用于太陽輻照度定標的低溫輻射計及其內部直連式熱結構，涉及遙感器在軌光輻射測量領域，解決現有輻射計的熱結構中低溫平臺和熱沉直接相連，導致熱沉的溫度的穩定性達不到低溫輻射計的測量要求的問題，包括布魯斯特窗、77K輻冷屏、鋁制外殼、輻射計內部熱結構和制冷機；輻射計內部熱結構結構具體包括：消雜光光闌、吸收腔、熱沉、控溫熱沉以及熱鏈接。實際光輻射測量實驗中，控溫熱沉被附上起溫度調節作用的電加熱絲，通過控制控溫熱沉的溫度來調節熱沉的溫度穩定。該結構提高了絕對輻射計的傳熱效率，降低了測量過程中的時間常數，且控溫熱沉的增加使熱沉的溫度穩定在1σ范圍內。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及遙感器在軌光輻射測量領域，具體涉及一種用于太陽輻照度定標的低溫輻射計及其內部直連式熱結構。
技術介紹
目前，地球上的能源除了地熱、核能、火山爆發等之外都直接或間接地來自太陽輻射。太陽輻射的微小變化也將導致全球范圍能量循環過程的變動，引起地球環境和氣候的變化。因此對太陽輻照度進行長期的穩定監測對整個人類乃至自然界都具有極其重要的作用。當前，隨著太陽輻照度學研究的不斷深入以及空間光譜遙感的發展，人們對于太陽總輻照度測量數據精度的要求越來越高。從上世紀80年代開始，英國國家物理實驗室(NPL)和美國國家標準技術研究所(NIST)等提出發展低溫太陽絕對輻射計，從而建立光輻射絕對定標測量的新基準。低溫輻射計的測量精度從0.1％～1％提高到0.01％，其中熱沉溫度的精準控制是制約低溫輻射計精度提高的難點所在。現有的研究一般采用型號為SS304的不銹鋼材料連接低溫平臺和熱沉，熱沉被附上鍺電阻溫度傳感器和電加熱絲，使用鍺電阻溫度傳感器對熱沉的溫度進行實時采取，通過調節電加熱絲的功率施加大小實現對熱沉的溫度控制。然而，該結構設計使低溫平臺和熱沉直接相連，低溫平臺接受制冷功率后的溫度抖動將直接傳遞到熱沉。即使通過電加熱絲對熱沉的溫度進行及時的調節，熱沉的溫度的穩定性仍然達不到低溫輻射計實驗測量的要求。因此，為滿足對地球氣候觀測的研究需求，提高絕對輻射計在軌測量精度以及測量數據向世界輻射標準溯源。采用新的熱結構設計對低溫輻射計的熱沉溫度控制進行優化是現階段光輻射測量的新思路。
技術實現思路
本專利技術為解決現有輻射計的熱結構中低溫平臺和熱沉直接相連，導致熱沉的溫度的穩定性達不到低溫輻射計的測量要求的問題，提供一種用于太陽輻照度定標的低溫輻射計及其內部直連式熱結構。用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，包括布魯斯特窗、77K輻冷屏、鋁制外殼、輻射計內部熱結構和制冷機；所述鋁制外殼用于封裝低溫輻射計，制冷機用于對輻射計內部熱結構制冷；所述77K輻冷屏用于封裝輻射計內部熱結構，所述輻射計內部熱包括：消雜光光闌、吸收腔、熱沉、控溫熱沉和熱鏈接；所述消雜光光闌設置在吸收腔的入口處，吸收腔在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，所述熱沉與控溫熱沉平行設置，吸收腔與熱沉垂直連接，所述吸收腔與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉和控溫熱沉上附有鍺電阻溫度傳感器以及用于調節溫度傳感器的電加熱絲。用于太陽輻照度定標的低溫輻射計內部直連式熱結構，包括消雜光光闌、吸收腔、熱沉、控溫熱沉和熱鏈接；所述消雜光光闌設置在吸收腔的入口處，吸收腔在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，吸收腔內部涂有鏡面反射涂料；所述熱沉與控溫熱沉平行設置，吸收腔與熱沉垂直連接，所述吸收腔與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉和控溫熱沉上附有鍺電阻溫度傳感器以及用于調節溫度傳感器的電加熱絲。