JPS6117918A - 半球空間からの電磁放射を測定する電磁放射測定装置 - Google Patents
半球空間からの電磁放射を測定する電磁放射測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術的分野〕
本発明は半球（立体角２πに対応する）から発生される
電磁放射を測定する装置に関するものである。
電磁放射を測定する装置に関するものである。
気象学の分野においては、とくに、放射の平衡、すなわ
ち、地球表面へ入射する放射と、それから放出または反
射される放射との差および放射の成分を決定するように
、それぞれ００３〜３μｍと３〜１００μｍの波長範囲
にわたって太陽放射と地球放射の測定が行われる。この
目的のために上側と下側の半球（それぞれ立体角２πに
対応する）からの放射を検出および測定せねばならない
。現在は、それらの測定作業は静止装置により行われて
いるばかりでなく、航空機または宇宙船による測定も次
第に多くなってきている。
ち、地球表面へ入射する放射と、それから放出または反
射される放射との差および放射の成分を決定するように
、それぞれ００３〜３μｍと３〜１００μｍの波長範囲
にわたって太陽放射と地球放射の測定が行われる。この
目的のために上側と下側の半球（それぞれ立体角２πに
対応する）からの放射を検出および測定せねばならない
。現在は、それらの測定作業は静止装置により行われて
いるばかりでなく、航空機または宇宙船による測定も次
第に多くなってきている。
そのような測定のために現在まで多くの種類の装置が提
案されている。第１図に線図で示すように、この装置は
たとえば熱電対Ｔを含むことがある。この熱電対の水平
に配置されているはんだづけされた能動接合部は黒くさ
れ、装置の他の部分から絶縁される。放射が入射すると
、はんだづけされている能動接合部の温度が、はんだづ
けされている受動接合部の温度より高くなる。その受動
接合部は装置の比較的大きい質量に熱接続される。
案されている。第１図に線図で示すように、この装置は
たとえば熱電対Ｔを含むことがある。この熱電対の水平
に配置されているはんだづけされた能動接合部は黒くさ
れ、装置の他の部分から絶縁される。放射が入射すると
、はんだづけされている能動接合部の温度が、はんだづ
けされている受動接合部の温度より高くなる。その受動
接合部は装置の比較的大きい質量に熱接続される。
その結果として生ずる熱電気電圧は、希望によっては受
動接合部の温度のような他の測定された変量とともに、
入射した放射を示すものとして機能する。移流または対
流による周囲の大気との熱交換を阻止するために、測定
する放射を通すガラス、ポリエチレンなどのような材料
で作られた保護ドーム１こより熱電対Ｔは通常覆われる
。熱交換を更に阻止するために、従来の種々のやり方に
従って、放射透過材料製の２つの半球状ドームに１ 、
に２で熱電対を覆うことができる。
動接合部の温度のような他の測定された変量とともに、
入射した放射を示すものとして機能する。移流または対
流による周囲の大気との熱交換を阻止するために、測定
する放射を通すガラス、ポリエチレンなどのような材料
で作られた保護ドーム１こより熱電対Ｔは通常覆われる
。熱交換を更に阻止するために、従来の種々のやり方に
従って、放射透過材料製の２つの半球状ドームに１ 、
に２で熱電対を覆うことができる。
連続光検出により動作する上記のような種類の装置は、
たとえば航空機内で使用した時に気がつくことができる
ような比較的高い慣性を示すばかりでなく、装置自体の
温度、とくに、完全には透明でないドームの温度の変化
が測定信号に大きな影響を及ぼすことがあるのがその装
置の特別の欠点である。２個の同心ドームに１．に２を
第２図に示すようにして設けることが提案されたのはそ
の影響を最小（こするためである。
たとえば航空機内で使用した時に気がつくことができる
ような比較的高い慣性を示すばかりでなく、装置自体の
温度、とくに、完全には透明でないドームの温度の変化
が測定信号に大きな影響を及ぼすことがあるのがその装
置の特別の欠点である。２個の同心ドームに１．に２を
第２図に示すようにして設けることが提案されたのはそ
の影響を最小（こするためである。
従来の装置の慣性と、ケーシングおよびドームに対する
温度の影響とによりひき起される従来の装置の諸欠点は
、いわゆる継続光検出法を用いることにより解消される
。そのような方法は現在用いられているが、半球（立体
角ｉπに対応する）からの放射を測定するためにはその
方法は用いられず、限られた開口角を有する装置のみに
適する。
温度の影響とによりひき起される従来の装置の諸欠点は
、いわゆる継続光検出法を用いることにより解消される
。そのような方法は現在用いられているが、半球（立体
