CN108369137B - 全太阳光谱装置和方法 - Google Patents

Abstract

太阳光谱辐照度(SSI)测量对于太阳能集热器/光伏电池板效率和太阳能资源评估，以及科学气象/气候观测和材料测试研究而言，非常重要。迄今为止，此类测量利用的是基于改进型衍射光栅的科学仪器，体积庞大、价格昂贵，对于通用结构而言，机械完整性很低。作为现场太阳能资源评估和模块性能表征研究的一部分，提供准确确定全太阳光谱以及全部水平或倾斜辐照度的紧凑型且成本效益高的工具是有利的。所述工具在开阔场地、非控制部署中不设有机械和环境稳定性的移动部件，并可利用软件来解析280‑4000nm光谱内所测量的全球、直射和漫射的太阳光谱，除了主要的大气过程(例如，空气质量、瑞利散射、气溶胶消光、臭氧和水蒸气吸收)之外。

Description

全太阳光谱装置和方法

技术领域

本发明涉及全太阳光谱辐照度，尤其是涉及紧凑型、不可移动部分可现场部署的装置，以及测量和解析全球、直射和漫射的太阳光谱辐照度、直接正常辐照度以及气溶胶、水蒸气和臭氧光谱吸收分布的方法。

背景技术

太阳能是通过一系列不断发展的技术(例如，太阳能加热、光伏、太阳能热能、太阳能建筑和人工光合作用)所利用的太阳辐射出的光和热。太阳能是可再生能源的重要来源，根据太阳能技术捕获和分配太阳能或将光和热转换成太阳能的方式，广义上分为被动式太阳能或主动式太阳能。主动太阳能技术包括使用光伏系统、集中太阳能和太阳能水加热来利用能源。被动式太阳能技术包括使建筑物朝向太阳，选择具有良好热质量或光线散射特性的材料，和设计具有自然循环空气的空间。

通常称为太阳能电池的光伏电池是将在波长工作范围内的入射光线转换成电，以便立即使用或随后在电池内储存而使用的电气装置。历史上，有两个当日时间依赖因素会使光伏模块的特性和阵列性能以及不同部署位置中的预计发电复杂化。所述因素是指一天中太阳光谱的变化以及太阳角入射角引起的光学效应。因此，太阳光谱辐照度(SSI)测量对于太阳能收集器/光伏面板效率和太阳能资源评估非常重要；而对于科学气象/气候观测和材料测试研究也很重要。

迄今为止，SSI测量利用了基于衍射光栅的改进型科学仪器，因而通常通过体积庞大、昂贵以及通用的低机械完整性来定义。因此，作为现场太阳能资源评估和模块性能表征研究的一部分，提供准确确定全太阳光谱以及全部水平或倾斜辐照度的紧凑型且成本效益高的工具是有利的。更有利地，所述工具在开阔场地、非控制部署中不设有机械和环境稳定性的移动部件，并可利用软件来解析280-4000nm光谱内所测量的全球、直射和漫射的太阳光谱，除了主要的大气过程(例如，空气质量、瑞利散射、气溶胶消光、臭氧和水蒸气吸收)之外。

通过以下对本发明具体实施例及附图进行的描述，本领域技术人员将会对本发明的其他方面和特征有更清晰的了解。

发明内容

本发明旨在缓解现有技术中全太阳光谱辐照度的限制，尤其是涉及紧凑型、不可移动部分可现场部署的装置，以及测量和解析全球、直射和漫射的太阳光谱辐照度以及气溶胶、水蒸气和臭氧光谱吸收分布的方法。

根据本发明的一个实施例所提供的一种装置，包括：球形漫射器，包括外部主体内的球形腔体，所述球形腔体涂覆有第一近朗伯材料；

形成在球形漫射器上的第一预定位置中具有第一预定直径的第一孔；

形成在球形漫射器上的第二预定位置中具有第二预定直径的第二孔；

相对于第一孔和第二孔按预定关系设置的挡板，所述挡板具有预定的厚度，涂敷有第二近朗伯材料，设置在球形漫射器的内表面上且具有限定球体预定部分的几何形状；

多个光学准直器，可耦合到所述第二孔且限定多个光电检测器中每个光电检测器的最大角度接收角，所述多个光电检测器设置在耦合到所述第二孔的光学准直器的远端；以及

多个滤光器，每个滤光器具有预定光波长的通带且与多个准直器中的光学准直器结合设置，以过滤从第二孔出射的光信号。

根据本发明的一个实施例所提供的一种装置，包括：

多个第一光电检测器，每个第一光电检测器通过包括漫射器元件、带通滤波器和光学准直器的光路来接收环境光学环境的预定波长范围，以将入射的环境光线角度限制在预定视场内；

多个第二光电检测器，径向地设置在突出于所述多个第二光电检测器上表面的柱上；以及

电路，所述电路包括对所述多个第一光电检测器中每个第一光电检测器的光电流进行数字化的第一部分、对所述多个第二光电检测器中每个第二光电检测器的光电流进行数字化的第二部分，以及至少根据多个第一光电检测器的数字化光电流、多个第二光电检测器的数字化光电流以及不存在大气的太阳光谱模型来产生重建太阳光谱的第三部分。

根据本发明的一个实施例所提供的一种装置，包括：

多个过滤波长光电检测器，每个过滤波长光电检测器可接收预定波长范围和预定入射角内，从周围环境到光电检测器法线的光线；

多个第二光电检测器，每个第二光电检测器可接收来自周围环境的光线；相对于所述多个第二光电检测器设置的阴极；以及

设置在所述装置正面上的光学元件，所述光学元件包括：

设置在所述多个第二光电检测器前面的第一均匀透明区域和包括多个特征的第二漫射区域，每个特征根据与过滤波长光电检测器的预定波长和所述光学元件的形成材料而设计；

位于装置的前表面上方，可保护漫射器、阴极和元件中多个第二光电二极管的透明罩。

通过以下对本发明的具体实施例及附图进行的描述，本领域技术人员将会对本发明的其他方面和特征有更清晰的了解。

附图说明

现将本发明的实施例通过示例并参照附图进行说明，其中：

图1是根据本发明的实施例，全太阳光谱辐照度计(SolarSIM-G)的示意图，具有可附接和移除的漫射器；

图2是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G的组装分解图；

图3是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G的横截面组装分解图；

图4是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G的壳体分解图；

图5是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G内使用的根据本发明实施例的漫射板的平面图和横截面透视图；

图6是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G内使用的根据本发明实施例的阴极和光电检测器元件的透视图和横截面透视图；

图7是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G内使用的根据本发明实施例的滤波器和外壳的透视图和横截面透视图；

图8A是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G内使用的根据本发明实施例的管准直仪的透视图和横截面透视图；

