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太阳光度计，是将成分复杂的太阳光，分解为光谱线的科学仪器。主要用于测量太阳光的不同波段、不同方向、不同时间的辐射亮度，来推算大气气溶胶、水汽、臭氧等成分的特性。用于大气环境监测，卫星校正等应用。那么太阳光度计的工作原理是怎样的呢？

不同的光源都有其特有的发射光谱，因此可采用不同的发光体作为仪器的光源。钨灯的发射光谱：钨灯光源所发出的380～780nm波长的光谱光通过三棱镜折射后，可得到由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫组成的连续色谱；该色谱可作为可见光太阳光度计的光源。

太阳光度计的简单原理

太阳光度计计采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置，从而产生特定波长的光源，光源透过测试的样品后，部分光源被吸收，计算样品的吸光值，从而转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。

太阳光度计的基本工作原理

太阳光度计的基本工作原理是基于物质对光（对光的波长）的吸收具有选择性，不同的物质都有各自的吸收光带，所以，当光色散后的光谱通过某一溶液时，其中某些波长的光线就会被溶液吸收。在一定的波长下，溶液中物质的浓度与光能量减弱的程度有一定的比例关系，即符合比尔定律。

T = I/Io lg（Io/I）=εcb

式中，T为透过率，Io为入射光强度，I为透射光强度，A为消光值（吸光度），ε为吸收系数，b为溶液的光径长度，c为溶液的浓度。从以上公式可以看出，当入射光、吸收系数和溶液厚度一定时，透光率是根据溶液的浓度而变化的。

太阳光度计已经成为现代分子生物实验室常规仪器。常用于核酸，蛋白定量以及细菌生长浓度的定量。

波长的选择

波长的选择一般是选择待测物质Zda吸收峰的波长（λmax）。因在λmax测定吸光度，敏感度Zgao。在吸收峰波长处测吸光度，波长变化影响Z小；而在其他波长处，波长变化对吸光度影响大，甚至测得浓度一吸光度曲线不呈直线。

选择测定某一溶液所需的波长，是可以用不同的波长作该溶液的吸收光谱曲线，从曲线上选择Z适当的波长来进行这一溶液的测定工作，但是，在分析工作中，尚有个别情况，不能单凭此一原则，而应根据下列三个原则，进行实际试测，然后全面考虑利弊，再行选定。

1．应使被测溶液有适当的光密度，一般而言，适当的光密度为0.1—0.7，而以0.2—0.6Z理想。过低的光密度因仪器的读数误差而产生很大的相对误差，反之，过高的光密度则往往已超过直线范围而引入误差。

2．应使干扰影响降低至Zdi限度。在反应中，如遇不易去除的干扰色泽，应选用对此干扰色泽Z不灵敏的波长。

3．应使标准曲线在尽可能大的范围内接近直线。

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什么是太阳光度计

太阳光度计，是将成分复杂的太阳光，分解为光谱线的科学仪器。太阳光度计测量的是在地面测量受大气悬浮微粒衰减后的太阳可见光各单色光强度。太阳光度计的组成结构是什么样的呢？用于大气环境监测，卫星校正等应用。主要用于测量太阳光的不同波段、不同方向、不同时间的辐射亮度，来推算大气气溶胶、水汽、臭氧等成分的特性。

因悬浮粒子含量愈多,大气愈混浊,且不同大小的粒子对各波长可见光衰减特点有异,故可由测得的光度推算出大气混浊系数和大气中悬浮粒子谱分布。用于世界气象组织空气污染监测网的本底站和其他空气混浊度监测站。

早期太阳光度计结构原理介绍

Z早的太阳光度计由德国科学家沃尔兹(F.E.Volz)于1959年创制。由置于进光筒内的干涉滤光片圆盘和光电池组成。在无云掩日时观测。观测时,将表对准太阳,使通过混浊大气的阳光进入光筒。转动光筒的转盘,使盘内环形分布的可过滤不同波长阳光的四五片干涉滤光片依次把过滤出的各波长阳光投入光电池,即可测出各波长阳光的光度。

现代全自动太阳光度计结构

全自动太阳光度计由一个光学头、一个控制箱和一个双轴步进马达系统组成，光学头带有两个瞄准筒：一个用于测量太阳直射辐射不带聚光透镜，另一个用于天空辐射测量带有聚光透镜。在光学头上还装有四象限探测器用于太阳自动跟踪时的微调。控制箱内装有2个微处理器，分别用于数据获取和步进马达系统的控制。

