專利名稱：天空亮度儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大氣科學實驗測量儀器領域，具體涉及一種天空亮度儀。
背景技術：
使用地基設備對空中目標進行探測時，大氣是不可忽略的。它將部分太陽輻射能量重新分配，形成了大氣層內(nèi)散射光亮度的空間分布，即“天空亮度”的概念。一方面，為了獲取空中或空間目標的輻射信息，必須扣除大氣的影響。而在觀察物體時，物體和背景的亮度差異起決定作用。因此，了解天空亮度分布是空間目標識別的第一步。另一方面，天空亮度主要是大氣分子和大氣氣溶膠顆粒散射太陽輻射所導致的結果，它包含了大量大氣組分和狀態(tài)的信息。對這一物理量的研究將有助于更進一步的了解大氣及其與輻射傳輸?shù)南嗷プ饔?。傳統(tǒng)的天空亮度測量儀器大多工作在可見光波段，按照工作方式的不同大體可以分為兩類一類是對特定天空進行圖像拍攝，如美國YanKee公司的TSlO和CaliforniaUniversity研制的WSI O，他們用半球鏡將全天空的圖像反射到帶魚眼鏡頭的CXD上，通過分析圖片的灰度信息來測定天空的亮度分布，此類儀器能同時獲得天空各個方向的亮度值，但測量亮度的手段較為間接，且實時性不高；另一類是用一個或多個輻射接收裝置掃描天空以獲得亮度分布，如意大利的WASBAM(Wide-Angle Sky Brightness AutomaticMapper)以及照明工程中使用的設備，此類儀器對天空離散采樣，測量角度不夠自由，且結構較為復雜，測量周期較長。本發(fā)明研制了一種新型的掃描測量天空亮度的儀器，以彌補傳統(tǒng)儀器在測量波段、實時性等方面的不足，更好的滿足實際的科研需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天空背景亮度測量儀器，以解決現(xiàn)有技術測量天空亮度具有局限性的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為
天空亮度儀，其特征在于包括有機箱，機箱上安裝有帶有水平零位定位裝置的垂直于機箱的水平轉動臂、帶有俯仰零位定位裝置的平行于機箱的俯仰轉動臂，所述機箱的內(nèi)部安裝有單片機控制系統(tǒng)和與單片機控制系統(tǒng)相連的信號處理系統(tǒng)、電機驅(qū)動控制模塊、復位系統(tǒng)、串行通信模塊、自動零位校正模塊，所述的俯仰轉動臂安裝在水平轉動臂的頂端，所述的俯仰轉動臂外套裝有探測器盒，探測器盒的下端面上安裝有前端光路系統(tǒng)、太陽跟蹤模塊，前端光路系統(tǒng)包括有一個內(nèi)壁涂黑的大鏡筒，大鏡筒內(nèi)安裝有兩個圓孔光闌、凸透鏡，所述圓孔光闌一個位于大鏡筒前端，另一個位于大鏡筒中部，所述凸透鏡位于兩個光闌之后，位于凸透鏡的焦平面上的探測器盒中安裝有探測器，太陽跟蹤模塊包括有一個內(nèi)壁 涂黑的小鏡筒，小鏡筒內(nèi)安裝有一個位于小鏡筒前方的小孔光闌，位于小鏡筒后方的探測器盒中還安裝有四象限探測器，探測器盒上開有兩個與大鏡筒、小鏡筒相通的通孔，所述的小鏡筒與大鏡筒嚴格平行，所述的自動零位校正模塊包括有兩組作為水平零位定位裝置和俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管和紅外接收三極管，所述的水平轉動臂的下方設有一個凸起作為接收管安裝盒，水平零位定位裝置的紅外接收三極管安裝在接收管安裝盒內(nèi)，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管安裝在與接收管安裝盒相對應的機箱的上端面的內(nèi)壁上，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管與紅外接收三極管之間的機箱與接收管安裝盒上分別開有一個小孔，所述的俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