图8B是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G内使用的根据本发明实施例的光学线路图；

图9是根据图1所示的本发明实施例，SolarSIM-G的组装结构和数据流图；

图10是根据图1所示的本发明实施例，用于SolarSIM-G生成结果的处理流程图；

图11是根据本发明的实施例，全太阳光谱辐照度计(SolarSIM-G)的示意图，具有可附接和移除的保护罩和外部机械壳体；

图12是根据图11所示的本发明实施例，SolarSIM-G的壳体分解图；

图13是根据图11至12所示的本发明实施例，SolarSIM-G的横截面组装分解图；

图14是根据图11至13所示的本发明实施例，SolarSIM-G内光学漫射器-滤波器-光学准直器元件的分解图和横截面组装分解图；

图15A是根据图11至14所示的本发明实施例，包括光学漫射器-滤波器-光学准直器-以及SolarSIM-G内光电检测器元件的光学子组件的横截面组装图；

图15B是根据图11至14所示的本发明实施例，SolarSIM-G内单个光线追踪的示意图；

图15C是根据本发明的实施例，SolarSIM-G的示意图；

图16是根据图11所示的本发明实施例，SolarSIM-G的组装结构和数据流图；以及

图17是根据图11所示的本发明实施例，用于SolarSIM-G结果生成的处理流程图。

具体实施方式

本发明涉及全太阳光谱辐照度，尤其是涉及紧凑型、不可移动部分可现场部署的装置，以及测量和解析全球、直射和漫射的太阳光谱辐照度、直接正常辐照度以及气溶胶、水蒸气和臭氧光谱吸收分布的方法。

下文的实施例说明仅为示例性质，不旨在限制本专利的范围、适用性或配置。当然，下文对实施例的说明将向本领域技术人员提供用于执行实施例的适用性说明。需要了解的是，在不脱离上述所附权利要求书精神和范围的前提下，可对元件的功能和布局进行各种变型。因此，实施例只是发明的示例或实施例，而非仅有的实施例。“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”的不同表述不一定均表示相同的实施例。虽然本发明的各特征仅结合单一实施例上下文说明，但这些特征也可独立提供或以适当的方式组合提供。为了清楚起见，本发明可在单个实施例中进行说明，也可在单个实施例或实施例的任何组合中实施。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”或“其他实施例”的引用是指与实施例相关的特定特征、结构或特性均包括在本发明的至少一个实施例中，但无需包括在所有实施例中。本文中使用的措辞和术语仅用于说明的目的，并不应视为具有限制性意义。应该理解，在权利要求或说明书中提及“一个”元件时，此类参考不视为仅存在一个所述元件。应该理解，说明书中说明“可以”、“许可”、“能够”或“可能”包括一个部件特征、结构或特点时，则表示非必须包含该特定部件、特征、结构或特点。

术语“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等用于指展示本发明实施例的附图中特定特征、结构或元件的方面。显而易见，此类关于设备实际使用的方向性术语不具有特定的含义，原因是用户或多个用户可在多个方位上使用设备。所涉及的术语“包含”、“包括”、“由......组成”及其语法变型并不排除添加一个或多个组件、特征、步骤、整体或其组合，此类术语不应视为指定组件、特征、步骤或整体。同样，短语“基本由......构成”及其语法变体，在本文中使用时，不得理解为排除新增部件、步骤、特征、完整体或群组，而是新增的特征、完整体、步骤、部件或群组并不能从很大程度上改变要求保护的组成、装置或方法的基本特点和新颖特点。若说明书或权利要求书指的是“一个新增”元件，其意思是指并不排除一个以上的新增元件。

此处以及本说明书全文所用的“便携式电子设备”(PED)，均指需用电池或其他独立能量形式作为电源、用于通讯和其他应用的无线设备。包括但不限于蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式计算机、呼叫器、便携式多媒体播放器、便携式游戏机、手提电脑、平板电脑、可穿戴设备和电子阅读器等设备。

此处以及本说明书全文所用的“便携式电子设备”(PED)，均指需连接到固定接口以获得电源、用于通讯和其他应用的无线和/或有线设备。包括但不限于笔记本电脑、个人电脑、电脑服务器、信息站、游戏控制台、数字机顶盒、模拟机顶盒、基于因特网的设备、基于因特网的电视和多媒体播放器。

此处以及本说明书全文所使用的“服务器”，均指同地协作和/或地理上分布、作为其他电脑、PED、FED等用户主机运行一个或多个服务的一台或多台物理计算机，为这些其他用户的客户需求服务。该类服务器包括但不限于：数据库服务器、文件服务器、邮件服务器、打印服务器、网站服务器、游戏服务器或虚拟环境服务器。

如本文所使用的“应用”(通常英文缩写为“app”)可以指但不限于“软件应用”、“软件套件”元件、允许个人执行活动的计算机程序、允许电子设备执行活动的计算机程序以及允许本地和/或远程电子设备通信的计算机程序。应用不同于操作系统(运行计算机)、实用程序(执行维护或通用工作)和编程工具(创建计算机程序)。一般而言，下文关于本发明实施例的说明中，应用通常是指永久和/或临时安装在PED和/或FED上的软件。

本文使用的“电子内容”(也称为“内容”或“数字内容”)可以指但不限于以存储、发送、接收和/或转化的数字数据形式存在的任何类型的内容，其中这些步骤中的一个或多个可以是模拟的，但通常这些步骤是数字化的。数字内容的形式包括但不限于独立文件中数字广播、流式传输或包含的信息。具体而言，数字内容的类型包括流行媒体类型，例如MP3、JPG、AVI、TIFF、AAC、TXT、RTF、HTML、XHTML、PDF、XLS、SVG、WMA、MP4、FLV和PPT，以及其他类型，例如参见http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_file_formats。更广泛的方法中，数字内容垫包括任何类型的数字信息，例如数字更新的天气预报、GPS地图、电子书、照片、视频、Vine^TM、博客发帖、Facebook^TM发帖、Twitter^TM推特、在线电视等。数字内容可以是响应于用户请求而生成、选择、创建、修改和发送中至少一个的任何数字数据，所述请求可以例如是查询、搜索、触发器、警报和消息。

此处以及本发明全文所使用的“支架”或“多个支架”是指用于保持、接合或支撑另一种材料或多个元件的结构。其包括但不限于基底和膜等此类二维(2D)结构，几何物体、非几何物体，几何和非几何物体组合的三维(3D)结构，自然形成的结构构造和人造结构构造。支架可以是实心的、中空的和多孔的或其组合。支架可以包含凹部、气孔、开口、孔部、通孔和通道或其组合。支架可以是光滑的、纹理化的、具有预定的表面轮廓和/或特征。支架可用于支撑一种或多种其他材料、一种或多种膜、多层膜、一种类型的颗粒、多种类型的颗粒等；支架可包括但不限于装置的脊部和/或框架，例如还可支撑壳体和/或套管。

