[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510783973.1
• 申請(qǐng)日: 2015-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105424175A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周紅敏;王錦地;張華彪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01J1/00
• 分類(lèi)號(hào): G01J1/00;G01J1/02
• 代理公司: 北京馳納智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 蔣路帆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地理遙感實(shí)驗(yàn)中光輻射觀測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光合有效輻射和窄波段輻射測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

在定量遙感研究中經(jīng)常要測(cè)量地表的輻射能量，特別是光合有效輻射和地表輻射。通常情況下，這兩個(gè)分量是分開(kāi)測(cè)量的，且使用的目的也各不相同：光合有效輻射測(cè)量一般用于估算植被光合有效輻射吸收比、葉面積指數(shù)等參數(shù)；而地表輻射主要是指太陽(yáng)下行輻射和地表的反射輻射，是研究地表能量平衡的關(guān)鍵要素之一。實(shí)際上這兩個(gè)量之間有一定的關(guān)聯(lián)，比如光合有效輻射的有效波段范圍是400-700nm，利用光合有效輻射計(jì)可以得到可見(jiàn)光波段的地表輻射。如果把兩者的觀測(cè)結(jié)合起來(lái)，可以有效提高觀測(cè)效率、豐富觀測(cè)參數(shù)。

現(xiàn)有光合有效輻射計(jì)主要有兩種，一種是單個(gè)的光合有效輻射傳感器，比如美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-190光量子傳感器以及國(guó)內(nèi)外與之類(lèi)似的產(chǎn)品。還例如中國(guó)專(zhuān)利CN103557934A公開(kāi)了一種作物冠層內(nèi)光分布測(cè)量裝置，其特征在于，包括傳感器模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；所述傳感器模塊包括光合有效輻射傳感器和磁傳感器，所述光合有效輻射傳感器用于測(cè)量植物冠層內(nèi)待測(cè)點(diǎn)的光合有效輻射信息，所述磁傳感器用于測(cè)量所述待測(cè)點(diǎn)的位置信息；所述數(shù)據(jù)采集模塊，與所述傳感器模塊相連，用于獲取所述傳感器模塊測(cè)量得到的光合有效輻射信息以及位置信息，并將所述獲取的光合有效輻射信息以及位置信息進(jìn)行存儲(chǔ)。該技術(shù)方案?jìng)鞲衅髂K包括用于采集光合有效輻射信息的光合有效輻射傳感器和用于采集位置信息的磁傳感器，從而能夠?qū)ψ魑锕趯觾?nèi)待測(cè)點(diǎn)的光合有效輻射信息與位置信息進(jìn)行同步測(cè)量，為人們對(duì)作物冠層光分布的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)更為精確的尺度提供了有效手段。但是它的特點(diǎn)是只有一個(gè)傳感器模塊，安裝平臺(tái)可選，但需要專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

另一種是多傳感器組成的線陣探頭，比如在國(guó)內(nèi)被廣泛使用的AccuPAR植物冠層分析儀，它的探桿上包括80個(gè)獨(dú)立的傳感器，可以測(cè)量整個(gè)輻射場(chǎng)的光合有效輻射強(qiáng)度平均值，自帶數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，但由于探桿較長(zhǎng)，一般不易搭載在高空平臺(tái)。

例如中國(guó)專(zhuān)利CN103278242A公開(kāi)了一種光輻射場(chǎng)均勻性測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括有成像系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中：所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使得所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)；所述成像系統(tǒng)安裝于所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，用于對(duì)待測(cè)光輻射場(chǎng)進(jìn)行成像，并將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。該技術(shù)方案通過(guò)旋轉(zhuǎn)相機(jī)的方式，使得各個(gè)像素的光譜響應(yīng)函數(shù)可以隨時(shí)修正，從而保證所述光輻射場(chǎng)均勻性測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

目前流行的地表輻射測(cè)量?jī)x主要是日射輻射計(jì)，但是上述技術(shù)方案中的波段范圍一般覆蓋整個(gè)短波波段范圍(300-2800nm左右)，尚沒(méi)有針對(duì)模型模擬等特殊應(yīng)用的商用窄波段輻射計(jì)。另外，雖然現(xiàn)有的輻射計(jì)都適用于野外長(zhǎng)期觀測(cè)，但需要單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集和供電系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)移動(dòng)觀測(cè)的時(shí)候，整套系統(tǒng)就變得非常累贅。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的尚沒(méi)有針對(duì)模型模擬等特殊應(yīng)用的商用窄波段輻射計(jì)，且無(wú)法進(jìn)行多點(diǎn)移動(dòng)觀測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測(cè)裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測(cè)裝置，其特征在于：所述觀測(cè)裝置包括主控模塊、多波段傳感器模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、顯示模塊和串口數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述主控模塊通過(guò)兩路I²C總線連接多波段傳感器模塊；所述電源模塊包括鋰電池，且該鋰電池上設(shè)有充電芯片；所述主控模塊通過(guò)I²C總線接口連接時(shí)鐘模塊，該時(shí)鐘模塊由鋰電池持續(xù)供電；所述主控模塊通過(guò)4線SPI通信方式連接存儲(chǔ)模塊；所述主控模塊通過(guò)4線SPI通信方式連接顯示模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

在此基礎(chǔ)上，所述主控模塊選擇基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32F103RBT6單片機(jī)。

在此基礎(chǔ)上，所述多波段傳感器模塊由五組光強(qiáng)傳感器、包括有5個(gè)濾光片的濾光片組、余弦矯正器組成，所述五組光強(qiáng)傳感器依次分別焊接在電路板上，所述每個(gè)濾光片對(duì)應(yīng)安裝在每個(gè)傳感器上面，所述余弦矯正器安裝在濾光片上面。

在此基礎(chǔ)上，所述光強(qiáng)傳感器是TLS2561光強(qiáng)傳感器，該光強(qiáng)傳感器內(nèi)部連接有光敏二極管，實(shí)現(xiàn)提供20位動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的光強(qiáng)響應(yīng)能力。