[發(fā)明專利]一種基于電荷耦合器件的太陽能光譜輻射測量儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910023123.6
• 申請日: 2009-07-07
• 公開（公告）號: CN101943603A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋守良
• 申請（專利權(quán)）人: 韋守良
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)，具體涉及太陽能系統(tǒng)中太陽光譜輻射測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

任何物質(zhì)都會發(fā)射或者反射出光譜，光譜儀器是光學(xué)儀器的重要組成部分。它是已過用光學(xué)原理，對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析，測量和處理的基本設(shè)備。自從1859年Kirchhoff和Bunsen制成世界上第一臺結(jié)構(gòu)完整的光譜儀器以來，光譜儀器本身及其應(yīng)用也發(fā)展到相當(dāng)完善的程度。但是它的發(fā)展并不是沒有間斷的。

在20世紀(jì)60年代左右，從真空紫外到遠(yuǎn)紅外都已建立了完整的光譜定性、定量分析方法及整套光譜線譜、圖譜，并發(fā)展了與之相適應(yīng)的各波段光譜儀器，光譜技術(shù)和光譜儀器的發(fā)展似乎已經(jīng)停滯，在原理、設(shè)計(jì)、應(yīng)用方面似乎已經(jīng)滿足了當(dāng)時科技、產(chǎn)業(yè)的需求。隨著加世紀(jì)下半葉航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學(xué)等等領(lǐng)域突破性的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟及普及，激光、光纖、固態(tài)探測器等技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但對光譜分析、光譜檢測提出了更高分辨率、更高靈敏度等要求，而且為新型光譜儀器的發(fā)展提供了原理上、工藝上的有利條件。因此在20世紀(jì)后期光譜技術(shù)和光譜儀器獲得了突破性進(jìn)展，基于光散射原理的激光散射光譜儀、基于干涉調(diào)頻調(diào)幅的傅立葉變換光譜儀、基于非線性光學(xué)原理的各種激光光譜儀等等，都是60年代以來突破傳統(tǒng)光譜儀原理和結(jié)構(gòu)得到迅速發(fā)展的廣泛應(yīng)用的新穎光譜儀，已成為現(xiàn)代天文、化學(xué)、物理各研究領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域的有力工具。

在光譜儀核心元件分光器件的發(fā)展歷程中，經(jīng)歷了色散棱鏡到衍射光柵到采用干涉調(diào)制元件和信息變換技術(shù)的演化。近年來聲光調(diào)諧器件AOTF的技術(shù)和應(yīng)用也有了很大發(fā)展，沒有機(jī)械活動件、全固態(tài)、電子調(diào)諧、結(jié)構(gòu)小而牢固、可承受震動沖擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其具有明顯的技術(shù)和應(yīng)用競爭力。

在光譜輻射測量儀的發(fā)展歷程中，從傳統(tǒng)的肉眼、感光板、光電池到光電倍增管、熱電偶、熱釋電器件，已發(fā)展到全固態(tài)的光電、熱電探測器，如電荷耦合器件、光電二極管陣列(PDA)等等，不但提高了探測效率，而且可實(shí)現(xiàn)全光譜快速掃描。

電荷耦合器件民用歷史不長，直到上世紀(jì)九十年代，電荷耦合器件技術(shù)才從航天走向民用。由于電荷耦合器件器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能同時探測空間中分布的多點(diǎn)信號，如一幅圖像(面光源)，一排光信號，被稱為同時型或并行接收型探測器件。電荷耦合器件是一種以電荷量表示光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的新型器件，具有自動掃描、動態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、功耗低、壽命長及可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。電荷耦合器件現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于生活中，如數(shù)碼相機(jī)等，也正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)使其成為現(xiàn)代光譜儀器中探測器的最佳選擇。有了電荷耦合器件，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使光譜儀器測量有更快的速度和更高的靈敏度，實(shí)現(xiàn)多通道同時采集和計(jì)算機(jī)的實(shí)時處理，能夠非常簡便快捷地完成光譜測量任務(wù)。

通常用于光譜測量的光譜儀器大多為單通道掃描式，體積大，造價昂貴，雖然精度高，但是速度非常慢。在實(shí)時性和便攜性要求比較高的情況下，這種傳統(tǒng)的儀器顯得不適合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代光學(xué)儀器技術(shù)的快速發(fā)展和融合，本發(fā)明提出的一種基于電荷耦合器件的太陽能光譜輻射測量儀，具有體積小，成本低，速度快等特點(diǎn)，而且具有極強(qiáng)的便攜性；如果精度等要求可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用儀器的性能，則它的應(yīng)用前景和商業(yè)前景巨大；采用USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，保證了高速度數(shù)據(jù)傳輸，具有即插即用，總線供電等優(yōu)勢；采用線陣電荷耦合器件作為探測器件，可以實(shí)現(xiàn)多通道快速測量。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提出一種基于電荷耦合器件的太陽能光譜輻射測量儀，主要包括：包括三個大部分：光學(xué)部分；數(shù)據(jù)采集部分；數(shù)據(jù)處理部分，如附圖1所示，其中光源、光路系統(tǒng)和多色儀構(gòu)成光學(xué)部分；線陣電荷耦合器件及其驅(qū)動電路和A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)采集部分；單片機(jī)系統(tǒng)及其外圍設(shè)備構(gòu)成數(shù)據(jù)處理部分。如附圖2所示，其特征在于：太陽入射光經(jīng)過余弦校正器、濾色片、光闌、透鏡后，在多色儀入射狹縫上得到太陽光的象，然后經(jīng)過光柵分光后投射在電荷耦合器件陣列上，通過電荷耦合器件陣列實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并由A/D變換輸出數(shù)字量，交由單片機(jī)系統(tǒng)處理，再由計(jì)算機(jī)顯示光譜圖和計(jì)算結(jié)果。

太陽光入射光路中首先設(shè)置一個的余弦校正器，形成二次光源，避免入射輻射方向的變化引起電荷耦合器件對應(yīng)波長位置的變化。加在余弦校正器后的濾色片是為了消除紫外的二級光譜對可見光測量值的影響。