管安裝在面對水平轉動臂的的探測器盒下部的內(nèi)壁上，俯仰零位定位裝置的紅外接收三極管安裝在與探測器盒的內(nèi)壁上的紅外發(fā)射二極管相對應的安裝于水平轉動臂上的接收管安裝盒內(nèi)，俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管與紅外接收三極管之間的接收管安裝盒與探測器盒上分別開有一個小孔，兩個紅外接收三極管的輸出端分別連接單片機控制系統(tǒng)的輸入I/o端口，所述電機驅(qū)動控制模塊包括兩組步進電機、步進電機驅(qū)動器，兩個步進電機分別與驅(qū)動水平轉動臂、俯仰轉動臂，步進電機驅(qū)動器連接單片機控制系統(tǒng)，所述的信號處理系統(tǒng)包括有相互連接的放大電路和AD轉換芯片，所述的放大電路分別與探測器盒中的探測器的雪崩二極管模塊和四象限探測器的信號輸出端連接，AD轉換芯片的數(shù)字信號輸出端與單片機控制系統(tǒng)連接，單片機控制系統(tǒng)連接通過串行通信模塊與上位計算機進行通信連接。 所述前端光路系統(tǒng)的大鏡筒長為30cm，內(nèi)徑為4cm，所述位于大鏡筒前端的圓孔光闌的孔徑為5_，位于大鏡筒中部的圓孔光闌的孔徑為2_，兩個光闌的位置決定了所述大鏡筒的立體角為2Sr，天空光經(jīng)圓孔光闌和透鏡后聚焦于凸透鏡的焦點即探測器受光面上形成光電壓。所述信號處理系統(tǒng)的AD轉換芯片為ADS7818，天空光信號經(jīng)雪崩二極管模塊接收后轉化為電壓信號，再經(jīng)放大電路放大后送入AD轉換芯片轉換為數(shù)字信號，由單片機控制系統(tǒng)接收并保存，短時間多次采集(一秒鐘內(nèi)采集50次)后由單片機控制系統(tǒng)求出信號的平均值并控制串行通信模塊將信號送給上位計算機保存。所述太陽跟蹤模塊的小鏡筒長為10cm，內(nèi)徑為2cm，所述小孔光闌的直徑為O. 3_，太陽光經(jīng)所述小孔光闌后照射在四象限探測器的四個光電接收面上，接收到的四個太陽光信號分別經(jīng)放大、AD轉換后由所述單片機控制系統(tǒng)接收并保存，多次采集后(一秒鐘內(nèi)采集50次)由單片機控制系統(tǒng)分別求出四個太陽光信號的平均值并控制所述串行通信模塊將平均值信號送給上位計算機進行分析并通過四個電壓信號平均值的大小判斷此時所述前端光路系統(tǒng)是否對準了太陽或者從哪個方向偏離了太陽，進而由單片機控制系統(tǒng)控制電機驅(qū)動控制模塊調(diào)節(jié)鏡筒逐漸靠近太陽，以上過程由程序控制重復進行直至對準太陽為止。當所述的紅外發(fā)射二極管和對應的紅外接收三極管未對準時，紅外接收三極管的輸出電壓在O. I伏以下；當兩者分別相互都對準時，兩個紅外接收三極管的輸出電壓達到3. 5伏以上，此時所述前端光路系統(tǒng)位于水平轉動臂的正南方向且前端光路系統(tǒng)豎直向下，通知單片機控制系統(tǒng)此時水平和俯仰方向都已處于初始位置。所述電機驅(qū)動控制模塊中的步進電機驅(qū)動器的輸入端通過四非門芯片7406和四與非門芯片7400連接到單片機控制系統(tǒng)的輸入I/O端口，輸出端連接步進電機，所述單片機控制系統(tǒng)通過步進電機驅(qū)動器分別控制兩個步進電機驅(qū)動前端光路系統(tǒng)和太陽跟蹤模塊在水平方向和俯仰方向兩個自由度上轉動。所述串行通信模塊由電平轉換芯片MAX232和串行通信總線組成，所述單片機控制系統(tǒng)的串行通信接口經(jīng)MAX232和串行通信總線連接到上位計算機的串行接口，串行通信模塊用于上位計算機和單片機控制系統(tǒng)之間的信號傳遞。所述單片機控制系統(tǒng)由單片機ATmega64芯片、8M晶振和復位芯片DSD1813組成，單片機控制系統(tǒng)在程序的引導下協(xié)調(diào)信號處理系統(tǒng)、太陽跟蹤模塊、自動零位校正模塊、電機驅(qū)動控制模塊和串行通信模塊之間的相互配合。所述的上位計算機用于在程序引導下下發(fā)命令給單片機控制系統(tǒng)和接收由單片機控制系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的原理是
