太阳辐照度辐射计衍射效应修正系数的检测装置、方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种衍射效应修正系数的检测装置和方法，更具体的，涉及一种太阳辐照度绝对辐射计衍射效应修正系数的检测装置和方法。


背景技术：

2.气候变化是当今世界面对的巨大挑战之一，科学界正致力于研究气候变化机制。太阳是地球唯一外部能量输入源，是生态系统形成、发展及变化的驱动力。
3.太阳辐射监测仪(sim)是一种太阳辐照度绝对辐射计，核心探测器是对入射光具有超高吸收比的黑体腔，通过电功率复现光功率造成的温度变化，通过精确测量等效电功率来标定未知的光功率。太阳辐照度绝对辐射计的测量目标是辐照度(单位w/m2)，即通过孔径光阑的光功率与面积的比值。然而，太阳辐射经过孔径光阑时将产生衍射效应，导致通过孔径光阑的光功率的几何期望值(i1)与实际值功率(i2)不一致，其比值称为衍射修正系数(d＝i1/i2)，是太阳辐照度绝对辐射计主要修正因子之一。目前，国内外大多数采用的是采用理论建模计算获得太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数，难以实验检测并验证计算结果有效性。
4.目前，在辐射计量领域，衍射效应难以实验测量。国内外研究机构已开展相关理论研究工作，根据基于sad结构建立太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应误差因子的理论计算方法。根据光阑设计参数，通过理论模型计算获得不同结构的光阑衍射修正因子通常为 0.1％-0.3％，有些甚至到达0.5％。由于缺乏孔径光阑衍射效应实验测量手段，无法评估光阑衍射理论修正结果的不确定度，从而检验理论计算方法可信度。
5.因此，现有技术需要进一步改进。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：通过光学手段测量衍射光强，从而获得实际的太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数的检测装置，所述检测装置包括：
9.太阳模拟光源，孔径光阑，透镜，挡光盘和光强检测仪；所述太阳模拟光源照明所述孔径光阑形成散射角度为α的几何光和衍射角为θ衍射光；所述透镜的焦距为f，所述孔径光阑位于所述透镜的物方一侧相距所述透镜2f位置，所述光强检测仪位于所述透镜的像方一侧的大于相距所述透镜2f位置；所述挡光盘可选择的位于所述透镜的像方一侧相距所述透镜f位置，用于将所述几何光通过所述透镜形成几何期望光反射出主光路。
10.优选的，所述挡光盘的直径为αf。
11.优选的，所述挡光盘的直径为大于αf而小于θf。
12.优选的，所述光强检测仪为相机。
13.另一方面，本发明还提出了一种太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数的检测方法，采用所述的检测装置。
14.优选的，所述检测方法包括以下步骤：
15.s1：通过所述光强检测仪测量获取通过所述孔径光阑的包含所述几何光和所述衍射光的总光强(i2)；
16.s2：皆由所述挡光盘将所述几何光通过所述透镜形成几何期望光反射出主光路，通过所述光强检测仪测量获取通过所述孔径光阑的所述衍射光的光强(i3)；
17.s3：计算所述几何光的光强(i1)：i1＝i
2-i3；
18.s4：计算所述衍射效应修正系数(d)：d＝i1/i2。
19.优选的，在步骤s1中，所述几何光和所述衍射光通过所述透镜在所述透镜的像方一侧的2f处汇聚成成像光斑，所述成像光斑位于所述光强检测仪的视场范围内。
20.优选的，在步骤s2中，所述衍射光通过所述透镜在所述透镜的像方一侧的2f处形成所述衍射光的等大倒像。
21.本发明基于夫朗禾费远场衍射原理，利用暗场成像技术，通过光学手段测量衍射光强，获得实际的太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数。通过实验检测手段获得衍射效应修正系数，验证理论模型准确性，提升太阳辐照度绝对辐射计的绝对测量精度。
附图说明
22.图1是本发明的一种太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数的检测装置，其中使出了孔径光阑衍射效应测量物像关系；
23.图2是在图1所示的检测装置中示出使用相机测量衍射光和几何光的总强度；
24.图3是在图1所示的检测装置中示出使用相机测量衍射光强度。
25.其中，附图标记包括：。
26.太阳模拟光源1、孔径光阑2、衍射光3、几何光4、透镜5、光强测试仪6、挡光盘7。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
