[发明专利]用于太阳辐照度定标的低温辐射计及其内部直连式热结构

说明书

技术领域

本发明涉及遥感器在轨光辐射测量领域，具体涉及一种用于太阳辐照度定标的低温辐射计及其内部直连式热结构。

背景技术

目前，地球上的能源除了地热、核能、火山爆发等之外都直接或间接地来自太阳辐射。太阳辐射的微小变化也将导致全球范围能量循环过程的变动，引起地球环境和气候的变化。因此对太阳辐照度进行长期的稳定监测对整个人类乃至自然界都具有极其重要的作用。当前，随着太阳辐照度学研究的不断深入以及空间光谱遥感的发展，人们对于太阳总辐照度测量数据精度的要求越来越高。从上世纪80年代开始，英国国家物理实验室(NPL)和美国国家标准技术研究所(NIST)等提出发展低温太阳绝对辐射计，从而建立光辐射绝对定标测量的新基准。低温辐射计的测量精度从0.1％～1％提高到0.01％，其中热沉温度的精准控制是制约低温辐射计精度提高的难点所在。

现有的研究一般采用型号为SS304的不锈钢材料连接低温平台和热沉，热沉被附上锗电阻温度传感器和电加热丝，使用锗电阻温度传感器对热沉的温度进行实时采取，通过调节电加热丝的功率施加大小实现对热沉的温度控制。然而，该结构设计使低温平台和热沉直接相连，低温平台接受制冷功率后的温度抖动将直接传递到热沉。即使通过电加热丝对热沉的温度进行及时的调节，热沉的温度的稳定性仍然达不到低温辐射计实验测量的要求。

因此，为满足对地球气候观测的研究需求，提高绝对辐射计在轨测量精度以及测量数据向世界辐射标准溯源。采用新的热结构设计对低温辐射计的热沉温度控制进行优化是现阶段光辐射测量的新思路。

发明内容

本发明为解决现有辐射计的热结构中低温平台和热沉直接相连，导致热沉的温度的稳定性达不到低温辐射计的测量要求的问题，提供一种用于太阳辐照度定标的低温辐射计及其内部直连式热结构。

用于太阳辐照度定标的低温辐射计，包括布鲁斯特窗、77K辐冷屏、铝制外壳、辐射计内部热结构和制冷机；所述铝制外壳用于封装低温辐射计，制冷机用于对辐射计内部热结构制冷；所述77K辐冷屏用于封装辐射计内部热结构，所述辐射计内部热包括：消杂光光阑、吸收腔、热沉、控温热沉和热链接；所述消杂光光阑设置在吸收腔的入口处，吸收腔在光辐射区域埋入了用于电加热的加热丝，所述热沉与控温热沉平行设置，吸收腔与热沉垂直连接，所述吸收腔与热沉之间、热沉与控温热沉之间、控温热沉与低温平台之间设置热链接；所述热沉和控温热沉上附有锗电阻温度传感器以及用于调节温度传感器的电加热丝。

用于太阳辐照度定标的低温辐射计内部直连式热结构，包括消杂光光阑、吸收腔、热沉、控温热沉和热链接；所述消杂光光阑设置在吸收腔的入口处，吸收腔在光辐射区域埋入了用于电加热的加热丝，吸收腔内部涂有镜面反射涂料；所述热沉与控温热沉平行设置，吸收腔与热沉垂直连接，所述吸收腔与热沉之间、热沉与控温热沉之间、控温热沉与低温平台之间设置热链接；所述热沉和控温热沉上附有锗电阻温度传感器以及用于调节温度传感器的电加热丝。

本发明的有益效果：本发明所述的直连式热结构热沉温度控制稳定，低温辐射计连续工作24h后热沉温度的稳定性不小于1σ；低温辐射计制冷效果明显，且为二级制冷。第一级用铝罩封装辐射计的关键部位，液氮制冷使整个辐射计稳定在77K左右。第二级制冷为机械制冷，使辐射计的热结构稳定在20K左右；吸收腔、热沉和控温热沉垂直相连，简化了热量交换的传递通道，提高了传热效率，吸收腔光辐射测量的时间常数稳定在33S左右，满足低温辐射计的实验要求。

附图说明

图1为本发明所述的用于太阳辐照度定标的低温辐射计的结构示意图；

图2为图1中低温辐射计的的内部直连式热结构的放大示意图。

图中：1、消杂光光阑，2、吸收腔，3、热沉，4、控温热沉，5、热链接，6、布鲁斯特窗，7、77K辐冷屏外屏，8、77K辐冷屏内屏，9、铝制外壳，10、制冷机。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，用于太阳辐照度定标的低温辐射计，包括布鲁斯特窗6、77K辐冷屏、铝制外壳9、辐射计内部热结构以及制冷机10；所述铝制外壳9用于封装低温辐射计，制冷机10用于对辐射计内部热结构制冷，起到第二级制冷作用；所述辐射计内部热结构包括：消杂光光阑1、吸收腔2、热沉3、控温热沉4以及热链接5；该结构被封装在制冷至77K的低温辐射计辐冷屏内。