天空亮度儀工作時須正面朝南水平擺放，單片機控制系統(tǒng)控制自動零位校正模塊使得儀器能夠自動在水平和俯仰方向兩個自由度上正確回到初始位置，用戶通過上位計算機的測量軟件下發(fā)測量命令后，由單片機控制系統(tǒng)控制太陽跟蹤模塊和電機驅(qū)動控制模塊使儀器轉向天空中給定的預設方向或?qū)θ炜者M行掃描測量，天空散射光經(jīng)前端光路系統(tǒng)接收后轉化為模擬電壓信號，經(jīng)信號處理系統(tǒng)后轉換為數(shù)字信號送入單片機控制系統(tǒng)，單片機控制系統(tǒng)控制串行通信模塊將信號上傳給上位計算機保存。與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有的積極效果在于
O由于具有兩種測量模式，因此對天空亮度的測量方式更加自由，既可以對全天空進行掃描測量，也可以對給定方位進行定點測量；
2)由于使用主從式的控制結構，且上位計算機和單片機控制系統(tǒng)裝在一起，增加了儀器的便攜性和穩(wěn)定性，使得儀器可以被置于任何場地使用；
3)單片機控制系統(tǒng)中駐有的測量方法的程序，使得天空亮度儀具有自動找零位以及自動測量等智能化功能外，同時使得對天空亮度測量的實時性有了較大的提高。


圖I是本發(fā)明的結構框圖。圖2是本發(fā)明的測量流程圖。圖3為前端光路系統(tǒng)的大鏡筒的結構示意圖。圖4為太陽跟蹤模塊的小鏡筒的結構示意圖。 圖5為本發(fā)明的總體結構示意圖。
具體實施例方式參見圖I、圖5，天空亮度儀，包括有機箱10，機箱10上安裝有帶有水平零位定位裝置的垂直于機箱的水平轉動臂11、帶有俯仰零位定位裝置的平行于機箱的俯仰轉動臂12，機箱10的內(nèi)部安裝有單片機控制系統(tǒng)7和與單片機控制系統(tǒng)7相連的信號處理系統(tǒng)3、電機驅(qū)動控制模塊5、復位系統(tǒng)6、串行通信模塊8、自動零位校正模塊4，俯仰轉動臂12安裝在水平轉動臂11的頂端，俯仰轉動臂12外套裝有探測器盒13，探測器盒13的下端面上安裝有前端光路系統(tǒng)I、太陽跟蹤模塊2，前端光路系統(tǒng)I包括有一個內(nèi)壁涂黑的大鏡筒14，大鏡筒14內(nèi)安裝有兩個圓孔光闌15、16、凸透鏡17，圓孔光闌15位于大鏡筒14前端，圓孔光闌16位于大鏡筒14中部，凸透鏡17位于兩個光闌之后，位于凸透鏡17的焦平面上的探測器盒13中安裝有探測器18，太陽跟蹤模塊2包括有一個內(nèi)壁涂黑的小鏡筒19，小鏡筒98內(nèi)安裝有一個位于小鏡筒19前方的小孔光闌20，位于小鏡筒19后方的探測器盒13中還安裝有四象限探測器21，探測器盒13上開有兩個與大鏡筒14、小鏡筒19相通的通孔，小鏡筒19與大鏡筒14嚴格平行，自動零位校正模塊4包括有兩組作為水平零位定位裝置和俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管和紅外接收三極管，水平轉動臂的下方設有一個凸起作為接收管安裝盒，水平零位定位裝置的紅外接收三極管22安裝在接收管安裝盒內(nèi)，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管23安裝在與接收管安裝盒相對應的機箱10的上端面的內(nèi)壁上，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管23與紅外接收三極管22之間的機箱10與接收管安裝盒上分別開有一個小孔，俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管24安裝在面對水平轉動臂11的的探測器盒13下部的內(nèi)壁上，俯仰零位定位裝置的紅外接收三極管25安裝在與 