CN111024031B - 一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，旨在解决现有的像增强部件当太阳直接照射时，像增强部件会出现烧穿现象，在长期太阳照射下会导致性能衰减而损坏的问题。本发明太阳角度传感器包括探测器壳体、安装筒、遮光筒以及探测器组件；探测器壳体包括本体，本体的前端设置有前端盖，后端设置有后端盖；前端盖上设置有通孔；探测器壳体外部涂覆保温层；安装筒的后端安装于前端盖上的通孔处，前端安装遮光筒，安装筒的下表面固定于遮光罩上；遮光筒的轴线与遮光罩的轴线平行；探测器组件设置于本体内，且与外部控制器模块电连接，探测器组件的探测面与通孔处对应；探测器组件用于获取太阳光线角度信息以控制像增强器模块。

Description

一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器

技术领域

本发明涉及一种紫外光谱仪，具体涉及一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器。

背景技术

生命起源一直都是一个终极问题，近几年国外科学家在论文中指出行星的宜居程度可能和这颗行星能够从其宿主恒星那里收到多少紫外线有关。足量的紫外线，能够触发一连串的化学反应，推进RNA，也就是核糖核酸的形成。而RNA被认为是促成地球生命起源的一种要素。

在地球早期，地球上是没有大气的，为了定量研究早期地球的紫外线辐射情况，人们为此研发了一种紫外光谱仪(以下简称光谱仪)，目标工作高度为30km公里的临界空间，其能够对190nm-400nm的光谱进行探测，光谱分辨率为2nm。从目前已有的数据得知，30km高空的紫外辐射背景非常弱，所以光谱仪设计了一个增强型探测器，其探测灵敏度接近单光子级别。但该探测器的核心部件像增强部件为弱光增强器件，当太阳直接照射时，像增强部件会产生饱和效应，甚至出现烧穿现象，长期太阳照射下会导致性能衰减，最终损坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的像增强部件当太阳直接照射时，像增强部件会产生饱和效应，甚至出现烧穿现象，在长期太阳照射下会导致性能衰减，最终损坏的问题，而提供了一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，所述紫外光谱仪包括筒状结构的遮光罩，紫外光谱仪的内部设有像增强器模块，其特殊之处在于：所述太阳角度传感器包括探测器壳体、安装筒、遮光筒以及探测器组件；

