[发明专利]一种双通道夜气辉成像温度光度计及光强和温度探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光度计及一种光强和温度探测方法，属高层大气探测技术领域。

背景技术:

大气科学是一门建立在观测基础上的学科，对观测仪器的依赖性很强，高层大气的研究也是如此，尤其是近年来随着对潮汐、重力波等现象的深入研究，对观测仪器的研制提出了新的挑战。目前对中高层大气的观测主要是来获取目标大气的温度、风速、粒子密度等参数随时间空间的变化情况，可采用的观测手段有很多，就最常用的地面观测仪器而言，按照所使用的光源性质不同又可划分为主动式探测及被动式两大类。本发明主要关注被动式光学遥感探测仪器，这类仪器通常借助高层大气的自然发光源（如气辉），通过一套光学系统接收（或成像）并通过合适的方法分析发光谱线的性质，导出目标大气的温度、风速、气辉发射强度，进而分析和研究大气潮汐、重力波结构等动力学及热力学特性。尽管被动遥感探测的精度相对于主动式探测而言较低，但仪器本身省去了昂贵的光源发射装置，而且接收系统的视场角较大，对望远系统的依赖性大大降低，整个仪器的制作和搭建的成本相对较低，因此，被动光学遥感探测方法在中高层大气的地面探测领域中是一种重要的不可或缺的手段。

利用被动遥感技术对夜气辉的发光强度及温度进行探测，通常采用转动谱线测温法，具有代表性的仪器有加拿大York大学的R. H. Wiens等人1989年研制的MORTI（Mesopause Oxygen Rotational Temperature Imager），以及1997年对该仪器进行改进后的SATI（Spectral Airglow Temperature Imager）。日本K. Shiokawa等人2007年研制了具备12个通道及更高探测灵敏度的同类仪器。中国中科院空间科学与应用研究中心也于1996年成功地研制了一台倾斜滤光片光度计探测曙暮气辉和夜气辉。

但是，上述的仪器均采用单通道，切换滤光片会损失较大的时间分辨率，这对长积分时间的仪器而言是非常不利的，尤其是用来观测研究短期波动现象时就显得力不从心；而采用转动滤光片来实现光谱扫描的倾斜滤光片光度计则对时间分辨率的损失更大。因此，设计和研制一台具备高时间分辨率且能够多通道同时观测气辉发光强度和温度的无运动部件的仪器显得极为迫切。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双通道夜气辉成像温度光度计，利用双通道的窄带干涉滤光片中心波长随入射光角度的变化而向短波方向移动的特性，对高层大气中双层夜气辉的发光强度及温度进行同时探测。

本发明的另一目的是利用上述的双通道夜气辉成像温度光度计对高层大气双层夜气辉的发光强度及温度的探测方法，该方法显著提高仪器效率。

本发明的具体技术方案如下：

双通道夜气辉成像温度光度计，包括纵轴部分和横轴部分：

纵轴部分从上至下设有指向镜1、旋转平台2、视场光阑3和光学窗口4、菲涅尔透镜5、平面分光镜6、恒温腔B12、镜头B14和CCD探测器B16；

其中，指向镜1安装在旋转平台2顶面，旋转平台2的底面安装设置视场光阑3和光学窗口4，视场光阑3的通光孔密封嵌入光学窗口4，平面分光镜6与纵轴部分成45°放置，窄带干涉滤光片B13设置在恒温腔B12中，在恒温腔B12的出口端放置镜头B14，CCD探测器B16内设CCD芯片B15，CCD芯片B15位于镜头B14的焦平面上；

横轴部分由左至右设置，包括依次设置在所述平面分光镜6右侧的恒温腔A7、镜头A9和CCD探测器A11；

其中恒温腔A7内设置窄带干涉滤光片A8，CCD探测器A11内设CCD芯片A10，CCD芯片A10位于镜头A9的焦平面上；

所述恒温腔A7和恒温腔B12的控制端分别与热电制冷控制器17连接，热电制冷控制器17与电源18相连。

所述视场光阑3、光学窗口4、菲涅尔透镜5、窄带干涉滤光片B13、镜头B14和CCD芯片B15沿纵轴同轴放置，且它们的中心光轴与纵轴重合；

窄带干涉滤光片A8、镜头A9和CCD芯片A10沿横轴同轴放置，且它们的中心光轴与横轴重合。

其中光学窗口4至菲涅尔透镜5的距离、菲涅尔透镜5至窄带干涉滤光片B13的距离、菲涅尔透镜5至窄带干涉滤光片A8的距离，三个距离相等，均为菲涅尔透镜5的焦距。

所述平面分光镜6的分光比为1:1。

所述横轴部件被固定在外壳19上。

一种温度光度计探测发光强度和温度的方法，该方法具体包括以下步骤：