在全自动测量状态，附设的湿度传感器探测到降雨，电子控制箱将置光度计于停机状态，以保护仪器的光学系统。步进马达系统具有方位和测量高度角两个自由度，由时间方程来控制太阳的初步跟踪，用四象限探测器系统作精密跟踪。带有多条自动测量程序。

全自动太阳光度计基本结构如下：

1、光学头

太阳光度计光学头部分包括滤光片和用来测量太阳和天空辐照度的双光学瞄准筒。

总视场角：太阳瞄准光筒1.0度；天空瞄准光筒1.0度。

半波宽度：10nm。

2、探测器

太阳光（增强硅探测器），天空光（硅探测器）。-工作温度：-30到+60℃。

3、机器人臂

全自动测量太阳和天空辐射照度。太阳跟踪方法：双轴步进马达自动跟踪太阳。四象限精调跟踪，精度优于0.1度。

4、数据处理控制箱

控制双轴步进马达位置，序列和方式，数据存储和数据传输。

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太阳光度计介绍

全自动太阳光度计是一种自动跟踪扫描太阳辐射计。太阳光度计测得的直射太阳辐射数据和天空扫描数据，主要用来计算大气通透率，反演气溶胶光学和其他特性，如粒度谱、相函数等。太阳光度计如何使用呢？

大气气溶胶是由固态或液态的质粒分散到空气中形成的分散体系。悬浮在大气中的大气气溶胶颗粒的直径通常小于10， 它们对大气辐射传输和水循环均有重要的影响。近年来先后出现的臭氧层的破坏、酸雨的形成、北极霾、烟雾事件等现象都与大气气溶胶密切相关。

由于气溶胶对天空的亮度存在很大的影响，因而，我们可以利用CE-318 获得的太阳直接辐射数据来反演南京地区的大气气溶胶光学厚度， 并对反演所得的结果进行分析，从而判断南京地区天空亮度的日变化和随季节的不同或天气状况的不同而产生的变化。

太阳光度计结构原理

待测的天空亮度能直接从太阳光度计中读出。常见太阳光度计由一个光学头、一个控制箱和一个双轴步进马达系统组成，光学头带有两个瞄准筒：一个用于测量太阳直射辐射不带聚光透镜，另一个用于天空辐射测量带有聚光透镜。在光学头上还装有四象限探测器用于太阳自动跟踪时的微调。控制箱内装有2个微处理器，分别用于数据获取和步进马达系统的控制。

在全自动测量状态，如附设的“湿度传感器”探测到降雨，控制箱将置光度计于停机状态，以保护仪器的光学系统。步进马达系统具有方位和测量高度角两个自由度，由时间方程来控制太阳的初步跟踪，用四象限探测器系统作精密跟踪。

太阳光度计测得的太阳直接辐射数据可用来反演计算大气透过率、气溶胶光学厚度、大气水汽柱总量和臭氧总量等。天空扫描数据可以反演大气气溶胶粒子尺度谱分布及气溶胶相函数，极化式太阳光度计各特征波段的ZX值、带宽及对应的主要途径。该仪器不仅是一种大气气溶胶环境监测仪器，还可以用于卫星遥感产品真实性检验和气溶胶气候研究

太阳光度计操作使用

太阳光度计经过站点参数设置，数据采集，数据存储，通过数据传输线下载到PC机，并直接读取，也可通过MODEM远程下载。通过数据收集网，还可直接通过INTERNET下载准实时数据。

测量

通过经纬度，当地时间以及太阳跟踪系统，在垂直，水平或主平面扫描采集数据。

数据获取

CE318太阳光度计自动测量模式通过程序以预置时间（日出～日落，早晨大气质量数为7开始～下午大气质量数为7结束）进行太阳直射辐照度（NSU）、晕和天空辐亮度（ALR、ALL、PPL）测量，也可以修改设置进行测量。太阳直射辐照度测量包括仪器所有波段，晕和天空测量包括6个波段（500，440，670，870，1640，1020nm）。

