便携式自动太阳辐射计

    1 引言

    太阳辐射计是用来测量太阳直接辐射的光谱特性的仪器，可用于同时测量不同波长的太阳直接辐射和天空散射辐射。从直接辐射测量可得到各个波长的大气光学厚度，由它可计算出大气浑浊度。测量太阳直接辐射和天空光角散射特性的光谱特性可以较好地了解大气中气溶胶粒子的平均尺寸谱。从而可以计算出大气中水汽、臭氧以及氮氧化物等污染气体分子在整个大气层中的总含量，反演出气溶胶粒子谱和光学特性等参数。因此它是大气光学、气象研究和空气污染监测的一种很好的仪器。从70年代末起，美国、意大利、日本等国开始研制新一代的太阳辐射计，日本、加拿大、法国的一些公司也有类似产品。国内许多大学和科研单位在太阳辐射的测量和实验设备研究上已有较长历史，近年来大气物理研究所、中国气象局卫星地面中心等单位从日本、法国引进过此类产品，发挥了应有的作用.但是作为一台专用的自动化仪器出现，是1989年中国科学院安徽光机所研制成的国内第一台具有自动跟踪和分光功能的太阳辐射计[l]，并陆续提供给儿家有关单位试用。多年实践证明，该仪器在大气光学测量方面发挥了重要作用民3，习。它由跟踪台、步进电机电源箱、微机控制系统组成;控制系统由台式计算机、专用AD卡、信号处理接口组成，AD卡和信号处理接口插在微机扩展槽内。计算机实现包括温度的读取及控制、太阳的跟踪、滤光片的定位和调整、数据的采集、处理、保存等，计算机和其它部分合为一体，不可分离。因此测量时包括微机在内的整套仪器必须全部暴露于室外，恶劣环境对微机和操作人员极为不利(尤其在炎热的夏季)，严重时甚至出现键盘变形、机器不工作等情况。另外整台仪器体积庞大，重量较重，不便运输和野外作业。

    为了克服以上缺点，对仪器进行了改进。改进的目的是把控制部分从计算机中分离出来，由计算机直接控制改为用单片机控制系统实现自动控制功能(自动控温、自动跟踪、数据采集、通讯等)，通过串行口计算机就能完成对单片机控制系统发布命令，命令的执行由单片机系统来完成并回传参数给计算机.由于串行通讯的通讯电缆可以较长，因此计算机和单片机控制部分可以分离，计算机可放置于室内，保护了计算机.由于计算机唯一使用的硬件资源是串行口，因此可使用携带方便的笔记本机代替笨重的台式计算机，单片机控制系统和步进电机驱动电源可以尽量小型化，跟踪台也设计得比原来小三分之一，因此整台仪器更小型化，便于野外实验，成本也大大降低。

    2 仪器组成及控制系统