[發明專利]高分辨率流星光譜觀測儀

有效

• 申請號: 202110386731.4
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113091905B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 楊思朋;武志;陳文志
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，該觀測儀包括用于流星光譜圖像采集的室外觀測設備和用于所述室外觀測設備控制及流星光譜數據記錄的室內采集控制主機；

所述室外觀測設備包括成像器件CCD、成像鏡頭、平面透射光柵、加熱絲、電源模塊、時控繼電器、數據發送器和玻璃球罩；

所述玻璃球罩設置于所述室外觀測設備的頂部開口處，所述玻璃球罩下方設置有平面透射光柵，所述平面透射光柵下方設置有成像鏡頭和成像器件CCD，所述成像鏡頭和成像器件CCD透過所述平面透射光柵和所述玻璃球罩進行流星光譜觀測；

所述加熱絲設置于所述玻璃球罩的下邊沿，用于通過加熱防止所述玻璃球罩凝結水汽；

所述電源模塊在所述時控繼電器的控制下進行所述室外觀測設備中各模塊的供電；

所述時控繼電器用于根據所述室外觀測設備架設地的經緯度獲取觀測日對應的日落時間和日出時間，控制所述電源模塊在達到日落時間時進行供電，在達到日出時間時停止供電。

2.根據權利要求1所述的高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，所述流星光譜，其線分辨率由成像鏡頭焦距、平面透射光柵和成像器件CCD的參數決定；

所述線分辨率disp₀的公式表示為：

其中，γ是光線入射角，β是衍射角，m是光譜級次，G是光柵刻線數，f是成像鏡頭的焦距，P是像元尺寸。

3.根據權利要求1所述的高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，所述流星光譜成像畫面中波長值和像素位置的關系為：

步驟S10，將單位矢量入射光記作(A,B,C)，將通過所述平面透射光柵后的單位矢量的衍射光記作(A′,B′,C′)，所述衍射光(A′,B′,C′)通過所述成像鏡頭后在所述成像器件CCD的焦平面成像點記作P點，P點在所述焦平面的坐標記作(x,y)，P點的極坐標記作(r,φ)，所述衍射光(A′,B′,C′)與所述成像鏡頭的光軸中心的夾角記作ρ；

步驟S20，單位矢量入射光(A,B,C)與衍射光(A′,B′,C′)之間的關系為：

A′＝A+mλG

B′＝B

其中，λ是入射光波長，m是光譜級次，G是光柵刻線數；

P點的極坐標(r,φ)與焦平面坐標(x,y)以及夾角ρ之間的關系為：

r＝fg(ρ)

x＝fg(ρ)cosφ

y＝fg(ρ)sinφ

其中，f是成像鏡頭的焦距，g(·)為成像函數；

步驟S30，綜合所述入射光與衍射光的關系以及P點的極坐標與焦平面坐標、夾角的關系，獲得實際成像點的像素位置與波長值的關系表達式：

其中，disp₀代表流星光譜的線分辨率；x₀為光軸中心的x坐標值，y₀為光軸中心的y坐標值，λ₀為x₀處的波長值；c_pf＝(p/f)²，p是待求常數，x是光譜點的像素位置。

4.根據權利要求3所述的高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，所述流星光譜成像畫面中波長值和像素位置的關系利用光譜點波長值已知的校準光源確定。

5.根據權利要求4所述的高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，所述校準光源為Hg-Ar鹵素燈光源。

6.根據權利要求3所述的高分辨率流星光譜觀測儀，其特征在于，所述波長值和像素位置的關系中參數(x₀,λ₀,disp₀,c_pf)，其獲取方法為：

步驟A10，通過校準光源Hg-Ar鹵素燈光源進行拍攝成像，獲得所述校準光源Hg-Ar鹵素燈光源的波長值和像素位置；

步驟A20，將所述校準光源Hg-Ar鹵素燈光源的波長值和像素位置代入所述流星光譜成像畫面中波長值和像素位置的表達式進行擬合，獲得參數(x₀,λ₀,disp₀,c_pf)。