此处以及本发明全文所使用的“壳体”是指根据本发明实施例用于装置内包含和/或围绕至少部分和/或全部多个元件的结构。所述壳体可以包括但不限于安装到一个或多个支架上的一个或多个部件，所述支架可支撑根据本发明实施例的装置内的元件。

此处以及本发明全文所使用的“套管”是指围绕支架和/或壳体的结构。其包括通常由弹性体和/或硅树脂形成的结构，以提供装置形成的部分物理触觉表面性质的所需组合，并且其他性质包括但不限于气密性、液体侵入阻挡层、固体颗粒进入阻挡层、表面光泽和颜色。套管可以包括但不限于安装到一个或多个支架上的一个或多个部件，和/或形成根据本发明实施例的装置一部分的一个或多个套管。

此处以及本发明全文所使用的“聚酯”是指在其主链中含有酯功能团的一类聚合物。其包括但不限于聚酯，例如通过逐步增长聚合作用的天然存在化学品以及合成物。聚酯可以是可生物降解的或不可生物降解的。聚酯可以是热塑性或热固性或通过硬化剂固化的树脂。聚酯可以是脂族、半芳族或芳族。聚酯可以包括但不限于利用聚乙交酯、聚乳酸(PLA)、聚己酸内酯(PCL)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。

此处以及本发明全文所使用的“热塑性”或“热塑性塑料”是指在高于特定温度时变得柔软或可模制并在冷却时固化的一类聚合物。热塑性塑料可以包括但不限于聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯砜(PPSU)、聚氯三氟乙烯(PCTFE或PTFCE)、氟化乙烯丙烯(FEP)和全氟烷氧基烷烃(PFA)。

此处以及本发明全文所使用的“金属”是指具有良好的导电性和导热性的材料。此类材料可以是可延展的和/或可熔的和/或可延展的。金属可以包括但不限于铝、镍、铜、钴、铬、银、金、铂、铁、锌、钛及其合金，例如青铜、不锈钢、黄铜和磷青铜。

此处以及本发明全文所使用的“聚硅氧烷”是指聚合物，其包括由硅氧烷的重复单元组成的任何惰性合成化合物。

此处以及本发明全文所使用的“弹性体”材料或“弹性体”是指具有粘弹性的材料，通常为聚合物。所述弹性体可以包括但不限于不饱和橡胶，例如聚异戊二烯、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、含氟弹性体、全氟弹性体和热塑性弹性体。

全光谱辐照度计(SolarSIM-G)是用于解析预定波长范围内全球、直射和漫射的太阳光谱辐照度以及气溶胶、水蒸气和臭氧光谱吸收曲线的仪器，例如280nm≤λ≤4000nm下图1至10中所示的本发明实施例。因此，根据本发明的实施例的SolarSIM-G可将多个仪器中(例如，分光辐射度计、日射强度计、太阳光度计、日温计和气象站)的功能集成到单一的紧凑型壳体中。根据本发明的实施例(图1至10)所述，SolarSIM-G提供六个光谱通道，显而易见，尽管可植入较多或较少的光谱通道，但通常较少的光谱通道会导致相应的性能和/或功能下降。因此，根据本发明实施例的SolarSIM-G包括：

·与每个光谱通道的定制形状微型漫射器结合的多个光谱通道，以优化余弦响应；

·漫射光线传感器；

·作为测量输入的其他周围环境传感器；以及

·软件算法，可解析全球、直射和漫射的太阳光谱以及光谱、大气气溶胶、水蒸气和臭氧传输曲线。

如下图1至9所示，显而易见，每个光谱通道包括光电二极管-准直管-带通滤波器组合，可限制每个光电二极管感测滤波器的视场。如此可消除撞击光电二极管的高入射角光线，消除了带通滤波器在高入射角光线下所显示的中心波长偏移。

如下图1至9所示，漫射辐照度传感器由几个小型光电二极管包围的阴影极点组成，可使所述装置评估漫射/全部光线的比率以及漫射辐照度。已知漫射与全部光线的比率，可使SolarSIM-G主动校正仪器的余弦响应，并帮助软件算法解析全球、直射和漫射的太阳光谱。

图1展示了根据本发明实施例的SolarSIM-G的第一和第二三维(3D)透视图100A和100B，可附接或不附接前漫射板。图2展示了SolarSIM-G分解组件的第一和第二3D透视图200A和200B。图1至3中的SolarSIM-G是在预定波长范围内工作的6-通道设计，例如，280nm≤λ≤4000nm。因此，图2-9展示了所述6-通道设计，但本领域技术人员应清楚理解，可实施不同通道计数的替代实施例。类似地，显而易见，可省略漫射光传感器等元件。图中的元件包括：

·漫射板270；

·光学带通干涉滤波器260；

·漫射光线和温度传感器(DILITS)280；

·外壳250；

·准直管230；

·主PCB 220；

·周围环境传感器290；

·背板210；以及

·防水膜通风口240。

图4展示了SolarSIM-G外部壳体元件的第一和第二3D透视图400A和400B，提供了SolarSIM-G的外表面以及直接地或在接口上提供的直接入口屏障等。所述外部壳体元件包括底板210、外壳250和漫射板270。如图所示，外壳250可形成大部分的外部壳体，漫射板270安装在顶部，底板210安装在底部。

所述漫射板270可接收整个半球中的光线，并将光线散射到所有方向(向前和向后)。本发明的该实施例中，对于光学波长范围为280nm≤λ≤4000nm，PTFE或Teflon^TM是形成漫射器主体材料的示例。所述漫射板270可散射入射在SolarSIM-G上表面的光线，且需独立于入射角而散射，从而射向光电检测器的光线可在所有入射角上耦合，以实现良好的余弦响应。若无漫射板270，入射角很大时，大部分光线将反射且无法检测，因而无法实现余弦响应。如图5中第一至第三视图500A至550C所示，SolarSIM-G漫射板270可提供双重功能，可同时用作阴极和光电检测器的前盖以及波长选择性光电检测器的漫射器。漫射器主体510的六个突出区域520是SolarSIM-G内每个波长滤波器的漫射器；所述六个小型漫射器的几何结构经过优化，可在相应的感兴趣的波长范围内实现最佳的余弦响应。因此，如图所示的实施例中，每个滤波器具有特定的漫射器520设计。然而，在本发明的其他实施例中，根据漫射器的设计，可能需要不同漫射器设计的光学特性，或在一些实施例中，可能需要针对一个、两个或以上波长通道的不同漫射器设计的光学特性。漫射板270内的窗口530是透明的，阴极及其相连的光电检测器具有盖。

