【摘要】：為了研究地球上能量循環(huán)與輻射收支對(duì)全球氣候的變遷,天氣與環(huán)境變化的影響,需要對(duì)太陽(yáng)輻照度進(jìn)行精確測(cè)量與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。為此長(zhǎng)春光機(jī)所于60年代開(kāi)始研制平面型輻射計(jì),到90年代研制出了腔型太陽(yáng)輻照絕對(duì)輻射計(jì)(solar irradiance absolute radiometer,SIAR)。接著又開(kāi)發(fā)出了由多臺(tái)SIARs組成的太陽(yáng)常數(shù)監(jiān)測(cè)儀,在“神州三號(hào)”飛船軌道艙上測(cè)得了太陽(yáng)輻照度數(shù)據(jù)。此外開(kāi)發(fā)的“風(fēng)云三號(hào)”氣象衛(wèi)星太陽(yáng)輻照度監(jiān)測(cè)儀也是由SIAR組成的,其成功搭載風(fēng)云三號(hào)A、B、C星,實(shí)現(xiàn)了對(duì)地面和空間太陽(yáng)總輻照度的測(cè)量,并且對(duì)太陽(yáng)輻照度的變化進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。SIAR在其主腔開(kāi)口前端,放置了一個(gè)精密加工且需要測(cè)準(zhǔn)面積的主光闌。其大小限制了入射光的幾何區(qū)域,決定了用于計(jì)算輻射照度時(shí)的入射面積以及輻射亮度立體角。主光闌面積測(cè)量不準(zhǔn)確性帶來(lái)的不確定度分量是太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)測(cè)量輻照度不確定度的重要組成部分,因此高精度測(cè)量主光闌面積有著至關(guān)重要的意義。實(shí)驗(yàn)室之前采用萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量主光闌面積,該儀器所定義主光闌面積的方法采用的是幾何法(直徑與圓的面積關(guān)系),且測(cè)量精度較低。有效面積法的提出,解決了使用光學(xué)方法測(cè)量主光闌面積的測(cè)量需求。該方法測(cè)量主光闌面積的測(cè)量過(guò)程與主光闌面積真實(shí)使用過(guò)程相一致(光闌面積大小對(duì)光束的限制效應(yīng)),同時(shí)提高了主光闌面積測(cè)量精度,間接提高了太陽(yáng)輻照絕對(duì)輻射計(jì)測(cè)量太陽(yáng)輻照度的測(cè)量精度。首先,研究了有效面積法的測(cè)量原理,給出了具體測(cè)量思路。基于測(cè)量原理及理論公式,推導(dǎo)出有效面積法測(cè)量主光闌面積公式。從有效面積法的測(cè)量裝置著手分析,對(duì)有效面積法的總體測(cè)量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。給出了測(cè)量裝置的幾個(gè)重要部分,主要包括光源系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。對(duì)光源系統(tǒng)中的測(cè)量高斯光束進(jìn)行詳細(xì)研究,主要包括高斯光束半徑的選擇及輸出功率穩(wěn)定性的研究;同時(shí)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中精密電控平移臺(tái)的移動(dòng)步距進(jìn)行詳細(xì)研究,主要包括步距的大小及偏差等問(wèn)題;對(duì)測(cè)量系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)中的積分球探測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì),主要包括積分球半徑大小及其開(kāi)口面積、積分球與探測(cè)器的安裝位置關(guān)系等做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其次,通過(guò)總體測(cè)量方案設(shè)計(jì),搭建有效面積法的測(cè)量裝置,設(shè)計(jì)有效面積法的測(cè)量過(guò)程,并給出了太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)主光闌面積測(cè)量結(jié)果及不確定度分析預(yù)算。具體的對(duì)測(cè)量裝置中有關(guān)光源系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)等各部分所用的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹,主要包括儀器的型號(hào)、儀器的特性等方面。同時(shí)給出了使用有效面積法測(cè)量裝置測(cè)量?jī)蓚�(gè)不同主光闌面積的測(cè)量結(jié)果,測(cè)量結(jié)果平均值由測(cè)量重復(fù)性帶來(lái)的不確定度分量達(dá)到5-107?,滿足了太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)主光闌面積測(cè)量精度要求。最后,基于對(duì)有效面積法測(cè)量裝置中,被測(cè)主光闌背部充當(dāng)部分積分球探測(cè)器內(nèi)壁,對(duì)主光闌面積測(cè)量結(jié)果將產(chǎn)生影響的問(wèn)題進(jìn)行研究,主要包括修正模型的設(shè)計(jì)及修正方法的研究。具體的做法是通過(guò)在光學(xué)軟件TracePro中建立測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,在測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)修正模型,并給出了修正系數(shù)。使用修正系數(shù)對(duì)主光闌面積測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,最后給出了修正后的主光闌面積測(cè)量值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P412.27

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本文編號(hào)：2430379