本專利技術的有益效果：本專利技術所述的直連式熱結構熱沉溫度控制穩定，低溫輻射計連續工作24h后熱沉溫度的穩定性不小于1σ；低溫輻射計制冷效果明顯，且為二級制冷。第一級用鋁罩封裝輻射計的關鍵部位，液氮制冷使整個輻射計穩定在77K左右。第二級制冷為機械制冷，使輻射計的熱結構穩定在20K左右；吸收腔、熱沉和控溫熱沉垂直相連，簡化了熱量交換的傳遞通道，提高了傳熱效率，吸收腔光輻射測量的時間常數穩定在33S左右，滿足低溫輻射計的實驗要求。附圖說明圖1為本專利技術所述的用于太陽輻照度定標的低溫輻射計的結構示意圖；圖2為圖1中低溫輻射計的的內部直連式熱結構的放大示意圖。圖中：1、消雜光光闌，2、吸收腔，3、熱沉，4、控溫熱沉，5、熱鏈接，6、布魯斯特窗，7、77K輻冷屏外屏，8、77K輻冷屏內屏，9、鋁制外殼，10、制冷機。具體實施方式具體實施方式一、結合圖1和圖2說明本實施方式，用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，包括布魯斯特窗6、77K輻冷屏、鋁制外殼9、輻射計內部熱結構以及制冷機10；所述鋁制外殼9用于封裝低溫輻射計，制冷機10用于對輻射計內部熱結構制冷，起到第二級制冷作用；所述輻射計內部熱結構包括：消雜光光闌1、吸收腔2、熱沉3、控溫熱沉4以及熱鏈接5；該結構被封裝在制冷至77K的低溫輻射計輻冷屏內。所述消雜光光闌1設置在吸收腔2的入口處，吸收腔2在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，電加熱階段通過電加熱絲對錐腔進行加熱從而實現與光加熱的等效；吸收腔內部涂有鏡面反射涂料；所述熱沉3與控溫熱沉4平行設置，吸收腔2與熱沉3垂直連接，所述吸收腔2與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉3、控溫熱沉4上附有鍺電阻溫度傳感器和其調節作用的電加熱絲；本實施方式中所述的77K輻冷屏包括77K輻冷屏外屏7和77K輻冷屏內屏8，77K輻冷屏外屏和77K輻冷屏內屏之間充滿液氮，對低溫輻射計進行第一級制冷；所述77K輻冷屏外屏和77K輻冷屏內屏的外壁均貼有鋁制錫紙以屏蔽輻射換熱對熱沉3和吸收腔2溫度的影響。本實施方式中所述的直連式熱結構中吸收腔、熱沉和控溫熱沉垂直相連，簡化了熱量交換的傳遞通道，提高了傳熱效率。熱沉和控溫熱沉之間，控溫熱沉與低溫平臺之間通過SS304號不銹鋼材料的熱鏈接相連。在熱沉與低溫平臺之間增加了控溫熱沉，通過調節控溫熱沉的溫度維持熱沉溫度的溫度。該結構削弱了低溫平臺溫度抖動對熱沉溫度的影響。控溫熱沉被附上鍺電阻溫度傳感器和電加熱絲，鍺電阻溫度傳感器采集控溫熱沉的溫度，電加熱絲通過改變施加功率的大小調節控溫熱沉的溫度。具體實施方式二、結合圖2說明本實施方式，用于太陽輻照度定標的低溫輻射計內部直連式熱結構，包括消雜光光闌1、吸收腔2、熱沉3、控溫熱沉4和熱鏈接5；所述消雜光光闌1設置在吸收腔2的入口處，吸收腔2在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，吸收腔2內部涂有鏡面反射涂料；所述熱沉3與控溫熱沉4平行設置，吸收腔2與熱沉3垂直連接，所述吸收腔2與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉3和控溫熱沉4上附有鍺電阻溫度傳感器以及用于調節溫度傳感器的電加熱絲。本實施方式中所述的吸收腔2內部涂有鏡面反射涂料，所述鏡面反射涂料的厚度為0.05mm。在電加熱階段，通過電加熱絲對所述吸收腔2進行加熱，實現電加熱與光加熱等效。本實施方式中所述的吸收腔與熱沉和控溫熱沉垂直相連，簡化了熱量交換的傳遞通道，提高了傳熱效率。