探測器盒13的內(nèi)壁上的紅外發(fā)射二極管24相對應的安裝于水平轉動臂11上的接收管安裝盒內(nèi)，俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管24與紅外接收三極管25之間的接收管安裝盒與探測器盒13上分別開有一個小孔，兩個紅外接收三極管的輸出端分別連接單片機控制系統(tǒng)的輸入I/O端口，當兩組紅外發(fā)射二極管和紅外接收三極管未對準時，紅外接收三極管的輸出電壓在O. I伏以下；當兩者分別相互都對準時，兩個紅外接收三極管的輸出電壓達到3. 5伏以上，通知單片機控制系統(tǒng)此時水平和俯仰方向都已處于初始位置；電機驅(qū)動控制模塊5包括兩組步進電機、步進電機驅(qū)動器，兩個步進電機分別與驅(qū)動水平轉動臂、俯仰轉動臂，步進電機驅(qū)動器的輸入端通過四非門芯片7406和四與非門芯片7400連接到單片機控制系統(tǒng)7的輸入I/O端口，信號處理系統(tǒng)3包括有相互連接的放大電路和AD轉換芯片，放大電路分別與探測器盒中的探測器的雪崩二極管模塊和四象限探測器的信號輸出端連接，AD轉換芯片的數(shù)字信號輸出端與單片機控制系統(tǒng)連接，單片機控制系統(tǒng)7連接通過串行通信模塊8與上位計算機9進行通信連接。復位系統(tǒng)6由復位芯片DSD1813與單片機mega64的復位端口電連接，用于單片機的正常復位。如圖3所示，前端光路系統(tǒng)的大鏡筒14長為30cm，內(nèi)徑為4cm，位于大鏡筒14前端的圓孔光闌15的孔徑為5mm,位于大鏡筒14中部的圓孔光闌16的孔徑為2mm,兩個光闌的位置決定了大鏡筒14的立體角為2Sr，天空光經(jīng)圓孔光闌和凸透鏡后聚焦于凸透鏡的焦點即探測器受光面上形成光電壓。信號處理系統(tǒng)3的AD轉換芯片為ADS7818，天空光信號經(jīng)雪崩二極管模塊接收后轉化為電壓信號，再經(jīng)放大電路放大后送入AD轉換芯片轉換為數(shù)字信號，由單片機控制系統(tǒng)接收并保存，短時間多次采集(一秒鐘內(nèi)采集50次)后由單片機控制系統(tǒng)求出信號的平均值并控制串行通信模塊將信號送給上位計算機保存。如圖4所示，太陽跟蹤模塊2的小鏡筒19長為10cm，內(nèi)徑為2cm，小孔光闌20的直徑為O. 3mm。串行通信模塊8由電平轉換芯片MAX232和串行通信總線組成，單片機控制系統(tǒng)的串行通信接口經(jīng)MAX232和串行通信總線連接到上位計算機的串行接口，串行通信模塊用于上位計算機和單片機控制系統(tǒng)之間的信號傳遞。單片機控制系統(tǒng)7由單片機ATmega64芯片、8M晶振和復位芯片DSD1813組成，單片機控制系統(tǒng)在程序的引導下協(xié)調(diào)信號處理系統(tǒng)、太陽跟蹤模塊、自動零位校正模塊、電機驅(qū)動控制模塊和串行通信模塊之間的相互配合。
上位計算機9用于在程序引導下下發(fā)命令給單片機控制系統(tǒng)和接收由單片機控制系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)。天空亮度儀工作時須正面朝南水平擺放，天空亮度儀開機后，由單片機控制系統(tǒng)7控制電機驅(qū)動控制模塊5分別在水平方向和俯仰方向兩個自由度上轉動，同時檢測自動零位校正模塊中兩個接收管的輸出電壓，當達到3. 5伏時，此時前端光路系統(tǒng)I位于水平轉動臂的正南方向且前端光路系統(tǒng)豎直向下，單片 機控制系統(tǒng)7即認為此時儀器鏡筒在水平和俯仰方向都已處于初始位置。太陽跟蹤模塊2經(jīng)信號處理系統(tǒng)3與單片機控制系統(tǒng)電連接。