绝对辐射计参数测量的实现

　　0　引言

　　绝对辐射计是一种辐射计量仪器,可用于地面气象站的辐照度监测,也可作为卫星的有效载荷进行辐照度的精确测量,还可用于实验室中激光和光辐射的绝对测量。

　　长春光机所研制的绝对辐射计系列SIARs[1]在2000年和2005年参加了第九、十届国际日射强度计比对(IPC-IV、IPV-X)[2],并在2002年将SIAR-2a和SIAR-2b在世界辐射中心同世界标准组(WSG)辐射计一起安装在太阳跟踪架上,进行了长期太阳辐照度例行观测实验,并同世界辐射基准的辐照度标度进行比对[3]。并作为航天器上的有效载荷在空间进行太阳辐照度监测[4-6]。。

　　为了提高绝对辐射测量的性能与精度,对系统的改进和更新工作一直没有间断[7-8],研制了新型的双锥互补偿型探测器。但一直以来,电子学系统一直在沿用以单片机80C31为微处理器,可编程并行口AD8255扩展IO口的技术,系统硬件结构复杂。随着80C31逐步退出市场,为了满足技术更新的需要,采用DSP2812等新高速器件对硬件系统进行了重新设计,新设计的电子学系统的性能参数直接影响到绝对辐射计的测量性能。

　　本文用新电子学系统,在绝对辐射计自测试过程中,通过加热丝加低功率和高功率两个阶段的测试,通过计算分析得到了系统的时间常数τ、通道响应度Rs、噪声ΔN、最小可探测辐照度I和测量灵敏度S。通过各参数与原系统进行比较,结果表明新的系统能满足辐射计量的要求。

　　1　测量原理

　　绝对辐射计工作原理是以入射光和电功率加热交替定标的方式来测量光辐照度的绝对量值。探测器的接收腔上埋藏电加热丝,快门开时,接收腔接收入射的光辐射Po(观测阶段),经一段时间接收腔升温到最大值,接收腔与热沉达到热平衡,记录温度传感器(热电偶)输出数值。然后关闭快门(电定标阶段),调整在接收腔的电加热丝上所加电功率,再经与观测阶段相同的时间,使接收腔与热沉达到热平衡,接收腔的温度平衡在同观测阶段的温度最高值相同的温度,则(电定标阶段)电加热丝上所加电功率Pe就等于(观测阶段)入射的光辐射功率Po。

　　探测器结构如图1所示。光栏面积A=0·49352 cm2,加热丝电阻R=852·42Ω,两者都为固定值,可预先测定。接收腔和参考腔在质量、结构上精确对称,但接收腔的热电偶与参考腔的热电偶反向连接,当热沉有温度漂移时接收腔的热电偶输出变化与参考腔的热电偶输出变化相互抵消,降低热沉温度漂移对用绝对辐射计光辐照度测量结果的影响。

　　用于测量探测器性能参数的测量系统的硬件结构如图2所示。