角ｉπに対応する）からの放射を測定するためにはその
方法は用いられず、限られた開口角を有する装置のみに
適する。
第３図に示すような従来の断続光検出法では、高感度で
、慣性が非常に小さい放射検出器Ｄ、たとえば半導体、
ボロメータ、光電池、またはパイロ電気検出器が振動板
または回転円板ＭＳの背後に誼かれる。この円板ＭＳは
検出器りに入射する放射を交互に断ったり、当てたりす
る。第３図に示す装［４こおいては、検出器りの前方に
置かれているレンズ系０により集中される。この装置に
おいては、測定される放射と、変調円板ＭＳにより放出
または反射される放射（いわゆる比較放射と呼ばれる）
との差に対応する交流電圧または交流電流が検出器ＤＪ
こおいて発生される。たとえば温度変化による装置（た
とえば検出器、ケーシング、窓または光学系）内におけ
る放出の変化が、測定される放射および比較放射に同じ
影響を及ぼし、したがって交流電圧または交流電流に影
響を及ぼさないことがその方法の利点である。変調円板
から放出あるいは反射される放射が基準信号（零信号）
を構成するから、その放射が既知でなければならないと
いう欠点もその方法には見られる。
、慣性が非常に小さい放射検出器Ｄ、たとえば半導体、
ボロメータ、光電池、またはパイロ電気検出器が振動板
または回転円板ＭＳの背後に誼かれる。この円板ＭＳは
検出器りに入射する放射を交互に断ったり、当てたりす
る。第３図に示す装［４こおいては、検出器りの前方に
置かれているレンズ系０により集中される。この装置に
おいては、測定される放射と、変調円板ＭＳにより放出
または反射される放射（いわゆる比較放射と呼ばれる）
との差に対応する交流電圧または交流電流が検出器ＤＪ
こおいて発生される。たとえば温度変化による装置（た
とえば検出器、ケーシング、窓または光学系）内におけ
る放出の変化が、測定される放射および比較放射に同じ
影響を及ぼし、したがって交流電圧または交流電流に影
響を及ぼさないことがその方法の利点である。変調円板
から放出あるいは反射される放射が基準信号（零信号）
を構成するから、その放射が既知でなければならないと
いう欠点もその方法には見られる。
本発明の目的は、従来の装置の欠点をほぼ解消し、従来
のいわゆる連続光検出法と比較して著みしく低い慣性を
示す連続光検出法により、従来可能であったものよりは
るかに高い確度で測定できる、半球（立体角２πに対応
する）から出る電磁放射を測定する装置を得ることであ
る。この目的は、半球から出る電磁放射を測定する本発
明の装置によって達成される。
のいわゆる連続光検出法と比較して著みしく低い慣性を
示す連続光検出法により、従来可能であったものよりは
るかに高い確度で測定できる、半球（立体角２πに対応
する）から出る電磁放射を測定する装置を得ることであ
る。この目的は、半球から出る電磁放射を測定する本発
明の装置によって達成される。
立体角２Ｋに対応する半球からの放射を測定する本発明
の装置においては、ドーム状の同様に作られた、または
異って作られた２つの変調器が使用される。それらの変
調器は互いにはめこまれ、たとえば第１図に示すように
ドームＫを囲む。本発明の装置の好適な実施例に従って
、変調器の一方は静止し、他方の変調器は共通の垂直軸
を中心として回転させられる。変調は、たとえば光電池
のような、水平に配置された１個またはそれ以上の高感
度検出器に、半球から出る放射と、変調器が無反射で非
透過性のものであるとすると、変調器の特性放射との差
に対応する交流電圧を発生するようなものである。この
場合には、半球からの放射の半分は□常に隠されるから
、半球からの放射の半分だけが有効となる。半球の特定
の部分のみを調べる場合には、放射の半分だけが有効で
あることはとくに欠点ではない。したがって、５０％の
感度低下はそれらの場合には許容できる。
の装置においては、ドーム状の同様に作られた、または
異って作られた２つの変調器が使用される。それらの変
調器は互いにはめこまれ、たとえば第１図に示すように
ドームＫを囲む。本発明の装置の好適な実施例に従って
、変調器の一方は静止し、他方の変調器は共通の垂直軸
を中心として回転させられる。変調は、たとえば光電池
のような、水平に配置された１個またはそれ以上の高感
度検出器に、半球から出る放射と、変調器が無反射で非
透過性のものであるとすると、変調器の特性放射との差
に対応する交流電圧を発生するようなものである。この
場合には、半球からの放射の半分は□常に隠されるから
、半球からの放射の半分だけが有効となる。半球の特定
の部分のみを調べる場合には、放射の半分だけが有効で
あることはとくに欠点ではない。したがって、５０％の
感度低下はそれらの場合には許容できる。
もちろん、半球全体を調べる場合にはそのように部分的