太陽光經(jīng)過小孔光闌后照射在四象限探測器的四個光電接收面上，接收到的四個太陽光信號分別經(jīng)放大、AD轉換后由單片機控制系統(tǒng)7接收并保存，多次采集后(一秒鐘內(nèi)采集50次)由單片機控制系統(tǒng)7分別求出四個太陽光信號的平均值并控制串行通信模塊8將平均值信號送給上位計算機9進行分析并判斷此時前端光路系統(tǒng)I是否對準了太陽或者從哪個方向偏離了太陽，進而由單片機控制系統(tǒng)7控制電機驅(qū)動控制模塊5調(diào)節(jié)鏡筒逐漸靠近太陽，以上過程由程序控制重復進行直至對準太陽為止。前端光路系統(tǒng)I、信號處理系統(tǒng)3、單片機控制系統(tǒng)7、串行通信模塊8和上位計算機9依次電連接組成天空背景測量的主要部分，天空背景光經(jīng)前端光路系統(tǒng)I會聚收集后轉化為光電壓信號，經(jīng)信號處理系統(tǒng)3放大以及數(shù)字化后送入單片機控制系統(tǒng)，再經(jīng)過串行通信模塊8上傳給上位計算機9保存。參見圖2，天空亮度儀的測量方法和儀器的工作流程如下天空亮度儀工作時須通過觀察水平儀和指南針使儀器正面朝南水平擺放。儀器通電開機后，單片機控制系統(tǒng)7控制電機驅(qū)動控制模塊5和自動零位校正模塊4相互配合使儀器自動校正零位并回到初始位置，運行上位機測量程序時，上位機自動下發(fā)命令詢問下位單片機控制系統(tǒng)7是否正常校正了零位，確認校正零位正常后，程序等待用戶選擇測量模式(全天空掃描模式或定點測量模式)。若選擇定點測量模式，輸入測量的高度角和方位角，點擊程序界面上的運行按鈕，上位計算機9下發(fā)定點測量命令和高度方位角值給下位單片機控制系統(tǒng)7，收到命令后的單片機控制系統(tǒng)7控制電機驅(qū)動控制模塊5轉向所給角度，再控制前端光路系統(tǒng)I和信號采集系統(tǒng)3進行測量，然后將測量數(shù)據(jù)和測量成功標志信號上傳給上位計算機9，點擊暫停按鈕后儀器停止測測量并自動回到初始位置等待下一個測量命令；若選擇全天空掃描模式，用戶預先設置好當?shù)氐慕?jīng)緯度、海拔高度以及測量周期，上位計算機9根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度、海拔高度以及當前日期和時間計算出太陽方位角和高度角，并下全天空掃描測量命令和高度方位角值給下位單片機控制系統(tǒng)7，單片機控制系統(tǒng)7收到命令后先控制電機驅(qū)動控制模塊5轉向太陽方位，再控制太陽跟蹤模塊2和電機驅(qū)動控制模塊5相互配合精確跟蹤到太陽，之后保持高度角不變，沿太陽方位角分別向右測量偏離太陽2、3、4、5、7、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180 度共計 25 個點上的天空亮度值，此時鏡筒轉向了太陽對面和太陽同高度角的方位，之后保持方位角不變，再沿太陽高度角分別向前測量偏離太陽2、3、4、5、7、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180度共計25個點上的天空亮度值，此時鏡筒即回到了太陽的方位上，之后保持高度角不變，沿太陽方位角分別向左偏離太陽測量與上述向右測量對稱的25個點，此時鏡筒轉向了太陽對面和太陽同高度角的方位，之后保持方位角不變，再沿太陽高度角直接轉回到太陽方位上而不測量，之后高度角每增加或減小10度，等分掃描天空全方位一周共計36個點，掃描高度角范圍為5°到85°，即基本覆蓋了整個天空范圍，其中每測量一個點，向上位計算機9上傳保存一次數(shù)據(jù)，測量完成所有點后，上傳測量完成標志信號，并自動回到初始 位置，等待下一個測量周期到來，上述的一個完整掃描周期用時約8分鐘。
權利要求