所述探测器壳体包括本体，本体的前端设置有前端盖，后端设置有后端盖；所述前端盖上设置有通孔；

所述探测器壳体外部涂覆保温层；

所述安装筒的后端安装于所述前端盖上的通孔处，前端安装遮光筒，安装筒的下表面固定于遮光罩上；

所述遮光筒的轴线与遮光罩的轴线平行；

所述探测器组件设置于本体内，且与外部控制器模块电连接，探测器组件的探测面与通孔处对应；

所述探测器组件用于获取太阳光线角度信息以控制像增强器模块。

进一步地，所述探测器组件包括两个相互平行的电路板；

所述电路板上设置有四象限探测器、主芯片、一级线性驱动以及高压模块；

所述四象限探测器的四个象限分别依次通过跨导放大器、低通滤波器以及电压放大器与主芯片AD引脚的连接；

所述主芯片的输出端通过一级线性驱动与高压模块的输入端连接，并与外部主控制器模块连接；

所述高压模块的输出端与像增强器模块的输入端连接，并与主芯片连接；

所述高压模块根据输入信号的正负输出相应电压。

进一步地，所述高压模块包括50V电源模块、-200V电源模块、反相器、缓冲器、N-MOS管以及P-MOS管；

所述一级线性驱动的输出端经反相器与N-MOS管的栅极连接；

所述N-MOS管的漏极与V电源模块连接，源极与像增强器模块以及主芯片连接；

所述一级线性驱动的输出端经缓冲器与P-MOS管的栅极连接；

所述P-MOS管的源极与-V电源模块连接，漏极与像增强器模块以及主芯片连接。

进一步地，所述主芯片为STM8S处理器。

进一步地，所述安装筒的下表面设置有安装板；

所述安装板的下表面为弧形结构，该弧形结构与筒状结构的遮光罩外表面适配。

进一步地，所述后端盖上嵌有插头和指示灯；

所述电路板上设置有与所述插头相适配的插座；

所述后端盖上还嵌有指示灯。

进一步地，所述主芯片的输出端通过RS485通讯总线与外部主控制器模块连接。

所述指示灯与电路板电连接。

进一步地，所述探测器组件固定于前端盖的内壁上；

所述四象限探测器设置于靠近前端盖的电路板上。

进一步地，所述遮光筒与安装筒螺纹连接；

所述探测器壳体采用铝制作。

进一步地，所述两个相互平行的电路板之间通过至少两个铜柱支撑连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明设置了探测器壳体，探测器壳体外部涂覆保温层；并将探测器组件设置于探测器壳体内，满足了临界空间-40℃的工作环境。遮光筒的视场大于紫外光谱仪的视场；使得太阳在进入光谱仪的视场之前先进入到太阳角度传感器的视场，当太阳角度传感器的四象限探测器探测到太阳进入视场后，太阳传感器输出关闭像增强器模块的指令，当太阳离开光谱仪视场时，太阳角度传感器输出一个打开像增强模块的指令。太阳角度传感器输出打开或关闭指令将开启或关闭像增强器的时间发送给主控器模块，方便主控器模块进行数据裁剪，由此避免探测器组件长期在太阳照射下导致性能衰减最终损坏的现象。

2.本发明的主芯片通过RS485通讯总线与外部主控制器模块连接，由此便于系统扩展，传输的信息也方便主控制器模块对像增强器后端成像组件无效数据进行剔除。

附图说明

图1是本发明带有太阳角度传感器的紫外光谱仪结构示意图；

图2是本发明用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器的结构示意图；

图3是本发明中的电路连接示意图；

图4是本发明中高压模块的内部电路连接示意图。

图中：

1-紫外光谱仪，2-遮光罩，3-太阳角度传感器，4-安装筒，41-安装板；

5-探测器组件；51-电路板，52-四象限探测器，53-主芯片，54-一级线性驱动，55-高压模块，551-反相器，552-缓冲器；

56-跨导放大器，57-低通滤波器，58-电压放大器，59-铜柱；

6-本体，61-前端盖，62-后端盖，7-插头，8-指示灯，9-遮光筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，结合图1、图2所示，紫外光谱仪1包括筒状结构的遮光罩2，紫外光谱仪1的内部设有像增强器模块，太阳角度传感器3包括探测器壳体、安装筒4、遮光筒9以及探测器组件5；

探测器壳体采用具有屏蔽作用的铝制作，其外部涂覆保温层，使得光线经过低温区不受影响；

探测器壳体包括本体6，本体6的前端设置有前端盖61，后端设置有后端盖62；从而在前端盖61、本体6以及后端盖62之间形成一个用于安装探测器组件5的腔体，探测器组件5还固定于前端盖61的内壁上；前端盖61上设置有与探测器组件5的探测面对应的通孔；安装筒4的后端安装于通孔处，前端螺纹连接遮光筒9，该设计相比较遮光筒和安装筒一体式设计能够更加灵活的适应于不同视场角的太阳角度传感器系统，调节时系统视场角时仅仅需要更换不同尺寸的遮光筒长度。安装筒4的下表面设置有安装板41；安装板41的下表面为弧形结构，该弧形结构与筒状结构的遮光罩2外表面的弧形结构适配；使得遮光筒9的轴线与遮光罩2的轴线平行，进而保证入射及出射紫外线角度一致；后端盖62上嵌有插头7和指示灯8；电路板上设置有与插头7相适配的插座；指示灯8与电路板51电连接。

该机械结构部分实现其视场大小单位为0°至3.66°(紫外光谱仪视场角为0.2°)。

如图3所示，探测器组件5包括两个相互平行的电路板51；两个相互平行的电路板之间通过至少两个铜柱59支撑连接。电路板51上设置有探测面与前端盖上的通孔对应的四象限探测器52，四象限探测器52设置于靠近前端盖的电路板上，四象限探测器52选用QP50-6 TO型四象限探测，该四象限探测工作温度范围宽、暗电流小、结电容小，量子效率高且价格低；

探测器组件5还包括主芯片53、一级线性驱动54以及高压模块55；主芯片53采用STM8S处理器。STM8S处理器具有8路12位ADC，芯片尺寸为3*3mm，具备UART功能。

四象限探测器52的四个象限分别依次通过跨导放大器56、低通滤波器57以及电压放大器58与主芯片53的AD引脚连接；主芯片53的输出端通过一级线性驱动54与高压模块55的输入端连接，并与外部主控制器模块连接；主芯片的IO端口无法驱动高压模块，因此需要在主芯片和高压模块之间增加一级线性驱动。

如图4所示，其中，高压模块55包括50V电源模块、-200V电源模块、反相器551、缓冲器552、N-MOS管以及P-MOS管；一级线性驱动54的输出端经反相器551与N-MOS管的栅极连接；N-MOS管的漏极与50V电源模块连接，源极与像增强器模块以及主芯片连接；同时，一级线性驱动的输出端还经缓冲器552与P-MOS管的栅极连接；P-MOS管的源极与-200V电源模块连接，漏极与像增强器模块以及主芯片连接。由此，可实现当输入高电平时输出端输出-200V，低电平时输出端输出50V。