熱沉和控溫熱沉之間，控溫熱沉與低溫平臺之間通過SS304號不銹鋼材料的熱鏈接相連。此外，為實現熱沉溫度的有效控制，在熱沉與低溫平臺之間增加了控溫熱沉。實際光輻射測量實驗中，控溫熱沉被附上起溫度調節作用的電加熱絲，通過控制控溫熱沉的溫度來調節熱沉的溫度穩定。該結構提高了絕對輻射計的傳熱效率，降低了測量過程中的時間常數，且控溫熱沉的增加使熱沉的溫度穩定在1σ范圍內。具體實施方式三、本實施方式為具體實施方式一所述的用于太陽輻照度定標的低溫輻射計的測量方法，該測量方法由具體實施過程如下：首先，進行實驗前的準備。在恒溫實驗室中運用分子泵、前級泵(干泵)相結合的方法對低溫輻射計抽真空。測試時真空度小于1×10-5Pa時，氣體傳導的熱流不大于0.25W/m2,抽真空的效果滿足實驗需求本文檔來自技高網...
【技術保護點】
用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，包括布魯斯特窗(6)、77K輻冷屏、鋁制外殼(9)、輻射計內部熱結構和制冷機(10)；所述鋁制外殼(9)用于封裝低溫輻射計，制冷機(10)用于對輻射計內部熱結構制冷；其特征是，所述77K輻冷屏用于封裝輻射計內部熱結構，所述輻射計內部熱包括：消雜光光闌(1)、吸收腔(2)、熱沉(3)、控溫熱沉(4)和熱鏈接(5)；所述消雜光光闌(1)設置在吸收腔(2)的入口處，吸收腔(2)在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，所述熱沉(3)與控溫熱沉(4)平行設置，吸收腔(2)與熱沉(3)垂直連接，所述吸收腔(2)與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉(4)與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉(3)和控溫熱沉(4)上附有鍺電阻溫度傳感器以及用于調節溫度傳感器的電加熱絲。
【技術特征摘要】
1.用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，包括布魯斯特窗(6)、77K輻冷屏、鋁制外殼(9)、輻射計內部熱結構和制冷機(10)；所述鋁制外殼(9)用于封裝低溫輻射計，制冷機(10)用于對輻射計內部熱結構制冷；其特征是，所述77K輻冷屏用于封裝輻射計內部熱結構，所述輻射計內部熱包括：消雜光光闌(1)、吸收腔(2)、熱沉(3)、控溫熱沉(4)和熱鏈接(5)；所述消雜光光闌(1)設置在吸收腔(2)的入口處，吸收腔(2)在光輻射區域埋入了用于電加熱的加熱絲，所述熱沉(3)與控溫熱沉(4)平行設置，吸收腔(2)與熱沉(3)垂直連接，所述吸收腔(2)與熱沉之間、熱沉與控溫熱沉之間、控溫熱沉(4)與低溫平臺之間設置熱鏈接；所述熱沉(3)和控溫熱沉(4)上附有鍺電阻溫度傳感器以及用于調節溫度傳感器的電加熱絲。2.根據權利要求1所述的用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，其特征在于，所述77K輻冷屏包括77K輻冷屏外屏(7)和77K輻冷屏內屏(8)，77K輻冷屏外屏和77K輻冷屏內屏之間充滿液氮，對低溫輻射計進行第一級制冷；所述77K輻冷屏外屏(7)和77K輻冷屏內屏(8)的外壁均貼有鋁制錫紙。3.根據權利要求1所述的用于太陽輻照度定標的低溫輻射計，其特征在于，所述吸收腔(2)內部涂有鏡面反射涂料，所述鏡面反射涂料的厚度為0.05mm。4....
【專利技術屬性】
技術研發人員：王凱，葉新，唐瀟，方偉，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：吉林;22
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。