在本发明的实施例中，漫射板270可由所需波长范围内的光学透明材料形成，突出区域520可通过对材料进行处理(例如，喷砂、蚀刻等)而制成漫射性，从而使窗口530透明。或者，漫射元件的主体可由所需波长范围内的漫射性光学透明材料形成，窗口530可由单独的材料形成，所述材料在所需波长范围内是清澈且光学透明的材料。

在本发明的其他实施例中，SolarSIM-G漫射板270可由所需波长范围内的其他透明材料(例如，玻璃)形成。可选地，SolarSIM-G漫射板270可由两个或以上元件形成，而非每个通道具有单独或甚至不同的漫射器元件。在其他实施例中，漫射器可呈透明，也可呈结霜和/或半透明。

如图1至9所示，SolarSIM-G可采用六个通道，中心波长(CWL)约为410-430nm、480-505nm、600-620nm、670-690nm、860-880nm和930-960nm。此外，如图所示，位于DILITS 280上方的漫射器主体510区域(例如，区域530)可呈平坦状，或可选地采用表面轮廓。如具有横截面X-X的第二视图500B所示，漫射器主体510的内表面具有凹部，以便将每个滤波器与相应的微型漫射器对齐。此外，如具有横截面Y-Y的第三视图500C所示，DILITS 280上方的漫射器主体510区域也呈凹陷状。

如图1至图4所示，SolarSIm-Gas内的DILITS 280可使G-SolarSIM确定全辐照度与漫射辐照度之比。如图6中的3D透视图600A和横截面3D透视图600B所示，可使用外壳上表面内形成的阴极750(突出金属片)以及放置DILITS 280的凹部730。所述阴极750通过DILITS280内的开口640突出，由几个小型光电检测器630包围，所述小型光电检测器630安装在形成DILITS 280主体的PCB 610上。可选地，小型光电检测器630可由一个或多个检测器阵列替代。一整天中，太阳在天空中的明显运动可使阴极750将阴影投射到不同的光电二极管630上，阻挡有阴影投射到的所述光电二极管630中的直射太阳光束，人们可较有效地评估漫射辐照度。可选地，DILITS 280上方的漫射器主体510区域可呈透明而非漫射或半透明。未有阴影投射到的光电检测器630可报告全辐照度(漫射+直射光束辐照度)，而所投射到的光电检测器可报告漫射光束辐照度。两者的比率可提供关于漫射辐照度和大气条件的信息。例如，在阴天，人们可预计每个光电检测器的读数大致相同。在晴天，阴影光电检测器可报告低辐照度，而其他光电检测器可报告较高辐照度。

鉴于一些原因，已知漫射与直射光束比率非常重要。如果已知该比率，则可在仪器上校正主动余弦响应。在实验室条件下，仪器余弦响应可通过将接近准直的光源以不同角度照射到仪器上来确定。将仪器的响应与理想的余弦响应进行比较，并进行校正。但在户外条件下，仪器不会“知道”相对于其他角度，在某些角度直接射入多少光线。通过建立直射漫射比率，人们可准确地确定直接光束辐照度中的光线数量，原因是人们知道一天中任何时候太阳的位置。

阴极位于滤波器“后面”，以消除太阳高度角较低时滤波器的阴影。在本发明的一个实施例中，阴极定向为正北，而滤波器的箭头状排列指向南方。DILITS 280还包括温度传感器620，用于调节漫射器的温度传输。可方便地将所述温度传感器620定位在连接到主PCB220的漫射光传感器PCB 610上。

外壳250可提供工具，以便将所有东西固定在一起并保护部件免受天气因素影响。外壳250(图1至4)在图7中分别以3D透视图700A和第一和第二横截面3D透视图700B和700C示出。如图所示，上外表面包括凹部730，所述凹部730中具有阴影极750和开口760。图中还展示了六个滤波器凹部720，每个凹部720中均具有孔740。上表面还包含一个O形环槽，用于在外壳和漫射器之间插入/放置一个O形环，从而漫射器可将外壳密封，防止湿气和碎屑侵入。所述外壳还具有干燥剂腔体，用于调节装置内部的湿度。

每个带通干涉滤波器均可使窄带光束通过CWL周围的光电二极管。对于图1至9中的实施例，所述CWL分别约为410-430nm、480-505nm、600-620nm、670-690nm、860-880nm和930-960nm。所述CWL可以是现成的硬涂层和坚固型滤波器，可承受户外环境。本发明图1至9所示的实施例中，滤波器呈圆形，且可分离或位于壳体内，其中壳体和漫射器上的凹部几何形状和深度应适合组装。

如图2至图3所示的外壳内具有直管230，如3D透视图800A、端视图800B以及分别表示横截面X-X和Y-Y的第一和第二横截面800C和800D所示。所述准直管230的功能是将光电二极管视图限制为特定角度范围内入射的光线。带通干涉滤波器可在正常入射下工作。随着入射角增加，中心波长发生蓝移(接近紫外光谱范围)。但大多数带通干涉滤波器在0°-10°的入射角下，表现出可忽略不计的升高。因此，准直管旨在“过滤”角度大于接近最佳接收角度的光线(根据滤波器的规格)。

涂覆准直管230，使所需波长(即280nm≤λ≤4000nm)上的吸收最小化。例如，一个物理实施例中使用了黑色阳极氧化的铝挡板。每个准直管包括管，所述管内具有挡板，以防止光线从壁部反射到检测器。壁部也可带螺纹，或更改表面以减少镜面反射。由于准直管230是与外壳分离的部件，因此外壳不必进行黑色阳极氧化或以相同方式处理来吸收光线。

光路如图8B所示，入射光线进行以下转换：

·漫射器520在所有方向上散射光线；

·散射光线穿过滤波器860；

·过滤后的散射光线受到前孔740的限制；

·具有正确入射角的剩余光线穿过挡板850，并撞击相连光电二极管870的有源区域。

光电检测器870电耦合到主PCB 220，所述主PCB 220位于准直管230的底部并通过外壳250和背板210与准直管230固定在一起。若将漫射板270连接到外壳250，类似地，所述外壳250和背板可具有O形环密封件和螺钉/螺栓安装件，但在本发明的其他实施例中，可采用其他液体和微粒屏障，例如，将背板210焊接到外壳250上或在外壳250和背板210之间采用垫圈。主PCB 220可提供所有模拟数据采集，并通过通信协议将该信息传递给主机。例如，可采用SolarSIM-G到主计算机的RS-485通信协议。但显而易见，SolarSIM-G和主计算机可通过其他有线和无线协议链接，包括但不限于IEEE 802.11、IEEE 802.15、IEEE 802.16、IEEE 802.20、UMTS、GSM 850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、GPRS、ITU-R 5.138、ITU-R5.150、ITU-R 5.280、IMT-1000、DSL、拨号、DOCSIS、以太网、G.hn、ISDN、MoCA、PON和电力线通信(PLC)。可选地，主计算机可与安装件相连，例如，SolarSIM-G可构成安装件的一部分。在本发明的其他实施例中，主机可远程；在一些情况下，可为远程服务器而非远程计算机。