由此，四象限探测器经过跨导放大器后，再经低通滤波器、电压放大器进入主芯片的AD引脚。主芯片通过四路输入的探测信号可以获得当前太阳角度的信息，通过外部主控制器模块进行阈值判断后输出控制高压模块的信号，信号经过一级线性驱动进入高压模块，当输入信号为正时，高压模块输出-200V电压，输入信号为负时，高压模块输出50V电压，外部主控制器模块通过高压模块的监控端监测高压是否正常输出。四象限探测器每1us获取一次太阳角度信息，将当前的角度信息和高压模块状态进行发送给外部主控制器模块。

本发明需要接收不同视场时，只需更换遮光筒，便可能灵活适应需求；本发明的太阳角度传感器满足临界空间-40℃的工作环境，使用进口的四象限探测器实现1us获取一次太阳角度信息的功能，通过RS485总线太阳角度信息和像增强器工作状态信息可以定时发送给外部主控模块，方便外部主控模块对探测器组件获取的数据进行裁剪；提供了高压模块，高压模块可根据实验室标定的切换阈值自动输出50V和-200电压对像增强器进行工作状态切换。

Claims (9)

1.一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，所述紫外光谱仪(1)包括筒状结构的遮光罩(2)，紫外光谱仪(1)的内部设有像增强器模块，其特征在于：所述太阳角度传感器(3)包括探测器壳体、安装筒(4)、遮光筒(9)以及探测器组件(5)；

所述探测器壳体包括本体(6)，本体(6)的前端设置有前端盖(61)，后端设置有后端盖(62)；所述前端盖(61)上设置有通孔；

所述探测器壳体外部涂覆保温层；

所述安装筒(4)的后端安装于所述前端盖(61)上的通孔处，前端安装遮光筒(9)，安装筒(4)的下表面固定于遮光罩(2)上；

所述遮光筒(9)的轴线与遮光罩(2)的轴线平行；

所述遮光筒(9)的内径及长度满足：遮光筒(9)的视场大于紫外光谱仪(1)的视场；

所述探测器组件(5)设置于本体(6)内，且与外部控制器模块电连接，探测器组件(5)的探测面与通孔处对应；

所述探测器组件(5)用于获取太阳光线角度信息以控制像增强器模块；

所述探测器组件(5)包括两个相互平行的电路板(51)；

所述电路板(51)上设置有四象限探测器(52)、主芯片(53)、一级线性驱动(54)以及高压模块(55)；

所述四象限探测器(52)的四个象限分别依次通过跨导放大器(56)、低通滤波器(57)以及电压放大器(58)与主芯片(53)的AD引脚连接；

所述主芯片(53)的输出端通过一级线性驱动(54)与高压模块(55)的输入端连接，并与外部主控制器模块连接；

所述高压模块(55)的输出端与像增强器模块的输入端连接，并与主芯片(53)连接；

所述高压模块(55)根据输入信号的正负输出相应电压。

2.根据权利要求1所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述高压模块(55)包括50V电源模块、-200V电源模块、反相器(551)、缓冲器(552)、N-MOS管以及P-MOS管；

所述一级线性驱动(54)的输出端经反相器(551)与N-MOS管的栅极连接；

所述N-MOS管的漏极与50V电源模块连接，源极与像增强器模块以及主芯片连接；

所述一级线性驱动的输出端经缓冲器(552)与P-MOS管的栅极连接；

所述P-MOS管的源极与-200V电源模块连接，漏极与像增强器模块以及主芯片连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述主芯片(53)为STM8S处理器。

4.根据权利要求3所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述安装筒(4)的下表面设置有安装板(41)；

所述安装板(41)的下表面为弧形结构，该弧形结构与筒状结构的遮光罩(2)外表面适配。

5.根据权利要求4所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：

所述后端盖(62)上嵌有插头(7)和指示灯(8)；

所述电路板上设置有与所述插头(7)相适配的插座；

所述指示灯(8)与电路板(51)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述主芯片(53)通过RS485通讯总线与外部主控制器模块连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述探测器组件(5)固定于前端盖(61)的内壁上；

所述四象限探测器(52)设置于靠近前端盖的电路板(51)上。

8.根据权利要求7所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：所述遮光筒(9)与安装筒(4)螺纹连接；

所述探测器壳体采用铝制作。

9.根据权利要求8所述的一种用于保护紫外光谱仪的太阳角度传感器，其特征在于：

所述两个相互平行的电路板之间通过至少两个铜柱(59)支撑连接。