

所述的信号监测模块是包括有si光电二极管探测器的独立探测单元，检测入射光信号的强弱。

所述的光信号切换机构包括有步进电机和遮光板，步进电机转动带动遮光板旋转遮挡较强光信号探测模块或较弱光信号探测模块的入光口。

所述的较强光信号探测模块包括有si光电二极管阵列探测器、光信号衰减机构，用来探测较强光信号。

较弱光信号探测模块包括有光电倍增管以及光电倍增管正常工作所需的高压包和光信号衰减机构，用来探测弱光信号。

所述的模拟信号处理模块包括有内部集成了模数转换的微控制器mcu一、滤波放大电路、电机驱动、多路选择器和程控放大器，模拟信号处理模块对模拟电信号进行滤波放大处理后提高电信号的信噪比，微控制器mcu一判断来自信号监测模块的信号强弱，再根据判断结果控制光信号切换机构的步进电机旋转。

所述的数据采集模块包括有微控制器mcu二、模数转换模块、缓存ram、实时时钟、存储器sd卡以及液晶显示器，对模拟电信号进行转换、存储以及系统状态监控。

所述的大动态范围的辐照度观测系统，仪器设计了光信号监测模块及强弱两路光信号探测光路，不仅可用于测量一般白天日光等较强光环境下的辐照度，还可用于测量微弱光环境下（如夜晚月光下）的辐照度。

所述的大动态范围的辐照度观测系统，所述的系统电源采用单电源供电，可以交直流两种供电模式自动、可靠的切换。交流供电采用220v市电，直流供电采用可更换的锂电池组。

本发明的优点是：本发明在一般测量较强光源辐照度的辐照度测量系统的基础上，增加了测量较弱光源辐照度的功能，而且，为了防止光电倍增管（pmt）在强光照射下性能有损，设计了光信号监测模块，使得此辐照度观测系统在遥感领域的辐照度测量中，即可用于日光环境下，也可用于月光环境下，使用范围大大拓宽。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的系统原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种大动态范围的辐照度计观测系统，包括有信号监测模块1、较强光信号探测模块2、较弱光信号探测模块3、模拟信号处理模块6、光信号切换机构、数据采集模块7、计算机20和可交直流两用的电源模块8；可交直流两用的电源模块8给系统供电，所述的信号监测模块1采集入射光信号，经光电效应转换成电信号送至模拟信号处理模块6；模拟信号处理模块6判断来自信号监测模块1的信号强弱，再根据判断结果控制光信号切换机构；在非弱光情况下，遮挡住较弱光信号探测模块3的信号入口，光信号进入较强光信号探测模块2的信号入口，使得非弱光信号进入较强光信号探测模块2为非弱光信号探测光路；而在弱光信号时，光信号切换机构打到另一面遮挡住较强光信号探测模块2的信号入口而开放了较弱光信号探测模块3的信号入口，使得光信号进入较弱光信号探测模块3的弱光信号探测光路；较强光信号探测模块2和较弱光信号探测模块3分别将探测到的非弱光信号和弱光信号发送到模拟信号处理模块6，经过模拟信号处理模块6的滤波放大处理后提高了信噪比，之后送至数据采集模块7；数据采集模块7将模拟信号处理模块6传送来的模拟电信号转换成数字信号后并存储，最后上传至管理中心计算机20。

所述的信号监测模块1是包括有si光电二极管探测器的独立探测单元，检测入射光信号的强弱。

所述的光信号切换机构包括有步进电机4和遮光板5，步进电机4转动带动遮光板5旋转遮挡较强光信号探测模块2和较弱光信号探测模块3的入光口。

所述的较强光信号探测模块2包括有si光电二极管阵列探测器、光信号衰减机构，用来探测较强光信号。

较弱光信号探测模块3包括有光电倍增管以及光电倍增管正常工作所需的高压包和光信号衰减机构，用来探测弱光信号。

所述的模拟信号处理模块6包括有内部集成了模数转换的微控制器mcu一9、滤波放大电路11、电机驱动10、多路选择器12和程控放大器13，模拟信号处理模块6对模拟电信号进行滤波放大处理后提高电信号的信噪比，微控制器mcu一9判断来自信号监测模块的信号强弱，再根据判断结果控制光信号切换机构的步进电机4旋转。

所述的数据采集模块7包括有微控制器mcu二14、模数转换模块15、缓存ram17、实时时钟18、存储器sd卡16以及液晶显示器19，对模拟电信号进行转换、存储以及系统状态监控。

所述的光信号监测模块1包括有si光电二极管探测器，si光电二极管探测器探测到的光信号经光电转换，转换成模拟电信号，送至模拟信号处理模块6；模拟信号处理模块6包含有内部集成了adc的微控制器（mcu一）9、电机驱动10、运算放大器及滤波电路11、多路选择器12、程控放大器13等集成芯片；来自模块1的模拟电信号由mcu一9内置adc转换后由内部程序判断光信号的强弱，再根据判断结果控制电机驱动电路10转动光信号切换机构，使得光信号进入相应的某一路信号探测光路；光信号切换模块4+5是通过步进电机4带动一个可旋转挡光机构5，在非弱光情况下，遮挡住模块3信号入口，光信号进入模块2信号入口，使得非弱光信号进入以si光电二极管为探测器为非弱光信号探测光路；而在弱光情况时，挡光板转到另一面遮挡住模块2的信号入口而开放了模块3的信号入口，使得弱光信号进入以光电倍增管探测器（pmt）为探测器的弱光信号探测光路；所述的信号探测模块包含强弱两路信号探测模块2和3，弱光信号探测光路3以光电倍增管（pmt）作为探测器，而较强光信号探测光路2使用硅光电二极管作为探测器，鉴于较强光会对光电倍增管的性能造成损害，为保护光电倍增管（pmt），弱信号探测光路3为常闭状态；即默认状态为挡光机构5遮挡入光口；无论强弱，光信号经过探测器转换成电信号后，送至模拟信号处理模块6，经过模块6中的运放电路11滤波放大整理，再经多路选择器12，程控放大在mcu二14的控制下对信号再次放大，以匹配adc15的输入，之后送至数据采集模块7；所述的数据采集模块7包括有微控制器（mcu二）14、模数转换模块（adc）15、存储器sd卡16、缓存ram17、实时时钟（rtc）18以及液晶显示器19。信号采集模块7中mcu14内置程序控制实现模拟信号的接收、转换及存储功能。adc15实现将模拟信号转换为数字信号，采集的数据存储于sd卡16内，rtc18记录试验时间，液晶显示器19实时显示实验状态及采集数据。待试验结束，由mcu二14内置程序控制，将该sd卡16内的采集数据上传至管理中心计算机，也可以运行mcu二14内置程序将采集数据实时上传至计算机20。

系统采用单电源供电，电源模块8可以交直流两种供电模式自动、可靠的切换。交流供电采用220v市电，直流供电采用可更换的锂电池组。