漫射光传感器PCB 610和周围环境PCB 290还连接到主PCB 220，所述周围环境PCB290可感测环境温度、压力和湿度。为了实现期望的测量，将所述周围环境PCB 290连接到防水膜通风口240，所述防水膜通风口240可允许环境空气通过，而水无法通过。用于监测环境的环境PCB220与防水膜通风口240之间可用硅树脂或O形环密封，所述防水膜通风口240也可提供SolarSIM-G内部环境与周围外部环境之间的压力平衡。

在本发明的实施例中，可设有外部保护盖(例如，罩)，以保护漫射元件免受周围环境的影响。对所述外部保护盖进行设计，从而使太阳光线可撞击阴极和围绕阴极的多个检测器(除了波长过滤通道的准直器管之外)。本发明的实施例设有罩，显而易见，由于漫射器元件不提供环境保护，因此所述漫射器元件可根据不同的设计指导来设计。因此，窗口(例如，图5中的窗口530)可省略，从而阴极和罩之间不设其他元件。在这种情况下，漫射器元件(例如，漫射器元件510)可仅覆盖SolarSIM-G的一部分上表面；可选地，漫射器结构(例如，突出区域520)可仅设置在准直器管开口内或准直器管内和周围。

可选地，可设置风扇，以便周期性地和/或连续地在外保护罩的外侧吹风，以减轻污染。

图9是根据本发明图1至8所示的实施例，分别包括第一至第四功能块900A至900D的SolarSIM-G的示例性系统框图。如图所示，第一功能块900A涉及多个波长通道，且针对每个波长包括微型漫射器、光学滤波器、光学瞄准仪(管)准直器、光电二极管和复用器。多路复用器的输出可耦合到跨阻放大器(TIA)，并通过模数转换器(ADC)转换为数字形式。ADC的输出可耦合到电子功能块900D。在本发明的另一实施例中，每个光电检测器具有相连的TIA，且多个TIA输出可针对ADC或多个ADC进行复用。

第二功能块900B涉及漫射/直射，包括阴极周围的漫射器、阴极、光电检测器，其中光电检测器输出可进行复用，并耦合到TIA，经由模数转换器(ADC)转换为数字形式。可选地，光电检测器输出可耦合到TIA，再复用到一个或多个ADC。ADC的输出可耦合到电子功能块900D。第三功能块900C涉及其他传感器，包括但不限于环境温度、压力、湿度、漫射器温度、内部温度和加速度计。所述传感器的输出还可耦合到电子功能块900D。

因此，所述电子功能块900D可接收与多个波长通道有关的复用数字数据、与阴极周围的光电二极管相关的复用数据以及多个环境传感器中的数字数据。所述数据可根据存储在与微控制器相连的存储器中的软件算法或软件算法，通过电子功能块900D内的微控制器来处理。所述电子功能块900D还可实现一个或多个通信协议，从而原始和/或处理后的数据可通过网络950推送或拉送到主机计算机或本示例中的远程服务器910。所述远程服务器910可处理SolarSIM-G中的数据或存储SolarSIM-G中处理后的数据；所述数据可包括但不限于全光谱辐照度(水平或倾斜)、直射光谱、漫射光谱、光谱水蒸气、气溶胶和臭氧吸收曲线。

图10是SolarSIM-G软件算法的软件框图。如图所示，左侧的所有输入可导入一系列初始处理算法和后续重建算法，以便解析全球、直射和漫射的太阳光谱。因此，如图所示，通道响应度取决于内部SolarSIM-G温度、通道校准、标称通道响应度和漫射器温度。可使用原始数字化光电流和当前校准数据，可使用或不使用漫射与全辐照比来生成(最终)校准通道数据。根据阴极光电检测器电流、校准数据以及利用日期、时间和位置数据的太阳位置算法中导出的太阳位置数据，可生成漫射与全辐照比。所述太阳位置数据还定义了空气质量零(AM0)光谱，即不具有中间环境的太阳光谱。所述输出可与加速度计、环境压力和环境温度结合在一个初始算法中，通过针对六个通道选择的波长，导出重新提取的水蒸气、气溶胶和臭氧的太阳光谱。

接着，对漫射光谱辐照度进行评估，用于生成精准的重建太阳光谱，再利用所述太阳光谱来重建最终的全球、漫射和直射光谱以及水、臭氧和气溶胶的大气吸收曲线。

全光谱是直射光谱辐射和漫射光谱辐照度的组合，由于未考虑到漫射辐照度，因此第一次重建不够完美。但重建的代用谱可评估大气中的气溶胶、水蒸气和臭氧含量，更好地得出近似漫射辐照度(通过阴极光电二极管确定的全辐射与漫射比进一步增强)。再从代用全太阳光谱中减去近似漫射辐照度，并再次进行重建，得出全光谱辐照度的直射分量。将评估的漫射光谱辐照度添加到直射分量，可产生全光谱辐照度。

如图9所示，本发明的实施例利用了410-430nm、480-505nm、600-620nm、670-690nm、860-880nm和930-960nm的CWL处的六个波长通道。表1列出了上述波长与大气成分的联系。

通道CWL(nm)	大气成分
		410-430	气溶胶
480-505	气溶胶
		600-620	臭氧
670-690	气溶胶
		860-880	气溶胶
820-850、930-960	水蒸气

表1：带通滤波CWL与大气成分的联系

对于气溶胶，可考虑其他波长，例如，770-790nm、1040-1060nm、1240-1260nm和1640-160nm的CWL。有利地，小于约1100nm的波长可用硅光电检测器检测，而较长的波长需锗(Ge)或砷化铟镓(InGaS)光电检测器。

图11是根据本发明的实施例，SolarSIM-G的第一和第二三维(3D)透视图1100A和1110B，可附接和不附接保护罩和外部机械外壳。如第一和第二3D透视图1100A和1110B所示，SolarSIM-G的顶部表面内分别具有倾斜气泡1310和太阳正午指示器1110。所述太阳正午指示器1110的定位应在SolarSIM-G的安装位置指向太阳正午，例如，北半球的正南方。如图12所示，显而易见，积分球(球形漫射器)的光学系统沿着该线放置，从而光学准直器可在南北方向上对齐。

图12中的第一和第二3D透视图1200A和1200B分别从两个不同透视角度展示了SolarSIM-G(图11)的分解组件。图11和12中的SolarSIM-G是在预定波长范围内工作的7-通道设计，例如，280nm≤λ≤4000nm。因此，图13至17展示了所述7-通道设计，但本领域技术人员应清楚理解，可实施不同通道计数的替代实施例。因此，如图12和第一透视图1200A中所示，所述元件包括：

