[发明专利]一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计

权利要求书

1.一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：包括有探测头、CCD探测器、上位工控机、下位机嵌入式控制系统、电机驱动系统和信号处理系统，所述的探测头包括有平行安装的跟踪成像光学系统和光学探测系统，上位工控机下发测量命令，在确定初始位置后，启动视日轨迹跟踪命令，程序计算出转到太阳方位需要的水平俯仰电机步数，发送给下位机嵌入式控制系统，下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统实现水平、俯仰电机转动使探测头到当前太阳的方位后，太阳的影像出现在CCD探测器视场内，启动CCD图像精跟踪，太阳光经所述跟踪成像光学系统后照射在CCD探测器的靶面中心处，对视场内的太阳影像进行采集与存储并发送给上位工控机，上位工控机程序对采集到的图像进行分析是否跟准了太阳，计算太阳光斑中心坐标并且将所计算的所述太阳光斑中心坐标与CCD探测器视场中心坐标进行比较，控制电机驱动系统调节跟踪成像光学系统逐渐靠近太阳，直到在跟踪误差允许的像数范围内，在判断跟准后，上位工控机下发测量命令，测量时下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统转动光学探测系统进行测量，太阳光信号通过光学探测系统后转化为电压信号，通过信号处理系统处理后将测量数据上传给上位工控机并保存，实现在较短时间内测量并实时跟踪;

所述的光学探测系统包括有镜筒前端光学系统，镜筒前端光学系统内安装有四个圆形孔径光阑，圆形孔径光阑后安装有一组透镜，透镜后是滤光片转盘，在透镜成像的像平面上放置了可变程控视场光阑来控制仪器探测视场的大小变化，可变程控视场光阑后放置一组合聚焦透镜二，位于组合聚焦透镜二的焦平面上放置安装有光电探测器，测量时下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统，使滤光片转盘顺时针转动90°后可变程控视场光阑孔径大小准确定位到1.2mm、3.95mm、7.9mm位置，对应光学探测系统在0.8°、2.0°、5.0°视场，测量完一个波段后重新找零位，滤光片转盘上安装有441nm、670nm、880nm三个波段10nm带宽滤光片，完成一次测量需要16S。

2.根据权利要求1所述的一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：所述的跟踪成像光学系统包括有衰减片，在衰减片后方放有一组聚焦透镜一，所述的CCD探测器安装在聚焦透镜一的后方，太阳光先依次经衰减片和聚焦透镜一后照射在CCD探测器的靶面中心处的。

3.根据权利要求1所述的一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：所述的信号处理系统包括有依次连接的放大电路、信号选通电路、程控增益电路和AD转换电路，放大电路分别与光电探测器信号输出端连接，AD转换电路信号输出端与下位机嵌入式控制系统连接，光信号经光电转换，再经放大电路、信号选通、程控增益和AD转换后，下位机嵌入式控制系统接收数据并通过串行通信将探测的信号值送给上位工控机保存。

4.根据权利要求1所述的一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：所述的电机驱动系统包括有水平、俯仰、滤光片转盘和可变程控视场光阑四路步进电机及四路步进电机驱动器。

5.根据权利要求4所述的一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：所述的四路步进电机驱动器的输入端通过四非门芯片7406和双线八路反相缓冲器74HC240连接到下位机嵌入式控制系统输出端并连接四路步进电机，通过下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统实现俯仰、水平、滤光片转盘和可变程控视场光阑电机的转动，上位工控机与下位机嵌入式控制系统的串行通信由电平转换芯片MAX490和串行通信总线组成，串行通信接口经MAX490和串行通信总线连接到上位工控机RS442串行接口，下位机嵌入式控制系统由单片机ATmega128L芯片、16M晶振和复位芯片DSD1813组成。

6.根据权利要求1所述的一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，其特征在于：所述的光学探测系统通过可变程控视场光阑实现光路的视场大小变化，可变程控视场光阑孔径大小能够连续从1.2mm变化到8mm,对应光路的视场实现从最小0.8°到最大5°视场范围内的变化。