数据分析

●在垂直，水平方向对太阳和天空测量。

●数据处理：LANGLEY，自定标，气溶胶光学厚度。

●数据反演：球形粒子在气溶胶观测中的百分比，精细与粗模式分离，光学厚度，相函数，单次散射反照率，有效半径和体积浓度。

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太阳光度计被各广泛应用于气象观测中，其测得的直射太阳辐射数据和天空扫描数据，可用来计算大气通透率，反演气溶胶光学和其他特性，如粒度谱、相函数等。那么太阳光度计平时如何进行保养维护呢，请看下文。

太阳光度计日常维护和保养

①当仪器停止工作时，必须切断电源。

②为了避免仪器积灰和沾污，在停止工作时，应盖上防尘罩。

③光源。光源的寿命有限，为了延长光源使用寿命，在不使用仪器时不要开光源灯，应尽量减少开关次数。在短时问的工作间隔内可以不关灯。刚关闭的光源灯不能立即重新开启。

仪器连续使用时间不应超过3h。若需长时间使用，Z好间歇30min。

如果光源灯亮度明显减弱或不稳定，应及时更换新灯。更换后要调节好灯丝位置，不要用手直接接触窗口或灯泡，避免油污沾附。若不小心接触过，要用无水乙醇擦拭。

④单色器。单色器是仪器的核心部分，装在密封盒内，不能拆开。选择波长应平衡地转动，不可用力过猛。为防止色散元件受潮生霉，必须定期更换单色器盒干燥剂（硅胶）。若发现干燥剂变色，应立即更换。

⑤吸收池。必须正确使用吸收池，应特别注意保护吸收池的两个光学面。

⑥检测器。光电转换元件不能长时间曝光，且应避免强光照射或受潮积尘。

⑦仪器若暂时不用要定期通电，每次不少于20～30min，以保持整机呈干燥状态，并且维持电子元器件的性能。

大气气溶胶光学厚度测量

可以自动跟踪太阳进行测量， 当太阳被云遮蔽或大气中沙尘含量较大以及云多不能分辨时都没有读数， 因此只有在一定范围内无云条件下才能进行太阳直接辐射的测量。因而，我们可以对一天中记录完整的数据进行统计， 每月各有多少天，全年共有多少天， 这些资料可以分别代表春、夏、秋、冬四季的不同气候条件下的太阳直接辐射强度。

采用这些太阳直接辐射数据计算出它们所对应的大气气溶胶光学厚度， 然后分析气溶胶光学厚度的时间分布特征及其随时间的变化规律， 为人们更好地了解南京地区大气气溶胶状况及对大气污染情况的监测提供参考依据。需要指出的是， 由于受到无云条件的制约， 观测时间可能不连续， 并且分析的结果仅代表晴好少云天气条件下的大气气溶胶光学厚度的变化规律。

大气气溶胶光学厚度特征及其变化规律；气溶胶对天空辐射亮度观测的影响由于在可见光和近红外范围内某一给定的波长上， 气溶胶光学厚度的特征和变化规律具有多样性， 不同的大气条件、地理位置以及大气气溶胶在实际大气中的扩散、凝结、碰并、沉降等物理过程都很有可能导致气溶胶光学厚度具有完全不同的变化规律， 因此在研究气溶胶光学厚度的变化规律时可以结合各地区的地形、气象状况以及工业废气、汽车尾气等各种因素进行分析。

所以，我们可以利用太阳光度计观测资料计算所得的大气气溶胶光学厚度和其他相关资料来分析各地区气溶胶光学厚度的变化规律及其与气象条件的关系。而气溶胶粒子的多少或分布的稀薄等情况，均对天空辐射亮度的观测结果有着较大的影响，因此，我们可以着手研究气溶胶对天空辐射亮度的具体影响情况。

天空辐射亮度的观测

天空辐射亮度在不同波段的变化规律、日变化特征和季节分布特征在某一给定的波长上， 天空辐射亮度随气象条件和观测点地理位置的不同有很大的差异， 甚至可能有完全不同的变化规律；此外，各地区的天空辐射亮度应该具有一定的的日变化， 并且引起辐射亮度日变化的因素（如浮尘、扬沙、人为因素等）很多，日变化过程可能比较复杂；同样，由于每个季节的天气条件、下垫面情况以及观测站周围环境不同， 将会造成各地区天空辐射亮度的季节性变化，所以可以通过月际变化，来看天空辐射亮度的月平均值、月Zda值和月Z小值，从而对全年的不同季节的天空辐射亮度进行研究。

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