[發明專利]一種晝氣輝溫度光度計及其探測氣輝光譜強度和溫度的方法

有效

• 申請號: 201310211299.0
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103292902A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 郜海陽;卜令兵;黃興友;王震;胡鵬宇;呂青璞
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01K11/00
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本發明涉及一種晝氣輝溫度光度計，以及其探測氣輝光譜強度和溫度的方法，屬高層大氣探測技術領域。

背景技術:

利用全天時自然發光的氣輝作為光源來被動遙感探測大氣特性（溫度、風速、發光強度、微量粒子密度和豐度）是研究高層大氣物理學的主要手段。

對于夜氣輝的發光強度及溫度的探測較為成熟。通常采用轉動譜線測溫法，它借助由窄帶干涉濾光片及光電倍增管或CCD(Charge?Coupled?Device)組成的光度計來實現，溫度的探測精度達1K，同時能獲取發光成分的體發射率信息及動力學特征。具有代表性的儀器有加拿大York大學的R.H.Wiens等人1989年研制的MORTI（Mesopause?Oxygen?Rotational?Temperature?Imager），以及1997年對該儀器進行改進后的SATI（Spectral?Airglow?Temperature?Imager）。日本K.Shiokawa等人2007年研制了具備12個通道及更高探測靈敏度的同類儀器。中國中科院空間科學與應用研究中心也于1996年成功地研制了一臺傾斜濾光片光度計探測曙暮氣輝和夜氣輝。

對于晝氣輝的發光強度及溫度的探測尚有一定的局限性。由于白天日光的強度比氣輝發射強度大出幾個量級，如果儀器不夠靈敏，則晝氣輝的信號就被淹沒在日光中。目前，國際上通常借助高分辨率的光譜儀器，對日光及晴空分別進行拍攝，從兩次拍攝的對比結果中提取晝氣輝的發光信息。具有代表性的儀器有印度的Narayanan等人利用一個FP標準具（Fabry–Perot?etalon）耦合一個新型的掩光系統同時獲取日光和晴空光譜信息，從而反演出晝氣輝的發光強度信息。美國的Pallamraju等人于2002年和2012年分別研制了單通道的地基高分辨率成像光譜儀（HIRISE:a?ground-based?high-resolution?imaging?spectrograph?using?echelle?grating）以及多通道成像光譜儀（MISE:a?multiwavelength?imaging?spectrograph?using?echelle?grating），均利用了一塊階梯光柵對目標光源進行衍射分光，獲取精細的光譜信息來反演晝氣輝的發光強度信息。國內對于晝氣輝的探測尚處于起步階段。

因此，雖然夜氣輝探測儀器能夠同時探測氣輝的發光強度和溫度，但由于較低的光譜分辨能力，不能夠用于晝氣輝的探測；而晝氣輝探測儀器盡管具備很高的光譜分辨能力，但不能夠探測氣輝的溫度這一重要的參數。

發明內容：

本發明的目的是提供一種晝氣輝溫度光度計，將階梯光柵和窄帶干涉濾光片有機結合作為核心器件，利用高分辨率光譜法和轉動譜線測溫法對高層大氣中晝氣輝的發光強度及溫度進行同時探測。

本發明的另一目的是利用上述的晝氣輝溫度光度計，探測高層大氣晝氣輝的光譜強度和溫度的方法，顯著提高儀器效率。

本發明的技術解決方案如下：

一種晝氣輝溫度光度計，包括依次設置的四個部分：導光系統、望遠系統、分光系統、成像系統和外殼，其中，導光系統由指向鏡1和精密旋轉平臺2組成，指向鏡1被固定在精密旋轉平臺2上；望遠系統依次由光學窗口3、望遠鏡頭4和可調節機械狹縫5組成；分光系統依次由平面反射鏡A6、凹面反射鏡A7、窄帶干涉濾光片8、微角度步進電機9和階梯光柵10構成，其中平面反射鏡A6與凹面反射鏡A7相對放置，同時階梯光柵10與凹面反射鏡A7也相對放置；窄帶干涉濾光片8與微角度步進電機9組成濾光單元固定在凹面反射鏡A7與階梯光柵10之間；成像系統由凹面反射鏡B11、平面反射鏡B12和面陣CCD探測器13組成，凹面反射鏡B11與階梯光柵10相對放置，凹面反射鏡B11和平面反射鏡B12也相對放置，平面反射鏡B12與面陣CCD探測器13相對且等高放置。

該晝氣輝溫度光度計還設有外殼14，以上四個部分被固定在外殼14中。

從所述可調節機械狹縫5到凹面反射鏡A7反射點的距離與從階梯光柵10中心點到凹面反射鏡A7反射點的距離相等，均為凹面反射鏡A7的焦距；從凹面反射鏡B11反射點到階梯光柵10中心點的距離與從凹面反射鏡B11反射點到面陣CCD探測器13的距離相等，均為凹面反射鏡B11的焦距。

階梯光柵10的入射角為60°～70°。

窄帶干涉濾光片8安裝微角度步進電機9輸出軸上；窄帶干涉濾光片8半高寬在0.2～0.8nm之間，有效通光孔徑為48mm，最大微旋轉角度為15°。