な被覆は許容できない。その場合には、ドーム状の両方
の変調器は、共通の垂直軸を中心として、同じ向きに異
なる速さで、または異なる向きに同じ速さ、あるいは異
なる速さで回転せねばならない。この場合にも半球の５
０％は隠されるが、隠される部分は常に変るから長時間
にわたると平均して全ての半球が観測されることになる
。
な被覆は許容できない。その場合には、ドーム状の両方
の変調器は、共通の垂直軸を中心として、同じ向きに異
なる速さで、または異なる向きに同じ速さ、あるいは異
なる速さで回転せねばならない。この場合にも半球の５
０％は隠されるが、隠される部分は常に変るから長時間
にわたると平均して全ての半球が観測されることになる
。
変調器部分の形と数を適切に選択することにより、変調
周波数を希望の測定作業に合わせることができる。この
ことは変調器の透過率、放出率、反射率についてもあて
はまる。本発明の好適な実施例に従って、ドーム状の２
つの変調器は正確に定められた透過率、放出率および反
射率の少くとも１つを有する。それらの全てのパラメー
タは波長に依存することが好ましい。
周波数を希望の測定作業に合わせることができる。この
ことは変調器の透過率、放出率、反射率についてもあて
はまる。本発明の好適な実施例に従って、ドーム状の２
つの変調器は正確に定められた透過率、放出率および反
射率の少くとも１つを有する。それらの全てのパラメー
タは波長に依存することが好ましい。
立体角２πに対応する半球から出る電磁放射を測定する
断続光検出法に使用される場合には、本発明の装置の測
定確度は、従来の広く受は容れられている連続光検出法
よりも著壺しく高い。更に、半球からの放射を測定する
本発明の装置は慣性がかなり低い。
断続光検出法に使用される場合には、本発明の装置の測
定確度は、従来の広く受は容れられている連続光検出法
よりも著壺しく高い。更に、半球からの放射を測定する
本発明の装置は慣性がかなり低い。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第４Ａ図は本発明の放射測定装置の一部を切り欠いて示
す線図的斜視図、第４Ｂ図は第４Ａ図に示す好適な実施
例の種々の部品の斜視図である。
す線図的斜視図、第４Ｂ図は第４Ａ図に示す好適な実施
例の種々の部品の斜視図である。
この実施例は気象学的測定作業にとくに推奨される０
第５，６図も参照して、１個またはそれ以上の高感度、
低慣性検出器りまたとえばボロメータ、が透過ドームに
の下側に配置される。検出器Ｉ）はドームにの中心Ｍを
中心としてなるべく対称的に配置する。ドームには同様
な構成の２個の変調器Ｍｌ 、Ｍ２により囲まれる。そ
れらの変調器は互いにはめこまれる。それらの変調器は
ドームの部分に類似する翼状の部分ＫＺＭ １およびＫ
Ｚｙｌ ２としてなるべく構成する。ドームの一部の
形をしたそれらの変調器Ｍ１ 、Ｍ２は、少くとも一方
の変調器が共通垂直軸Ａを中心として回転するようにし
て組立てられる。より好ましくは、変調器Ｍ１とＭ２は
共通垂直軸Ａを中心として、同じ向きに異なる速さで回
転するように、または異なる向きに回転させる。ドーム
の一部の形の変調器Ｍ １ 、Ｍ２は、たとえば、外側
変調器Ｍ１の自由外端部と外面に設けられている歯つき
リムＺ１と、内側変調器Ｍ２の自由外端部と内面に設け
られている歯つきリムＺ２により駆動できる。２つの変
調器Ｍ１とＭ２が、同じ向きに異なる速さで、または異
なる向きに、回転するように駆動されるのに応じて、内
側歯つきリムから外側歯つきリムへ、または外側歯つき
リムから内側歯つきリムへ、１個またはそれ以上の歯車
を介して回転運動が伝えられる。
低慣性検出器りまたとえばボロメータ、が透過ドームに
の下側に配置される。検出器Ｉ）はドームにの中心Ｍを
中心としてなるべく対称的に配置する。ドームには同様
な構成の２個の変調器Ｍｌ 、Ｍ２により囲まれる。そ
れらの変調器は互いにはめこまれる。それらの変調器は
ドームの部分に類似する翼状の部分ＫＺＭ １およびＫ
Ｚｙｌ ２としてなるべく構成する。ドームの一部の
形をしたそれらの変調器Ｍ１ 、Ｍ２は、少くとも一方
の変調器が共通垂直軸Ａを中心として回転するようにし
て組立てられる。より好ましくは、変調器Ｍ１とＭ２は
共通垂直軸Ａを中心として、同じ向きに異なる速さで回
転するように、または異なる向きに回転させる。ドーム
の一部の形の変調器Ｍ １ 、Ｍ２は、たとえば、外側
変調器Ｍ１の自由外端部と外面に設けられている歯つき
リムＺ１と、内側変調器Ｍ２の自由外端部と内面に設け
られている歯つきリムＺ２により駆動できる。２つの変
調器Ｍ１とＭ２が、同じ向きに異なる速さで、または異
なる向きに、回転するように駆動されるのに応じて、内
側歯つきリムから外側歯つきリムへ、または外側歯つき
