在地面觀測中，土壤氣象中的蒸發(fā)散研究；氣象學中的輻射平衡研究；輻射能量應用中的輻射熱量交換研究及高速路況監(jiān)測都離不開凈全輻射的測量。
　　對于全波輻射的測量，包括來自太陽的短波輻射（0.3-3µm）和來自地球與大氣的長波輻射（3-100µm）兩部分。用于測量全波輻射的儀器是全波輻射表。這種全波輻射表可以測量向上的或向下的輻射通量分量，成對使用可以測量兩者之間的差值即為凈全輻射。
　　目前，我國使用的凈全輻射表測量的準確度遠不是令人滿意。由于現(xiàn)有的凈全輻射表的設計是用上下兩個感應面，長短波靈敏度的一致性很難控制，再加之凈全輻射表的聚乙烯薄膜易老化變質(zhì)，經(jīng)常被鳥啄，特別容易進水，經(jīng)常出現(xiàn)感應面脫落和熱電堆線圈斷裂等現(xiàn)象。所以測量精度很難滿足要求。僅08年的統(tǒng)計，在返修的各種輻射表中80%是凈全輻射表。多半是由于表內(nèi)進水后，感應面脫落，有的被鳥啄后熱電堆斷開。如果修理， 就得更換兩個熱電堆，再進行調(diào)試，相當于組裝一臺新的凈全輻射表。如果采用長波輻射表測量就解決了上述問題，而且，世界上有些國家采用的是兩個長波輻射表和兩個短波輻射表進行測量凈全輻射。到目前為止我國一直沒有長波輻射測量的資料，即使有人研究過，也是利用公式計算出來，其數(shù)據(jù)很難令人相信，如果采用進口的長波輻射表進行測量，價格又極其昂貴，所以我國自己研制長波輻射表勢在必行。
　　經(jīng)過多年的實驗及應用，華創(chuàng)維想研制了一種長波輻射表又稱地球輻射表。該表的多項技術指標都已接近在世界范圍內(nèi)具有一定影響力的Kipp&Zonen公司生產(chǎn)的長波輻射表的技術要求，這種長波輻射表主要用于測量來自大氣和地面的長波輻射。（如圖1）

圖1

主要特性：
1）對波長3.7-50µm紅外輻射的敏感性較強。
2）硅罩發(fā)熱影響誤差較小。
3）180°的視角，余弦響應誤差小。
4）減小環(huán)境影響，涂有類似鉆石涂層作為保護層。
5）有較好的穩(wěn)定性，與Kipp&ZonenCG4的測試曲線接近。

一、關鍵技術：

　　長波輻射表最關鍵的技術在于它的濾光片的選擇。最早我國也曾經(jīng)研制過長波輻射表，但由于選擇的是半球形的濾光罩，從鍍膜技術來講，在半球內(nèi)壁沉積的濾光層均勻性差，在高度角低于30°時，比模擬輻射通量的方法更不準確。另外長波輻射表測量的主要誤差是由罩體的放熱造成的。當傳感器受到陽光照射時，由于吸收了太陽的輻射，使罩體放熱，因此這種類型的傳感器外罩的放熱量與太陽的輻射量成比例變化。罩體的溫度通過輻射熱傳遞到傳感器，影響到熱電堆的輸出電壓值，這種誤差稱之為“罩體發(fā)熱偏移”，它直接會引起長波輻射測量值的增大�？客�風很難減少這種偏差。實驗證明，在晴朗的天氣，通風最大只能冷卻掉50w/m²/c°，而傳感器卻以500w/m²的速度吸收太陽能。通常的方法是在罩體內(nèi)放置1到2個熱敏電阻，用以測量罩體的絕對溫度，通過復雜的計算消除這種偏差。但是專家們對測量罩體溫度的熱敏電阻也有爭議，因為熱敏電阻本身也是一個發(fā)熱源。所以如果能通過一種方法，阻止外罩的熱傳遞，并能將其吸收的熱量有效地散發(fā)掉，那會大大地提高儀器的測量精度。
　　對于國外的儀器我們做了認真的剖析，多次試驗，最后選擇使用一種弧形硅制外罩，其視角可達180°，硅罩內(nèi)表面采用真空沉積的干涉濾光膜，和典型的半球罩相比，這種弧形罩的特點是涂層均勻性好于半球形。該濾光罩能透過光譜范圍在3.7-50µm。波長的紅外射線（如圖2）

圖2

二、長波輻射表的結(jié)構(gòu)原理：

　　該表由硅制弧形濾光罩、感應元件（熱電堆）、熱敏電阻、表體、避光板、干燥劑窗口等部件組成。（如圖3）

圖3

　　感應元件由快速響應的繞線電鍍式多結(jié)點熱電堆組成，感應面涂有進口高吸收無光黑色涂層，吸收輻射能，產(chǎn)生的熱量通過熱電阻，使熱電堆溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓信號。
HSC-HTL-2長波輻射表的腔體內(nèi)將一熱敏電阻嵌入熱電堆邊緣冷結(jié)電處，以便監(jiān)測表體內(nèi)的溫度。
為了減小長波輻射表的溫度系數(shù)，在機體內(nèi)增加一個溫度補償線路，以減小溫度變化對輸出電壓的影響。

三、長波輻射表的測量原理：

　　該表的感應元件（熱電堆），在接收太陽的輻射后，就可以通過向相對較冷的空間散失熱能而進行輻射。因此，輻射傳感器的信號就是大氣長波向下輻射和輻射傳感器向上輻射的溫差電勢。
向下的大氣長波輻射的測量。首先要了解：熱電堆的輸出電壓V（µv），傳感器溫度T_d，以及長波輻射表的靈敏度系數(shù)（µv•w^-1•m²）。大氣向下的長波輻照度用下面公式表示：
E_i↓=v/k+5.6697×10^-8×T_d⁴ (此公式1996年，由世界氣象組織制定)
式中E_i↓是長波輻照度（w•m^-2），V是傳感器的輸出電壓，K是長波輻射表自身的靈敏度系數(shù)。V/K是熱電堆接收到的輻射量。
為了減小長波輻射表的溫度系數(shù)，在機體內(nèi)增加了溫度補償線路，以減小環(huán)境溫度的變化對長波輻射表輸出電壓的影響。
08年，我們將研制的長波輻射表與Kipp&Zonen公司生產(chǎn)的CG4同時放在室外的平臺上進行對比觀測。在不同的測試時間，不同的溫度下，晴天輻照度＞800w/m²，多云、陰天的情況下，分別做以比較，并把測試結(jié)果以曲線的形式表示。如圖4所示。（曲線圖）

圖4-1

圖4-2

　　從圖中曲線中可以看到，測試結(jié)果比較接近。
　　目前，國際上都是采用長波輻射表測量紅外輻射，并用兩個長波輻射表與兩個短波輻射表共同完成凈全輻射的測量。所以我們提議采用長波輻射表取代薄膜凈全輻射表。這是提高我國輻射觀測質(zhì)量及與世界同步起到不可低估的作用。
在完成研制長波輻射表的基礎上，華創(chuàng)維想又研制了一種四位一體的凈全輻射表（如圖5）主要由兩個長波輻射表和兩個短波輻射表組成。它可以完成總輻射、反射輻射、長波輻射、長波反輻射、全波輻射、凈全輻射等測量。這種儀器的特點是可全天候使用，免維護。如果采用這種儀器測量凈全輻射，精度可大大地得到提高。