·保护罩1210；

·上漫射器主体1220；

·下漫射器主体1225；

·外部机械壳体1230；

·电连接器1235；

·电路板1240；

·环境传感器1245；

·安装板1250；

·SolarSIM-G底板1255；

·光学滤波器组件1260；

·第一光学准直器元件1270；

·第二光学准直器元件1280；以及

·光电检测器电路板1290。

图13是根据本发明图11和12所示的实施例，SolarSIM-G的分解横截面组装图，其中外部机械外壳1230和保护罩1210具有正确的物理联系，而非呈紧凑型(图12)。因此，如图所示，上述元件是：

·保护罩1210；

·倾斜气泡1310；

·外部机械壳体1230；

·上漫射器主体1220；

·下漫射器主体1225；

·电连接器1235；

·电路板1240；

·Gore^TM通风口1320；

·O形圈1330；

·SolarSIM-G底板1255；

·安装板1250；

·光学滤波器组件1260；

·第一光学准直器元件1270；

·第二光学准直器元件1280；以及

·光电检测器电路板1290。

图14是根据本发明图11所示的实施例，SolarSIM-G内光学漫射器-滤波器-光学准直器元件的分解横截面组装图，其中每个光学滤波器组件1260包括位于壳体1260A内的滤光器1260B。相比之下，图15A是根据本发明图11-14所示的实施例，包括光学漫射器-滤波器-光学准直器-以及SolarSIM-G内光电检测器元件的光学子组件的横截面组装图，可实现从外部周围环境到光电检测器电路板1290上每个光电检测器1560的光路。图中还展示了内部温度传感器1590。

如图15B所示，单个法向入射轴向光线在光学组件内受到追踪。因此，周围环境中的光线可穿过保护罩1210，一部分光线的可穿过由安装到上漫射器主体1220的孔径环1570形成的精确孔1510。因此，光线可在上漫射器主体1220和下漫射器主体1225匹配形成的积分球(球形漫射器)内反射和漫射，再通过上漫射器主体1220侧壁上形成的出口孔1520出射，进入由第一光学准直器元件1270和上漫射器主体1220外壁形成的漫射器腔1530。

漫射器挡板1580设置在围绕出口孔1520下半部区域内，以防止形成从精确孔1510到出口孔的直接反射路径。在本发明的实施例中，通过上漫射器主体1220和下漫射器主体1225匹配形成的积分球(球形漫射器主体)的内表面涂覆有所需波长范围内可提供宽光谱朗伯型光学漫射的涂料(例如，白色油漆)。在本发明的其他实施例中，所述内表面可通过喷砂等方式(而非机械加工)进行粗糙化。

类似地，漫射腔1530内的光线可涂覆和处理成积分球(球形漫射器主体)的内表面，再通过由第一和第二光学准直器元件1270和1280形成的光学准直器分别耦合到每个光电检测器1560以及光电检测器电路板1290上的相连电子器件。外壳1260A内的滤光器1260B设置在分别由第一和第二光学准直器元件1270和1280形成的每个光学准直器内。第一和第二光学准直器元件1270和1280内分别具有第一和第二准直器孔1540和1550。因此，光学元件的整体组合提供了针对SolarSIM-G的性能所期望的余弦响应。

图15C是图11至15B所示的SolarSIM-G的变型，其中积分球(球形漫射器)1220顶部的精确光学孔和保护罩可由漫射元件1500(例如，由PTFE形成的漫射元件1500)替代。所述漫射器元件1500可提供与薄片内精确孔对应的改进型余弦响应。

图16是根据本发明图11至15所示的实施例，SolarSIM-G 1600的示例性系统框图，分别包括SolarSIM-G 1600的第一至第三功能块1600A、1600B和900D。如图所示，第一功能块1600A涉及多个波长通道，由所有通道通用的积分球(球形漫射器)和漫射器腔1530组成；针对每个波长，耦合到光电二极管的滤光器和光学准直器组件，以及多个光电检测器中的输出可通过跨阻抗放大器(TIA)阵列耦合到电多路复用器。所述多路复用器的输出可通过模数转换器(ADC)转换为数字形式。ADC的输出可耦合到电子功能块900D。在本发明的另一实施例中，每个光电检测器具有相连的TIA，多个TIA输出可针对ADC或多个ADC进行使用。可选地，光电检测器中的输出可在由TIA放大并数字化之前进行多路复用。

第二功能块1600C涉及SolarSIM-G 1600内的其他传感器，包括但不限于环境温度、环境压力、环境湿度、内部温度、内部湿度和加速度计。所述传感器的输出还可耦合到电子功能块900D。

因此，所述电子功能块900D可接收与多个波长通道有关的复用数字数据以及多个环境传感器中的数字数据。所述数据可根据存储在与微控制器相连的存储器中的软件算法或软件算法，通过电子功能块900D内的微控制器来处理。所述电子功能块900D还可实现一个或多个通信协议，从而原始和/或处理后的数据可通过网络950推送或拉送到主机计算机或本示例中的远程服务器910。所述远程服务器910可处理SolarSIM-G中的数据或存储SolarSIM-G中处理后的数据；所述数据可包括但不限于全光谱辐照度(水平或倾斜)、直射光谱、漫射光谱、光谱水蒸气、气溶胶和臭氧吸收曲线。可选地，由SolarSIM-G获取的数据可在通过网络950传输到远程服务器910或另一设备之前，直接在SolarSIM-G上进行处理。

SolarSIM-G可采用一个或多个无线接口来与选自包括但不限于IEEE 802.11、IEEE 802.15、IEEE 802.16、IEEE 802.20、UMTS、GSM 850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、GPRS、ITU-R 5.138、ITU-R 5.150、ITU-R 5.280和IMT-1000的组的网络950进行通信。或者，SolarSIM-G可采用一个或多个有线接口来与选自包括但不限于DSL、拨号、DOCSIS、以太网、G.hn、ISDN、MoCA、PON和电力线通信(PLC)的组的网络950进行通信。

图17是SolarSIM-G软件算法的软件框图。如图所示，左侧的所有输入可导入一系列初始处理算法和后续重建算法，以便解析全球、直射和漫射的太阳光谱。因此，如图所示，通道响应度取决于内部SolarSIM-G温度、通道响应度校准和通道响应度。原始数字化光电流和当前校准数据可用于生成校准的通道光电流。可在太阳位置算法内使用日期、时间和位置信息，所述算法用于生成空气质量零(AM0)谱，所述谱是无干涉大气的太阳质量谱。在初始算法中，可将所述输出可与加速度计、环境压力和环境温度相结合，根据针对SolarSIM-G的七个通道所选的波长，导出具有所提取的水蒸气、气溶胶和臭氧的重建太阳光谱。

