[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

本發明屬于流星光譜觀測領域，具體涉及了一種高分辨率流星光譜觀測儀及方法，旨在解決流星出現的位置和時間都具有隨機性且在大氣內運動速度快，無法使用現有光纖光譜儀和成像光譜儀進行流星光譜觀測的問題。本發明包括：室外觀測設備和室內采集控制主機。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、為各模塊供電的電源模塊、根據日落和日出時間啟動或停止觀測儀的時控繼電器、數據發送器和玻璃球罩；玻璃球罩設置于室外觀測設備的頂部開口處，下方設置有平面透射光柵、成像鏡頭和成像器件CCD，透過玻璃球罩進行流星光譜觀測；加熱絲設置于玻璃球罩下邊沿，通過加熱防止玻璃球罩凝結水汽。本發明實現了流星光譜的觀測和記錄。

技術領域

本發明屬于流星光譜觀測領域，具體涉及了一種高分辨率流星光譜觀測儀及方法。

背景技術

來源于彗星和小行星的殘骸、顆粒和星際空間中的塵埃(即流星體)被地球引力捕獲進入大氣后產生流星發光現象，極少數流星體到達地表成為隕石。流星體進入地球大氣后，與大氣分子劇烈摩擦、碰撞，從而蒸發、濺射、分裂燒蝕并電離背景大氣產生發光現象和形成高密度等離子體柱，顯著影響和改變地球空間環境物質成分和結構。利用流星等離子體對無線電波的散射和反射，國內外以無線電雷達為主要探測手段對流星體開展了大量科學研究。其優勢在于能全天候連續觀測，不受天氣影響。由于無線電觀測手段不能獲知流星體的物質成分信息，極大制約了對流星體及其對地球空間環境影響相關科學問題的研究，如太陽系演化過程、地球高空金屬離子層的形成。當前，研究獲知流星體物質成分主要通過尋找采集墜落地表的隕石，送入實驗室進行分析；或者進行深空探測，采集星際空間的塵埃顆粒。

由于隕石數量相對稀少，直接獲取地外物質代價昂貴，而目前對觀測物體進行光譜檢測、測量的主要設備有光纖光譜儀和成像光譜儀，分別對近距離物體和遠距離物體進行光譜測量。圖1為現有技術光纖光譜儀的工作原理示意圖：探頭采集物體表面的反射光，并通過光纖傳輸到入射狹縫；之后通過準直系統(準直鏡)和色散系統(反射光柵)，并由探測器(圖像傳感器：CCD或CMOS)記錄下該檢測點反射光的光譜信息。成像光譜儀主要結構與光纖光譜儀類似，由望遠成像系統和光譜成像系統組成。圖2為現有技術成像光譜儀的工作原理示意圖：望遠成像系統(望遠物鏡)將地面目標的一個條帶成像在光譜成像系統的入射狹縫上，而后經過準直系統，并被色散系統分光，然后按波長值成像在探測器的不同位置。從工作原理上可知，收集入射光并傳輸到狹縫是兩類光譜儀工作的第一步。由于狹縫的存在，使得光線進入光譜成像系統后的光路固定，分光后不同波長值的光在探測器對應的像元位置是固定的(圖1的CCD陣列檢測器，圖2的焦平面)，從而讀取探測器上各像元的灰度值即可知道各波長光的強度(光譜信息)。

從上述兩種光譜儀的系統結構看，光纖光譜儀適用于室內或近距離實物樣品的光譜檢測，必然不適用于流星這樣的遠距離物體測量。成像光譜儀是遙感探測領域的主要工具，可用于遠距離物體的光譜測量，也需要地面確定區域或固定目標。

總的來說，本領域還急需一種可進行地基流星光譜觀測和記錄，通過分析觀測到的流星光譜，獲知流星體的物質成分以及進行相應的譜線提取的高分辨率流星光譜觀測儀。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即流星出現的位置和時間都具有隨機性且在大氣內運動速度快，無法使用現有光纖光譜儀和成像光譜儀進行流星光譜觀測的問題，本發明提供了一種高分辨率流星光譜觀測儀，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；