リムから内側歯つきリムへ、１個またはそれ以上の歯車
を介して回転運動が伝えられる。
第６図から明らかなように、２個の各変調器Ｍ１゜Ｍ２
は、たとえば２個の部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、 Ｋ Ｚ
Ｍ ２として半月状ζこ形成され、および閉じられてい
ない半球状体の一部として形成されて、各部分ＫＺＭ１
、ＫＺＭ２ が、ドーノ、の中心Ｍを通って延び、内
角めで交わる２つの平面により形成される円錐の表面上
の扇形に対応する。前記内角ぬけ、第６図に示す実施例
では、なるべく９０度にする。変調器Ｍ１ 、Ｍ２の表
面上の部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、 Ｋ、 Ｚ Ｍ ２はな
るべく黒にする。
は、たとえば２個の部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、 Ｋ Ｚ
Ｍ ２として半月状ζこ形成され、および閉じられてい
ない半球状体の一部として形成されて、各部分ＫＺＭ１
、ＫＺＭ２ が、ドーノ、の中心Ｍを通って延び、内
角めで交わる２つの平面により形成される円錐の表面上
の扇形に対応する。前記内角ぬけ、第６図に示す実施例
では、なるべく９０度にする。変調器Ｍ１ 、Ｍ２の表
面上の部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、 Ｋ、 Ｚ Ｍ ２はな
るべく黒にする。
ドームの一部の形の変調器Ｍ１ 、Ｍ２の温度は大容量
抵抗器、たとえばサーミスタ、ＴＨを変調器に埋込んで
測定する。その抵抗器内に生じた電圧はスリップリング
を介してとり出される。測定する放射が約３μｍの波長
より長い赤外線領域にある時だけ、温度読取りが要求さ
れる。変調器Ｍ１、Ｍ２の黒い部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、
Ｋ Ｚ Ｍ２の温度は、３μｍの波長より短い放射を
測定するためにはあまり重要ではない。３μｍより長い
波長の放射を測定する場合には、３μｍより長い波長の
放射を通さないガラス材料で変調器Ｍ１ 、Ｍ２を作る
ことができる。この場合には、ドームは３μｍの波長の
放射を通し、かつ３μｍより短い波長の放射を通す材料
で作られる。変調の結果、３μｍの波長より長い放射の
みが検出される。
抵抗器、たとえばサーミスタ、ＴＨを変調器に埋込んで
測定する。その抵抗器内に生じた電圧はスリップリング
を介してとり出される。測定する放射が約３μｍの波長
より長い赤外線領域にある時だけ、温度読取りが要求さ
れる。変調器Ｍ１、Ｍ２の黒い部分Ｋ Ｚ Ｍ １ 、
Ｋ Ｚ Ｍ２の温度は、３μｍの波長より短い放射を
測定するためにはあまり重要ではない。３μｍより長い
波長の放射を測定する場合には、３μｍより長い波長の
放射を通さないガラス材料で変調器Ｍ１ 、Ｍ２を作る
ことができる。この場合には、ドームは３μｍの波長の
放射を通し、かつ３μｍより短い波長の放射を通す材料
で作られる。変調の結果、３μｍの波長より長い放射の
みが検出される。
本発明のとくに好適な実施例に従って、ドームにの下側
のスペース、すなわち、低慣性の高感度検出器りが配置
されるスペースを気密にして、希望する波長範囲、すな
わち、３μｍｎより長く、かつそれより短い波長範囲で
の測定にとくに適するガスを充す。
のスペース、すなわち、低慣性の高感度検出器りが配置
されるスペースを気密にして、希望する波長範囲、すな
わち、３μｍｎより長く、かつそれより短い波長範囲で
の測定にとくに適するガスを充す。
第１．２図はドームの下に少くとも１つの熱電対が配置
される従来の検出装置の線図、第３図は断続光検出法に
従って動作する従来の検出装置の斜視図、第４Ａ図は半
球からの放射を測定する本発明の装置の好適な実施例の
部分断面図、第４Ｂ図は本発明の装置の種々の部品を示
す第４Ａ図に類似の斜視図、第５図は第４図の垂直断面
図、第６図は第４，５図のＶＩ −ＶＩ線に沿う第４図
の実施６例の断面図である。 Ｍｌ、Ｍ２・・・変調器、Ｋ−・ドーム、Ｄ・・・検出
器、ＴＨ・・・サーミスタ。
される従来の検出装置の線図、第３図は断続光検出法に
従って動作する従来の検出装置の斜視図、第４Ａ図は半
球からの放射を測定する本発明の装置の好適な実施例の
部分断面図、第４Ｂ図は本発明の装置の種々の部品を示
す第４Ａ図に類似の斜視図、第５図は第４図の垂直断面
図、第６図は第４，５図のＶＩ −ＶＩ線に沿う第４図
の実施６例の断面図である。 Ｍｌ、Ｍ２・・・変調器、Ｋ−・ドーム、Ｄ・・・検出
器、ＴＨ・・・サーミスタ。
Claims (7)
- （１）透過性ドームの下側に配置されている高感度の低