接着，对漫射光谱辐照度进行评估，用于生成精准的重建太阳光谱，再利用所述太阳光谱来重建最终的全球、漫射和直射光谱以及水、臭氧和气溶胶的大气吸收曲线。全光谱是直射光谱辐射和漫射光谱辐照度的组合，由于未考虑到漫射辐照度，因此第一次重建不够完美。但重建的代用谱可评估大气中的气溶胶、水蒸气和臭氧含量，进而更好地得出近似漫射辐照度(通过阴极光电二极管确定的全辐射与漫射比进一步增强)。再从代用全太阳光谱中减去近似漫射辐照度，并再次进行重建，得出全光谱辐照度的直射分量。将评估的漫射光谱辐照度添加到直射分量，可产生全光谱辐照度。

图11至15A所示的SolarSIM-G可通过安装板1250安装到表面，所述安装板可使SolarSIM-G在锁定前旋转。SolarSIM-G本身可通过由3个带弹簧的螺钉安装到安装板1250的底板1255来安装，通过调节所述螺钉和倾斜气泡1310可调平SolarSIM-G。外部机械壳体1230可通过一系列螺钉附接到底板1255，通风口1320设置在底板1255内，可通过室外环境传感器的压力平衡来测量环境压力、温度和湿度。所述通风口1320可使SolarSIM-G内部环境与周围环境的压力均衡，同时用作液体(例如，水和尘埃等微粒)的屏障。

在图11至15A所示的SolarSIM-G的上侧，保护罩1210可安装在外部机械壳体1230上表面的凹槽内，通过硅树脂或环氧树脂等材料粘附在适当位置。精确孔1510可由孔径环1570内的内部开口形成，所述孔径环1570由极薄的材料片(例如，80μm高纯度镍片)形成，理想情况下应为零厚度并具有极好反射性；所述精确孔1510可避免余弦损失，所述孔径环1570有助于积分球(球形漫射器)内的光学漫射。类似地，所述孔径环1570可通过硅树脂与精确孔1510密封，但也可采用机械附接。

上漫射器主体1220和下漫射器主体1225可形成积分球(球形漫射器)，理想情况下可产生极好的余弦响应，内表面涂覆有高度朗伯材料，以提供朗伯反射率，所述朗伯反射率是“理想”雾面或漫射性表面，各视角下均具有相同的表观亮度。在该实施例中，上漫射器主体1220和下漫射器主体1225可通过螺钉与唇口接头连接，但在本发明的其他实施例中可采用O形环或其他密封件，即采用其他工具连接上漫射器主体1220和下漫射器主体1225。再通过螺钉将漫射器安装到底板1255上。

输出孔1520位于上漫射器主体1220内，下半部设有漫射器挡板1580，所述漫射器挡板1580用于防止在接近法向入射的照射下，积分球(球形漫射器)中的第一反射。漫射器挡板1580呈球形，以便方位角对称，改进了余弦响应。输出孔1520可使光线进入漫射腔1530，让射线经历多次反射，以实现最佳漫射。所述漫射腔1530可由上漫射器主体1220和第一光学准直器元件1270形成。

所述第一光学准直器元件1270内具有每个波长通道的第一准直器孔1540。第二光学准直器元件1280可安装到第一光学准直器元件1270，内部具有内经加工的井口，以容纳滤光器1260B及其壳体1260A。所述第二光学准直器元件1280内具有第二准直器孔1550，与第一准直器孔1540共同限定光线的角度分布，以撞击每个检测器。上述条件是必需的，原因是带通滤波器的性能会随着入射角增加而降低，因此仅有接近准直光线(实际上约10度半角)可传递到光电检测器1560。

在本发明的实施例中，漫射器可根据漫射器所需的波长范围、成本、漫射器性能等，由一种或多种热塑性塑料、聚酯和玻璃形成。例如，漫射器可为BK7玻璃。可选地，外壳、底板和管准直器可由塑料、热塑性塑料、聚酯或金属形成，或由不同的塑料、热塑性塑料、聚酯或金属形成。可选地，在本发明的实施例中，机械结构可部分地或完全地封装在硅酮等套管内。可选地，外壳和管准直器可为单件、双件或多件。

上述说明给出了具体元件以便透彻理解该实施例。然而，需要了解的是本实施例可在缺少这些特定元件的情况下实施。例如，电路可在框图中示出，以免不必要的元件混淆对本实施例的理解。其他情况下，可显示公知的电路、过程、算法、结构和技术，而无需显示不必要元件，以免使该实施例模糊。

可以各种方式实现上述技术、块、步骤和装置。例如，技术、块、步骤和装置可通过硬件、软件或其组合来实现。对于硬件的实施，处理单元可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行上述功能的其他电子单元和/或其组合中实施。

同时应理解，实施例可描述为一个过程，通过流程图、作业图、数据流程图、结构图或框图来展示。虽然流程图可将操作说明为顺序过程，但许多操作可并行或同时执行。此外，操作顺序可重新排列。一个过程在操作完成后终止，但其他步骤可能未包含在图中。一个过程可对应于方法、功能、程序、子例程、子程序等；当过程对应于功能时，其终止对应于该功能返回到调用函数或主功能。

此外，实施例可由硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微代码、硬件说明语言和/或其任何组合来实现。在软件、固件、中间件、脚本语言和/或微代码中实施时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可存储在机器可读介质(例如存储介质)中。代码段或机器可执行指令可表示程序、功能、子编程、编程、例程、子例程、模块、软件包、脚本、级别或指令的任何组合、数据结构和/或编程语句。代码段可通过传递和/或接收信息、数据、参数、参量和/或存储器内容而耦合到另一代码段或硬件电路。信息、参数、参量、数据等可通过包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等的任何合适的手段传递、转发或传输。

对于固件和/或软件的实施，方法可通过使用实施本文所述的功能模块(例如程序、功能等)来实现。任何有形地体现指令的机器可读介质均可用于实施本文所述的方法。例如，软件代码可存储在存储器中。存储器可在处理器内部或在处理器外部实施，并且可在实施中变化，其中当存储器用于执行软件代码时，该存储器用于存储后续执行的软件代码。本文所使用的术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其他存储介质，并不限于任何特定类型或数量的存储器或存储了存储器的介质类型。

此外，如本文所公开的，术语“存储介质”可表示用于存储数据的一个或多个设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁RAM、核心存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或用于存储信息的其他机器可读介质。术语“机器可读介质”包括但不限于便携式或固定存储设备、光学存储设备、无线通道和/或能够存储、包含或携带指令和/或数据的各种其他介质。