1.天空亮度儀，其特征在于包括有機箱，機箱上安裝有帶有水平零位定位裝置的垂直于機箱的水平轉動臂、帶有俯仰零位定位裝置的平行于機箱的俯仰轉動臂，所述機箱的內(nèi)部安裝有單片機控制系統(tǒng)和與單片機控制系統(tǒng)相連的信號處理系統(tǒng)、電機驅(qū)動控制模塊、復位系統(tǒng)、串行通信模塊、自動零位校正模塊，所述的俯仰轉動臂安裝在水平轉動臂的頂端，所述的俯仰轉動臂外套裝有探測器盒，探測器盒的下端面上安裝有前端光路系統(tǒng)、太陽跟蹤模塊，前端光路系統(tǒng)包括有一個內(nèi)壁涂黑的大鏡筒，大鏡筒內(nèi)安裝有兩個圓孔光闌、凸透鏡，所述圓孔光闌一個位于大鏡筒前端，另一個位于大鏡筒中部，所述凸透鏡位于兩個光闌之后，位于凸透鏡的焦平面上的探測器盒中安裝有探測器，太陽跟蹤模塊包括有一個內(nèi)壁涂黑的小鏡筒，小鏡筒內(nèi)安裝有一個位于小鏡筒前方的小孔光闌，位于小鏡筒后方的探測器盒中還安裝有四象限探測器，探測器盒上開有兩個與大鏡筒、小鏡筒相通的通孔，所述的小鏡筒與大鏡筒嚴格平行，所述的自動零位校正模塊包括有兩組作為水平零位定位裝置和俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管和紅外接收三極管，所述的水平轉動臂的下方設有一個凸起作為接收管安裝盒，水平零位定位裝置的紅外接收三極管安裝在接收管安裝盒內(nèi)，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管安裝在與接收管安裝盒相對應的機箱的上端面的內(nèi)壁上，水平零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管與紅外接收三極管之間的機箱與接收管安裝盒上分別開有一個小孔，所述的俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管安裝在面對水平轉動臂的的探測器盒下部的內(nèi)壁上，俯仰零位定位裝置的紅外接收三極管安裝在與探測器盒的內(nèi)壁上的紅外發(fā)射二極管相對應的安裝于水平轉動臂上的接收管安裝盒內(nèi)，俯仰零位定位裝置的紅外發(fā)射二極管與紅外接收三極管之間的接收管安裝盒與探測器盒上分別開有一個小孔，兩個紅外接收三極管的輸出端分別連接單片機控制系統(tǒng)的輸入I/o端口，所述電機驅(qū)動控制模塊包括兩組步進電機、步進電機驅(qū)動器，兩個步進電機分別與驅(qū)動水平轉動臂、俯仰轉動臂，步進電機驅(qū)動器連接單片機控制系統(tǒng)，所述的信號處理系統(tǒng)包括有相互連接的放大電路和AD轉換芯片，所述的放大電路分別與探測器盒中的探測器的雪崩二極管模塊和四象限探測器的信號輸出端連接，AD轉換芯片的數(shù)字信號輸出端與單片機控制系統(tǒng)連接，單片機控制系統(tǒng)通過串行通信模塊與上位計算機進行通信連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述前端光路系統(tǒng)的大鏡筒長為30cm,內(nèi)徑為4cm,所述位于大鏡筒前端的圓孔光闌的孔徑為5mm,位于大鏡筒中部的圓孔光闌的孔徑為2_，兩個光闌的位置決定了所述大鏡筒的立體角為2Sr，天空光經(jīng)圓孔光闌和凸透鏡后聚焦于凸透鏡的焦點即探測器受光面上形成光電壓。
3.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述信號處理系統(tǒng)的AD轉換芯片為ADS7818，天空光信號經(jīng)雪崩二極管模塊接收后轉化為電壓信號，再經(jīng)放大電路放大后送入AD轉換芯片轉換為數(shù)字信號，由單片機控制系統(tǒng)接收并保存，短時間多次采集(一秒鐘內(nèi)采集50次)后由單片機控制系統(tǒng)求出信號的平均值并控制串行通信模塊將信號送給上位計算機保存。
