[發(fā)明專利]用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)及其內(nèi)部直連式熱結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610675500.4
• 申請(qǐng)日: 2016-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN106323463B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱;葉新;唐瀟;方偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01J1/42
• 分類號(hào): G01J1/42
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)22210
• 代理人: 朱紅玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感器在軌光輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)及其內(nèi)部直連式熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，地球上的能源除了地?zé)帷⒑四堋⒒鹕奖l(fā)等之外都直接或間接地來自太陽輻射。太陽輻射的微小變化也將導(dǎo)致全球范圍能量循環(huán)過程的變動(dòng)，引起地球環(huán)境和氣候的變化。因此對(duì)太陽輻照度進(jìn)行長期的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)對(duì)整個(gè)人類乃至自然界都具有極其重要的作用。當(dāng)前，隨著太陽輻照度學(xué)研究的不斷深入以及空間光譜遙感的發(fā)展，人們對(duì)于太陽總輻照度測(cè)量數(shù)據(jù)精度的要求越來越高。從上世紀(jì)80年代開始，英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)等提出發(fā)展低溫太陽絕對(duì)輻射計(jì)，從而建立光輻射絕對(duì)定標(biāo)測(cè)量的新基準(zhǔn)。低溫輻射計(jì)的測(cè)量精度從0.1％～1％提高到0.01％，其中熱沉溫度的精準(zhǔn)控制是制約低溫輻射計(jì)精度提高的難點(diǎn)所在。

現(xiàn)有的研究一般采用型號(hào)為SS304的不銹鋼材料連接低溫平臺(tái)和熱沉，熱沉被附上鍺電阻溫度傳感器和電加熱絲，使用鍺電阻溫度傳感器對(duì)熱沉的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采取，通過調(diào)節(jié)電加熱絲的功率施加大小實(shí)現(xiàn)對(duì)熱沉的溫度控制。然而，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使低溫平臺(tái)和熱沉直接相連，低溫平臺(tái)接受制冷功率后的溫度抖動(dòng)將直接傳遞到熱沉。即使通過電加熱絲對(duì)熱沉的溫度進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，熱沉的溫度的穩(wěn)定性仍然達(dá)不到低溫輻射計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的要求。

因此，為滿足對(duì)地球氣候觀測(cè)的研究需求，提高絕對(duì)輻射計(jì)在軌測(cè)量精度以及測(cè)量數(shù)據(jù)向世界輻射標(biāo)準(zhǔn)溯源。采用新的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)低溫輻射計(jì)的熱沉溫度控制進(jìn)行優(yōu)化是現(xiàn)階段光輻射測(cè)量的新思路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有輻射計(jì)的熱結(jié)構(gòu)中低溫平臺(tái)和熱沉直接相連，導(dǎo)致熱沉的溫度的穩(wěn)定性達(dá)不到低溫輻射計(jì)的測(cè)量要求的問題，提供一種用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)及其內(nèi)部直連式熱結(jié)構(gòu)。

用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)，包括布魯斯特窗、77K輻冷屏、鋁制外殼、輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)和制冷機(jī)；所述鋁制外殼用于封裝低溫輻射計(jì)，制冷機(jī)用于對(duì)輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)制冷；所述77K輻冷屏用于封裝輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)，所述輻射計(jì)內(nèi)部熱包括：消雜光光闌、吸收腔、熱沉、控溫?zé)岢梁蜔徭溄樱凰鱿s光光闌設(shè)置在吸收腔的入口處，吸收腔在光輻射區(qū)域埋入了用于電加熱的加熱絲，所述熱沉與控溫?zé)岢疗叫性O(shè)置，吸收腔與熱沉垂直連接，所述吸收腔與熱沉之間、熱沉與控溫?zé)岢林g、控溫?zé)岢僚c低溫平臺(tái)之間設(shè)置熱鏈接；所述熱沉和控溫?zé)岢辽细接墟N電阻溫度傳感器以及用于調(diào)節(jié)溫度傳感器的電加熱絲。

用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)內(nèi)部直連式熱結(jié)構(gòu)，包括消雜光光闌、吸收腔、熱沉、控溫?zé)岢梁蜔徭溄樱凰鱿s光光闌設(shè)置在吸收腔的入口處，吸收腔在光輻射區(qū)域埋入了用于電加熱的加熱絲，吸收腔內(nèi)部涂有鏡面反射涂料；所述熱沉與控溫?zé)岢疗叫性O(shè)置，吸收腔與熱沉垂直連接，所述吸收腔與熱沉之間、熱沉與控溫?zé)岢林g、控溫?zé)岢僚c低溫平臺(tái)之間設(shè)置熱鏈接；所述熱沉和控溫?zé)岢辽细接墟N電阻溫度傳感器以及用于調(diào)節(jié)溫度傳感器的電加熱絲。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的直連式熱結(jié)構(gòu)熱沉溫度控制穩(wěn)定，低溫輻射計(jì)連續(xù)工作24h后熱沉溫度的穩(wěn)定性不小于1σ；低溫輻射計(jì)制冷效果明顯，且為二級(jí)制冷。第一級(jí)用鋁罩封裝輻射計(jì)的關(guān)鍵部位，液氮制冷使整個(gè)輻射計(jì)穩(wěn)定在77K左右。第二級(jí)制冷為機(jī)械制冷，使輻射計(jì)的熱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定在20K左右；吸收腔、熱沉和控溫?zé)岢链怪毕噙B，簡(jiǎn)化了熱量交換的傳遞通道，提高了傳熱效率，吸收腔光輻射測(cè)量的時(shí)間常數(shù)穩(wěn)定在33S左右，滿足低溫輻射計(jì)的實(shí)驗(yàn)要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中低溫輻射計(jì)的的內(nèi)部直連式熱結(jié)構(gòu)的放大示意圖。

圖中：1、消雜光光闌，2、吸收腔，3、熱沉，4、控溫?zé)岢粒?、熱鏈接，6、布魯斯特窗，7、77K輻冷屏外屏，8、77K輻冷屏內(nèi)屏，9、鋁制外殼，10、制冷機(jī)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，用于太陽輻照度定標(biāo)的低溫輻射計(jì)，包括布魯斯特窗6、77K輻冷屏、鋁制外殼9、輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)以及制冷機(jī)10；所述鋁制外殼9用于封裝低溫輻射計(jì)，制冷機(jī)10用于對(duì)輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)制冷，起到第二級(jí)制冷作用；所述輻射計(jì)內(nèi)部熱結(jié)構(gòu)包括：消雜光光闌1、吸收腔2、熱沉3、控溫?zé)岢?以及熱鏈接5；該結(jié)構(gòu)被封裝在制冷至77K的低溫輻射計(jì)輻冷屏內(nèi)。