一个或多个实施例中，此处所述的方法可通过包括接受包含指令的代码段的一个或多个处理器的机器来执行。对于本文所述的任何方法，当指令通过机器执行时，则该机器执行该方法。包括能执行指定由该机器采取动作的一组指令(顺序或其他)的任何机器。因此，典型的机器可由包括一个或多个处理器的典型处理系统来例示。每个处理器可包括CPU、图形处理单元和可编程DSP单元中的一个或多个。所述处理系统还可包括带主RAM和/或静态RAM和/或ROM的存储器子系统。可包括总线子系统以便在组件之间进行通信。若处理系统需要显示器，则可包括此类显示器(例如液晶显示器(LCD))。若需手动输入数据，则处理系统还包括输入装置(例如一个或多个字母数字输入单元(例如键盘))、指示控制装置(例如鼠标等)。

存储器包括机器可读代码段(例如软件或软件代码)，所述机器可读代码段包括当由处理系统执行时，执行本文所述多种方法之一的指令。该软件可完全地驻留在存储器中，或者也可在由计算机系统执行期间完全或至少部分地驻留在RAM内和/或处理器内。因此，存储器和处理器也构成包括机器可读代码的系统。

其他实施例中，机器作为独立设备运行，或者可在网络部署中连接(例如联网到其他机器)，机器可在服务器——客户端网络环境中以服务器或客户端机的容量运行，或作为点对点或分布式网络环境中的对等机。该机器可以是例如计算机、服务器、服务器组、计算机组、网络设备、分布式计算环境、云计算环境或能够执行一组指定该机器要采取操作的指令(顺序或其他)的任何机器。术语“机器”也可视为包括单独或共同执行一组(或多组)指令以执行本文所讨论的任何一种或多种方法的机器组。

上述所公开的本发明示例性实施例用于例证和说明，而非旨在全部囊括或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述公开说明，本文所述实施例的多种变型和修改对本领域普通技术人员是显而易见的。本发明的范围仅由所附的权利要求书及其等效内容来定义。

进一步地，在描述本发明典型实施例的过程中，说明书部分可能已经具体有步骤地介绍了本发明中提供的方法和/或过程。尽管如此，在某种程度上所述方法或工艺不依赖于本文所给出的特定步骤，所述方法或工艺不应限于所述的特定步骤顺序。本领域技术人员应该理解，这些步骤也可按其他顺序进行。因此，本说明书中规定的步骤的特定顺序不应限制所附权利要求。此外，涉及本发明方法和/或工艺的权利要求书不应限于本文所述的实施步骤，并且本领域技术人员应清楚，所述顺序可以改变，但仍然包括在本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种全太阳光谱装置，包括：

球形漫射器，包括外部主体内的球形腔体，所述球形腔体涂覆有第一近朗伯材料；

形成在球形漫射器上的第一预定位置中具有第一预定直径的第一孔，用于将光线耦合到所述球形漫射器；

形成在球形漫射器上的第二预定位置中具有第二预定直径的第二孔，用于耦合来自所述球形漫射器的光线；

漫射器挡板，设置在球形漫射器的内表面上且围绕所述第二孔的下半部，所述漫射器挡板具有限定球体的预定部分的几何形状，所述漫射器挡板具有预定的厚度，且涂敷有第二近朗伯材料；

多个光学准直器，每个光学准直器的一端部耦合到所述第二孔且每个光学准直器限定多个光电检测器中一个光电检测器的最大角度接收角，所述多个光电检测器设置在所述光学准直器的远离于耦合到所述第二孔的所述端部的远端；以及

多个滤光器，每个滤光器具有预定光波长的通带且与多个光学准直器中的一个光学准直器结合设置，以过滤从第二孔出射的光信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中

所述装置包括与多个光学准直器的轴线对准的太阳正午指示器，以使当所述装置设置并安装到结构上以及所述太阳正午指示器在所述结构的位置朝向正午方向定向时，所述球形漫射器的定向可使所述多个光学准直器在南北方向上对齐，并指向安装位置的太阳正午。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

第一电子电路，用于对由所述多个光电检测器中每个光电检测器产生的光电流进行数字化；第二电子电路，用于至少根据所述多个光电检测器的数字化光电流和不具有大气的太阳光谱的模型，来生成重建的太阳光谱。

4.根据权利要求3所述的装置，其中

重建的太阳光谱是最终全球光谱、漫射太阳光谱和直射太阳光谱中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

第一电子电路，用于对由所述多个光电检测器中每个光电检测器产生的光电流进行数字化；

第二电子电路，用于产生与大气可降水蒸气、大气臭氧和大气气溶胶中的一个相关的吸收曲线；其中

多个滤光 器中的至少一个具有根据可降水蒸气、臭氧和大气气溶胶其中一个建立的具有预定光波长的通带。

6.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个光学准直器的每个光学准直器包括有第一直径的具有第一准直器孔的第一准直器元件和有第二直径的具有第二准直器孔的第二准直器元件，所述多个滤光器中的相关滤光器设置在所述第一准直器元件和所述第二准直器元件之间。

7.根据权利要求1所述的装置，其中

设置在具有第一预定直径的所述第一孔的外部并与之相邻的是一个孔径环，所述孔径环包括具有高反射率的预定厚度的薄片，所述孔径环内形成有精确孔。

8.根据权利要求7所述的装置，其中

所述薄片为镍，预定厚度小于100μm。

9.根据权利要求1所述的装置，其中

至少以下一项：

球形漫射器可由至少两个连接在一起的部分形成；以及

第一孔、第二孔和挡板均位于经过组装的多个部分的公共部分内，以形成球形扩散器。

10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

漫射腔，所述漫射腔耦合到形成在所述球形漫射器的外壁与所述多个光学准直器之间的所述第二孔。

11.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个光学准直器形成在单个准直管内。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包括

多个漫射器，多个漫射器中的每个漫射器设置在多个光学准直器中的光学准直器的前面。

13.根据权利要求1所述的装置，其中

多个滤光器中的每个滤光器设置在多个光学准直器中的光学准直器的耦合到第二孔的所述端部；以及

多个光学准直器中的每个光学准直器包括挡板，所述挡板设置在所述多个光学准直器的准直器的与所述第二孔耦合的所述端部及设置有所述多个光电检测器的一个光电检测器的远端之间。

14.根据权利要求1所述的装置，进一步包括

多个漫射器，所述多个漫射器中的每个漫射器设置在多个光学准直器中的光学准直器的耦合到第二孔的所述端部；其中

多个滤光器中的每个滤光器设置在多个光学准直器中的光学准直器的耦合到第二孔的所述端部；以及

多个滤光器中的每个滤光器设置在多个漫射器的漫射器与多个光学准直器的光学准直器的所述端部之间。

15.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个光学准直器中的每个光学准直器是具有挡板的管，所述挡板具有孔且设置在所述端部和所述远端之间。

16.根据权利要求1所述的装置，进一步包括

漫射腔，所述漫射腔设置在所述第二孔和所述多个光学准直器之间。

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