28.请参阅图1所示，本发明提供了一种太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数的检测装置10，检测装置包括：太阳模拟光源1，孔径光阑2，透镜5，挡光盘7和光强检测仪6。
29.在一个具体的实施方式中，太阳模拟光源1照明孔径光阑2，从而从孔径光阑2形成散射角度为α的几何光4和衍射角为θ衍射光3。透镜5的焦距为f，孔径光阑2位于透镜5的物方一侧相距透镜2f位置，光强检测仪6位于透镜5的像方一侧的大于相距透镜5两倍焦距(2f)的位置；挡光盘7可选择的位于透镜5的像方一侧相距透镜5一倍焦距(f) 的位置，用于将几何光通过透镜形成几何期望光反射出主光路。
30.在一个具体的实施方式中，在透镜5的像方1f处，通过孔径光阑2 按照直线传播的几何光4成像为直径αf的第一圆形光斑，孔径光阑2的衍射光3成像为直径大于αf的第二圆形光斑。在透镜5的像方2f处，几何光4和衍射光3成像为与孔径光阑2等大的倒像，其中具体
的物像关系如图1所示。
31.在一个优选的实施方式中，挡光盘7为挡光圆盘，挡光圆盘的直径为αf。
32.在另一个优选的实施方式中，挡光盘7为挡光圆盘，挡光圆盘的直径为大于αf而小于θf，这样设置，挡光圆盘用于将几何光4通过透镜5 形成几何期望光反射出主光路，但不影响衍射光3。
33.在一个具体的实施方式中，光强检测仪为相机。
34.通过本发明提供的检测装置，通过设置挡光板实现几何光与衍射光的分离及检测，从而获得太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数，提升太阳辐照度绝对辐射计的绝对测量精度。
35.本发明还提出了一种太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数的检测方法，检测方法包括以下步骤：
36.s1：通过光强检测仪测量获取通过所述孔径光阑的包含所述几何光和所述衍射光的总光强(i2)；
37.s2：皆由挡光盘将所述几何光通过透镜形成几何期望光反射出主光路，通过光强检测仪测量获取通过孔径光阑的衍射光的光强(i3)；
38.s3：计算几何光的光强(i1)：i1＝i
2-i3；
39.s4：计算衍射效应修正系数(d)：d＝i1/i2。
40.请一并参阅图2和图3所示，孔径光阑2放置在透镜5(焦距f) 的物方两倍焦距(2f)位置。
41.下面，将进一步描述步骤s1。
42.用太阳模拟光源1(散射角度α)照明孔径光阑2。在透镜5的像方1f处，通过孔径光阑2按照直线传播的几何光4成像为直径αf的圆形光斑，孔径光阑2的衍射光3成像为直径大于αf的圆形光斑。在透镜5的像方2f处，几何光4和衍射光3成像为与孔径光阑2等大的倒像。物像关系请参阅图1所示。
43.请参阅图2，具体的，将相机6固定在像方大于2f的位置，并确保成像光斑在相机6视场范围内。使用相机6测量通过孔径光阑2的包含几何光4和衍射光3的总光强(i2)。
44.下面，将进一步描述步骤s2。
45.请参阅图3，具体的，将直径为αf的挡光板7放置在透镜5的像方1f位置，而在透镜5的像方1f处，通过孔径光阑2按照直线传播的几何光4成像为直径αf的圆形光斑，此时，皆由挡光板7将几何期望光反射出主光路，而在透镜5的像方2f位置将成衍射光的等大倒像，使用相机6测量衍射光强(i3)。
46.下面，将进一步描述步骤s3和s4。
47.计算几何光强(i1)，如下式所示：
48.i1＝i
2-i349.进一步的，计算衍射修正系数(d)，如下式所示：
50.d＝i1/i251.由此，通过本发明提供的检测装置和方法，可以计算出太阳辐照度绝对辐射计光阑衍射效应的衍射修正系数。
52.本发明提供的一种太阳辐照度绝对辐射计光阑衍射效应的检测装置和方法是基
于夫朗禾费远场衍射和暗场成像原理，通过挡光板实现几何光与衍射光的分离及检测，从而获得太阳辐照度绝对辐射计的衍射效应修正系数。运用实验检测手段获得衍射效应修正系数，从而验证理论模型准确性，提升太阳辐照度绝对辐射计的绝对测量精度。而通过仿真，也进一步表明本发明提供的检测装置和方法具有实际应用前景。
53.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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.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。
55.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。