全天候气象专用B波段紫外辐照计的研制

　　1　引　言

　　地表近紫外辐射的强度对动植物的生长及人类生存环境都有着重要的影响,例如它可以晒黑皮肤、改变植物的光合作用、增加污染大气的光化学烟雾的生成等,据统计,人们患皮肤癌的发病率与地表近紫外辐射强度成正比。另外,到达地表的近紫外辐射强度与大气中的臭氧含量直接相关,而臭氧含量的变化与人类生活有密切关系,因此近紫外辐射的测量日益受到人们关注,已成为气象科学研究的重要部分[1~4]。

　　2003年,在参照太阳辐射能的测量与标准[5,6]、并考察了国内已有紫外辐射测量仪器的基础上,研制出OUV-B型全天候B波段紫外辐照计。经中国气象科学研究院组织的专家组对仪器进行的实验室测试及室外测试证明:该辐照计样机的性能在总体上已经达到国内领先水平,可以应用到紫外线监测工作中。

　　2　仪器的结构与主要技术措施

　　辐射计由探头和信号处理与显示单元组成,为了适应自动监测的需要,信号处理与显示单元有计算机接口可与计算机相联,并备有专用软件来对整个探测过程进行监测。

　　2.1　探头设计

　　从图1可以看到辐照计探头及其主要组成部分。如果设计一台普通紫外辐照计探头,只需考虑其光谱响应特性、余弦特性、线性、示值误差等参数即可。但是要实现全天候观测,在普通紫外辐照计的基础上至少还要解决探头防水及防潮、探头恒温、长时间测量并纪录等问题。下面分别介绍本辐射计探头各主要技术环节的实施方法。

　　2.1.1　探头的光谱响应特性

　　按照气象用紫外B波段辐照计的规范,探头光谱响应的峰值波长为297 nm,峰值半宽为30 nm,带外杂光小于2%(对日光型光源)。带外杂光处理是个难点。由于硅探测器件对可见光响应更灵敏,而且此处的工作波段只是硅探测器响应波段的很小一部分,如果对工作波段以外部分截止不够好,就可能保留有较强的带外杂光。OUV-B型紫外辐照计探头采用高灵敏度紫敏光电池,并根据电池的光谱响应专门配以复合滤光片,使其符合上述规范。

　　2.1.2　探头的防水及防潮性能

　　由于全天候探头要适于在阴雨、潮湿环境中工作,这就要求整个探头要防水、防潮和防雷电。所以必须保证探头的密封性,还要保证探头表面不会因为潮湿而生锈,为此选用不锈钢做探头外壳,每一个连接部位都采用了O形圈或硅胶。为了防止残留及渗透微量湿气对滤光片及探测器的影响,探头内部加装可拆装的硅胶棒,而且可通过棒端观察硅胶的受潮状态以便及时更换。将探头外壳可靠接到大地,以防止受雷电袭击。通过实际在阴雨天气条件下使用证明探头的防水及防潮性能很好。