4.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述太陽跟蹤模塊的小鏡筒長為IOcm,內(nèi)徑為2cm，所述小孔光闌的直徑為O. 3mm，太陽光經(jīng)所述小孔光闌后照射在四象限探測器的四個光電接收面上，接收到的四個太陽光信號分別經(jīng)放大、AD轉換后由所述單片機控制系統(tǒng)接收并保存，多次采集后(一秒鐘內(nèi)采集50次)由單片機控制系統(tǒng)分別求出四個太陽光信號的平均值并控制所述串行通信模塊將平均值信號送給上位計算機進行分析并通過四個電壓信號平均值的大小判斷此時所述前端光路系統(tǒng)是否對準了太陽或者從哪個方向偏離了太陽，進而由單片機控制系統(tǒng)控制電機驅(qū)動控制模塊調(diào)節(jié)鏡筒逐漸靠近太陽，以上過程由程序控制重復進行直至對準太陽為止。
5.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于當所述的紅外發(fā)射二極管和對應的紅外接收三極管未對準時，紅外接收三極管的輸出電壓在O. I伏以下；當兩者分別相互都對準時，兩個紅外接收三極管的輸出電壓達到3. 5伏以上，此時水平和俯仰方向都處于初始位置。
6.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述電機驅(qū)動控制模塊中的步進電機驅(qū)動器的輸入端通過四非門芯片7406和四與非門芯片7400連接到單片機控制系統(tǒng)的輸入I/O端口，輸出端連接步進電機，所述單片機控制系統(tǒng)通過步進電機驅(qū)動器分別控制兩個步進電機驅(qū)動前端光路系統(tǒng)和太陽跟蹤模塊在水平方向和俯仰方向兩個自由度上轉動。
7.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述串行通信模塊由電平轉換芯片MAX232和串行通信總線組成，所述單片機控制系統(tǒng)的串行通信接口經(jīng)MAX232和串行通信總線連接到上位計算機的串行接口。
8.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述單片機控制系統(tǒng)由單片機ATmega64芯片、8M晶振和復位芯片DSD1813組成，單片機控制系統(tǒng)在程序的引導下協(xié)調(diào)信號處理系統(tǒng)、太陽跟蹤模塊、自動零位校正模塊、電機驅(qū)動控制模塊和串行通信模塊之間的相互配合。
9.根據(jù)權利要求I所述的天空亮度儀，其特征在于所述的上位計算機用于在程序引導下下發(fā)命令給單片機控制系統(tǒng)和接收由單片機控制系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天空亮度儀，天空亮度儀工作時須正面朝南水平擺放，單片機控制系統(tǒng)控制自動零位校正模塊使得儀器能夠自動在水平和俯仰方向兩個自由度上正確回到初始位置，用戶通過上位計算機的測量軟件下發(fā)測量命令后，由單片機控制系統(tǒng)控制太陽跟蹤模塊和電機驅(qū)動控制模塊使儀器轉向天空中給定的預設方向或?qū)θ炜者M行掃描測量，天空散射光經(jīng)前端光路系統(tǒng)接收后轉化為模擬電壓信號，經(jīng)信號處理系統(tǒng)后轉換為數(shù)字信號送入單片機控制系統(tǒng)，單片機控制系統(tǒng)控制串行通信模塊將信號上傳給上位計算機保存。本發(fā)明具有兩種測量模式，既可以對全天空進行掃描測量，也可以對給定方位進行定點測量，具有便攜性、穩(wěn)定性、實時性。
文檔編號G05B19/042GK102636267SQ20121009063
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權日2012年3月31日
發(fā)明者任元鵬, 徐文清, 徐青山, 詹杰, 賀巧妙, 高亦橋 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所