散射輻射測量用遮光球式全自動太陽跟蹤器起草工作

主要起草單位：中國氣象局氣象探測中心。

主要起草人：賀曉雷、李建英、呂文華、于賀軍、林冰。

2017年7月12日，《散射輻射測量用遮光球式全自動太陽跟蹤器》發(fā)布。

2018年2月1日，《散射輻射測量用遮光球式全自動太陽跟蹤器》實(shí)施。

中文名稱：積分球

英文名稱：integrating sphere

定義：光度測用的中空球體。在球的內(nèi)表面涂有無波長選擇性的(均勻)漫反射性的白色涂料。在球內(nèi)任一方向上的照度均相等。

理想積分球的條件：

①積分球的內(nèi)表面為一完整的幾何球面,半徑處處相等

②球內(nèi)壁是中性均勻漫射面，對各種波長的入射光線具有相同的漫反射比

③球內(nèi)沒有任何物體,光源也看作只發(fā)光而沒有實(shí)物的抽象光源

設(shè)有一束入射輻射通量照在積分球內(nèi)表面A上,這里分析不在A處的某一表面元dA‘上的輻照度值。當(dāng)積分球內(nèi)壁涂以反射比為ρ具有朗伯漫射特性的涂料，表面A上某一面元dA的反射輻亮度LA和它的輻照度EA之間存在著關(guān)系：

使用注意事項(xiàng)：

若設(shè)ρ(λ)=0.98，照度的相對變化率約為反射比相對變化的50倍。即涂層材料光譜反射比的少量變化，會引起出射輻照度相當(dāng)大的變化。為此，應(yīng)當(dāng)選用光譜反射比近似平且朗伯漫射特性好的材料作為涂層。常用的有硫酸鋇、氧化鎂、海倫(聚四氟乙烯)等，其光譜反射特性在可見光和近紅外相當(dāng)平坦，漫射特性在小于60°以內(nèi)很好，反射比高達(dá)0.98以上。

積分球和探測器與光源一起工作時(shí)，應(yīng)作為一個(gè)整體來考慮其光譜特性。

要求高的涂層反射比主要是為了增加出射窗處的輻亮度值，因?yàn)榉e分球出射窗處的輻照度值和球半徑的平方成反比，球較大時(shí)，輻照度值將相當(dāng)?shù)汀?

當(dāng)出射窗的輻照度要求不強(qiáng)，而要求輻照度的時(shí)間穩(wěn)定性好時(shí)，可用反射比較低的涂層。這時(shí)涂層反射比的變化，球內(nèi)臟物對輻照度值的影響就較小。

當(dāng)積分球工作在中遠(yuǎn)紅外譜段時(shí)，由于硫酸鋇等在波長大于2.5mm時(shí), 反射比下降很快，因此用作涂層材料性能較差。硫是一種較理想的紅外漫射材料，在3~12mm的平均反射比高達(dá)0.94，只是在11.8mm處有一吸收帶, 其朗伯漫射特性和硫酸鋇等相近。

出射窗應(yīng)當(dāng)選用無選擇性的透明材料。窗的位置離開球表面會使部分球面積的光不能進(jìn)入出射窗。因?yàn)閷?shí)際積分球的工作特性并非理想，出射窗處的輻照度也不是完全均勻，因此，出射窗口的尺寸和積分球應(yīng)當(dāng)有一定的比例。經(jīng)驗(yàn)表明，如果要保證出射窗輻照度均勻性在1%左右，則出射窗的直徑最好不大于球直徑的1/10。是用作定標(biāo)源的積分球在出射窗口的輻亮度相對分布(積分球的直徑為0.76m，出射窗直徑是0.3m)?？梢钥闯?，相對輻亮度分布差異可達(dá)2.6%。