狭缝宽度的衍射法测量研究

针对太阳绝对光谱辐照度仪研制过程中入射狭缝光阑高精度测量的实际需求,研制了基于激光衍射的狭缝宽度检测系统。该系统以激光作为光源,使用NMOS线列探测器作为检测传感器、以混合信号单片机C8051F为主控处理器,结合CPLD作为时序发生器和片上12位模数转换器,并采用最小二乘法对测量数据进行拟合提取条纹中心位置,实现了狭缝的高精度检测。系统可检测狭缝范围为0.02-0.5 mm,并在对太阳绝对光谱辐照度仪中标称为0.1 mm的狭缝测量中获得了3.25?10-3 µm测量不确定度。     

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870 nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。     

不同光阑面积比值高精度测量方法

直接观测太阳的星上定标方案中,设计了直径分别为20 mm和0.5 mm的光阑用于切换观测地球和太阳,两个光阑面积比的高精度测量是保证定标精度的关键。论述了光阑面积的测量原理,基于光阑面积测量的特点,利用激光点阵扫描法和通量比较法分别测得两个光阑与参考光阑的面积比,最终得出Φ20 mm和Φ0.5 mm光阑的面积比值为1604.381,评估合成不确定度为0.046%。为光阑大面积比的高精度测量提供了可行方案,支持直接观测太阳的星上定标方法。     

太阳辐照度绝对辐射计的定标新方法

为了扩展动态测量范围,提高对较低的激光功率的测量不确定度,对太阳辐照度绝对辐射计的测量方法进行了研究与改进。首先,重复测量各个激光功率的响应度,分析由响应度引入的系统误差对测量不确定度的影响;其次,提出改进的测量方法,通过两次电定标实时修正光功率附近小功率区间的响应度;最后,使用新方法和传统方法测量各个功率的激光,比较测量不确定度。实验结果表明:根据宽功率区间获得的响应度的相对不确定度为2.7%,测量较低的激光功率时,不可忽略由响应度引入的误差。当激光功率低于20 mW时,改进方法的相对测量不确定度仍为0.1%,具有更好的稳定性,补偿了响应度误差。因此,电定标与光定标差距非常大,不具备可比性,需两者结合实现全动态范围定标;该方法可以扩展动态测量范围,对于定标太阳辐照度绝对辐射计具有重要意义。     

星载臭氧垂直探测仪地外太阳紫外光谱测量

介绍了国内外星载太阳紫外光谱辐射计的研究进展,对我国自行研制的星载臭氧垂直探测仪的结构和功能进行了简介。它是一种小型化、高精度的紫外-真空紫外光谱辐射计,可在轨测量获得160～400nm地外太阳绝对光谱。给出了星载臭氧垂直探测仪实测的地外太阳紫外光谱并对其精度进行了分析。误差分析表明,160～250nm地外太阳绝对光谱的测量不确定度为±6.4%;250～400nm为±5.2%。将臭氧垂直探测仪在轨观测结果与国际同类仪器进行了比对,一致性优于±5%。     

太阳光谱辐照度仪光机系统设计

为高精度监测太阳光谱辐照度变化,设计一款高精度太阳光谱辐照度仪用于获得太阳光谱辐照度数据。该辐照度仪设计了三种光路完成性能指标,其主光路用于测量光谱辐照度,参考光路用于波长标定,太阳跟踪光路用于室外精密跟踪太阳。详细介绍了辐照度仪主光路的设计,主光路采用Féry棱镜进行色散与会聚,辐照度仪入射狭缝通过Féry棱镜成像到棱镜焦平面。通过旋转棱镜,在辐照度仪焦平面通过两个单元探测器获得380～2500 nm光谱辐照度。通过理论分析和实验验证,在380～2500 nm光谱范围内仪器的光谱分辨率小于40nm。采用标准灯对太阳光谱辐照度仪进行光谱响应范围验证,结果表明仪器的光谱范围满足测量需求。     

太阳辐射计实验室定标方法

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置,在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%,太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。     

太阳紫外光谱辐射计的研制及丽江外场实验

为了实现对太阳直接光谱辐照度的地基观测,研制了一台用于测量太阳直射光谱辐照度绝对值的扫描式紫外光谱辐射计,工作波段250～400nm,通过太阳跟踪器及二维转台等设备实现地基观测时对太阳的自动跟踪.以NIST标准光源标定了这台光谱辐射计光谱辐照度响应度,定标误差2.4%.在云南丽江地区(26°52'N,100°13'E)开展的地面太阳直射紫外光谱辐照度观测试验进一步检验了仪器的性能.结果表明:时间、云量和大气气溶胶等因素对抵达地表的太阳直射紫外光谱辐照度有直接的影响.     