慣性検出器により半球（立体角２πに対応する）から出
る電磁放射を測定する装置において、前記透過性ドーム
の上に少くとも１個の高感度の低慣性検出器が設けられ
、同様に作られ、または異って作られた２個の変調器が
互いにはめ合わされ、それらの変調器はドームの一部の
形をしており、少くとも一方の前記変調器が共通垂直軸
を中心として回転することを特徴とする半球から出る電
磁放射を測定する装置。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の装置であって、同様
に作られ、または異って作られた前記変調器は同じ速さ
、または異なる速さで共通垂直軸を中心として回転する
ことを特徴とする装置。 - （３）特許請求の範囲第１項記載の装置であって、同様
に作られ、または異って作られた前記変調器は同じ速さ
、または異なる速さで共通垂直軸を中心として異なる向
きに回転することを特徴とする装置。 - （４）特許請求の範囲の第１〜３項のいずれかに記載の
装置であって、ドームの一部の形の前記各変調器は月形
の２つの等しい寸法の翼状部分を備え、それらの翼状部
分は仮想球面上に直径方向に配置され、前記翼状部分は
同じ内角（α＝９０度）を有する球面状円錐の表面上の
扇形に対応し、かつ黒色にされることを特徴とする装置
。 - （５）特許請求の範囲の第１〜４項のいずれかに記載の
装置であって、ドームの一部の形の前記変調器は定めら
れた、なるべく波長に依存する反射率と、波長に依存す
る透過率との少くとも一方を示すことを特徴とする装置
。 - （６）特許請求の範囲の第１〜５項のいずれかに記載の
装置であって、ドームの一部の形の前記変調器に温度測
定手段が設けられることを特徴とする装置。 - （７）特許請求の範囲の第１〜６項のいずれかに記載の
装置であって、高感度の低慣性検出器を入れるドームの
下側のスペースは気密封止されることを特徴とする装置
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3423494.2 | 1984-06-26 | ||
| DE3423494A DE3423494C2 (de) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | Einrichtung zur Messung der aus dem Halbraum kommenden elektromagnetischen Strahlung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117918A true JPS6117918A (ja) | 1986-01-25 |
| JPH0476419B2 JPH0476419B2 (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=6239161
Family Applications (1)
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| JP60140115A Granted JPS6117918A (ja) | 1984-06-26 | 1985-06-26 | 半球空間からの電磁放射を測定する電磁放射測定装置 |
Country Status (6)
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| JP (1) | JPS6117918A (ja) |
| AT (1) | ATE40599T1 (ja) |
| AU (1) | AU561137B2 (ja) |
| DE (2) | DE3423494C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1985-06-22 AT AT85107750T patent/ATE40599T1/de active
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-
1989
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| JP2010091368A (ja) * | 2008-10-07 | 2010-04-22 | Nippon Ceramic Co Ltd | サーモパイル型赤外線検出装置 |
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| JPH0476419B2 (ja) | 1992-12-03 |
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