红外目标模拟器检定装置的研制

本文着重介绍红外目标模拟器检定装置的设计思想、测量原理、系统组成、系统标定、误差分析和测量实例。给出了目标模拟器检定装置的技术指标：可探测最小辐照度为９×１０￣（－９）Ｗ／ｃｍ￣２，光谱测量范围为１～３μｍ和３～５μｍ，辐照度测量不确定度为３％，光谱辐照度测量不确定度为６％，辐照度面均匀测量不确定度为５％和辐照平行度测量误差小于±７″。     

CCD光电参数测试系统的研制

研制了一套CCD光电参数测试系统,可实现对CCD的无效像元、相对光谱响应、响应度、等效噪声照度、动态范围、面响应度不均匀性等光电参数的全自动测试。CCD的相对光谱响应测试基于单光路直接比较法实现,而其他CCD光电参数的测试则基于特制的积分球光源。四个可独立开关的溴钨灯分别安置于四个次积分球内,经高精度电动光阑与主积分球级联,主积分球壁上的照度计经标定后可实时测试积分球光源出口照度值。该光源色温不变,可在大动态范围内以较高精度实现连续调节,满足CCD光电参数测试的需求。利用上述装置对E2V公司科学级CCD47-10B进行了实际测试,并分析了测量的不确定度。结果表明:相对光谱响应测试覆盖光谱范围400~1 000 nm,不确定度为4.37%。光电转换参数测试装置距离光源出口23 mm处照度覆盖动态范围0~235 lx,80 mm范围内照度均匀性达到99%,测试不确定度为4.9%。该系统可用于航天级CCD的光电参数测试及芯片甄选。     

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数（BRDF）的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

多角度偏振成像仪高精度辐射定标方法

开展高精度辐射定标方法研究,对于多角度偏振成像仪实现大气气溶胶粒子分布和微观物理特性探测反演的科学应用至关重要。采用傅里叶级数的分析方法,建立了全视场起偏度的测量模型,消除了参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现了光学系统偏振特性的准确测量。结合多角度偏振成像仪的辐射与偏振定标模型,开展了光学系统偏振特性的校正方法研究,实现偏振特性引起辐射定标不确定度由8%下降至2.2%以内。利用高精度二维转动平台和大口径积分球辐射源,采用分视场测量方法, 校正像元响应非一致性,实现相对辐射校正精度优于0.5%。采用基于标准灯漫反射板的辐亮度量值传递链路,经过各影响因素的分析评测,所有波段辐射定标精度均优于5%。     

International comparison of the SIAR measurement and the WRR standard

We experimentally compare the solar irradiance absolute radiometer (SIAR) measurement with the world radiometric reference (WRR) standard to improve the accuracy of instrument. The SIAR joined in the international pyrheliometer comparison (IPC) in 2000. The comparison results show that the calibration factors for SIAR to WRR are 0.999 220, 1.001 694, 0.998 334 and 0.997 439 in the 9th IPC, the 10th IPC, the 11th IPC and the 12th IPC, respectively. These results are added to the measurement uncertainty budget of SIAR. The repeatability of the SIAR-type absolute radiometers is also investigated. The relative error introduced by two SIAR-type absolute radiometers is within 0.25%.     

Industrial solar cell tester: study and improvement of I‐V curves and analysis of the measurement uncertainty

Determination of solar cell parameters by illuminated I–V measurement is a standard characterisation technique in the photovoltaic industry. These measurements are carried out under standard conditions (STC: 25 °C, 1000 W/m² AM1.5G spectrum). It can be considered as the most crucial in‐line test for solar cells as it provides the industry with the conversion efficiency, and it is also a reliable quality control test. Reference cells are mainly used in testing equipment to set irradiance and working conditions in the tester/sorter, the rest of the cells being measured and classified by comparison with that reference. An accurate calibration of the irradiance at STC in cell testers and high precision in determining the main parameters of the I–V curve are required; a suitable design of the mechanical components and an adequate selection of different programme options should be made (distribution of the points measured, temperature correction or classification method). Here, we have studied the accuracy of an industrial solar simulator whose mechanical, electrical, electronic and software components were analysed with an individual solar device and a production sample. An uncertainty analysis was carried out in order to determine the power uncertainty and which components to improve in order to reduce it. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.