CN102200590B - 自适应空气温湿度测量防辐射罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应空气温湿度测量防辐射罩，包括：太阳能板台、防辐射罩主体、以及支架，太阳能板台上固定有太阳能电池板；防辐射罩主体进一步包括：伞形叶式防辐射罩，顶端与太阳能板台固定连接，通过多层白色伞形防辐射板叠加，形成四周密闭腔结构；风扇，设置在伞形叶式防辐射罩内部顶端；传感器，设置在伞形叶式防辐射罩内部；控制板，设置在伞形叶式防辐射罩上，与太阳能电池板以及风扇均连接，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，调整风扇的风速输出。本发明的防辐射罩能够根据太阳辐射，自适应地将自然通风和强制通风结合使用，以最小能耗将空气温湿度测量受到的辐射误差降至最低。

Description

自适应空气温湿度测量防辐射罩
技术领域
本发明涉及温湿度检测技术领域，尤其涉及一种自适应空气温湿度测量防辐射罩。 
背景技术
在气象、农业等领域空气温湿度测量中，太阳和地面直接辐射使温度测量产生误差，其中太阳辐射的影响最为显著，因此利用百叶窗与防辐射罩作为载体成为当前温湿度检测的常规技术手段。防辐射罩具有体积小、重量轻、结构简单等优点，随着自动气象站逐步装备气象观测网以及环境监测网络构建的迫切需求，其应用日益广泛。 
当前防辐射罩大都采用自然通风为主，在实际应用过程中，太阳直射过程中由于空气不流通原因，测量结果温度比实际高2-3度，不能够满足实际需求。国外自然通风防辐射罩产品比较多，一般为层状伞形合叶式，其主要部件是伞形叶式防辐射板。美国NovaLynx、Davis、Cambell等公司都能够提供类似结构自然通风防辐射罩。 
在强制通风方面瑞士罗卓尼克(ROTRONIC)的RS通风防辐射罩内部风扇带动空气流动，双层气流循环结构维持防辐射罩不升温；美国戴维斯气象站Vantage Pro2TM采用风扇强制通风及多层结构减少太阳辐射，同时小型太阳能电池板和外接电源的结合应用，降低了传感器测量功耗。 
国内发明专利通风干湿表(申请号：98102378.9)采用双层桶形防辐射屏蔽罩，两层屏蔽罩中间用隔条隔开一定距离，干湿探头从上方直穿两层屏蔽，同时防辐射罩表面涂有或镀有高反光性能和低比辐射率特性涂料；实用新型专利空气参数传感器或记录器用通风防辐射罩(专利号：ZL 200720029435.4)底部设有整流进风口，顶部设有风 机，同时太阳能电池板和蓄电池的使用实现节能强制通风；实用新型专利通风防辐射温湿度仪(专利号：ZL 03262427.1)通过通风筒与风机强制通风实现防辐射功能。国内部分气象部分在防辐射罩特性方面已经开展了部分研究(王晓蕾，温湿度防辐射罩研究，2008)。 
通过增加风扇强制通风的防辐射罩，很多采用桶状结构，无水平空气流通，统一风速综合能耗大，当断电或风扇故障只存在垂直通风，在设施等环境下可视为密闭系统，对温湿度测量精度产生较大影响。部分采用太阳能电池+蓄电池方式只是常规技术手段简单集成，能源利用率不高，不能满足长期阴雨气候的使用，并且笨重结构导致安装维护不便。 
发明内容
（一）要解决的技术问题 
本发明要解决的技术问题是：如何根据太阳辐射，自适应地将自然通风和强制通风结合使用。 
（二）技术方案 
为解决上述问题，本发明提供了一种自适应空气温湿度测量防辐射罩，该防辐射罩包括：太阳能板台、顶端固定在所述太阳能板台上的防辐射罩主体、以及固定在所述防辐射罩主体底端的支架，所述太阳能板台上固定有太阳能电池板；所述防辐射罩主体进一步包括：伞形叶式防辐射罩，顶端与所述太阳能板台固定连接，通过多层白色伞形防辐射板叠加，形成水平密闭腔结构；风扇，设置在所述伞形叶式防辐射罩内部顶端；传感器，设置在所述伞形叶式防辐射罩内部；控制板，设置在所述伞形叶式防辐射罩上，与所述太阳能电池板以及所述风扇均连接，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，调整所述风扇的风速输出。 
其中，该防辐射罩还包括：充电电池，集成于所述控制板，与所述太阳能电池板相连。 
其中，所述伞形叶式防辐射罩进一步包括：由上至下依次设置的两块第一高度伞形叶式防辐射板以及五块第二高度伞形叶式防辐射板，所述第一高度伞形叶式防辐射板将第二高度伞形叶式防辐射板罩在其中，设置在最上方的所述第一高度伞形叶式防辐射板固定于所述太阳能板台上，其余各块伞形叶式防辐射板之间通过防辐射板固定孔以及底部固定螺丝固定在所述支架上，第二块所述第一高度伞形叶式防辐射板与第一块所述第二高度伞形叶式防辐射板之间形成所述水平密闭腔结构，所述风扇设置在所述水平密闭腔结构内。 
其中，所述设置在最上方的第一高度伞形叶式防辐射板通过顶部固定螺丝以及螺母固定在所述太阳能板台上。 
其中，所述控制板进一步包括：A/D转换模块，采集所述太阳能电池板的输出电压，并输送至决策模块；充电模块，用于实现对充电电池以及太阳能电池输出电压的调整，为防辐射罩供电以及充电；决策模块，接收所述A/D转换模块发送的电压，根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，控制所述风扇的风速输出。 
其中，所述决策模块进一步包括：光伏模型构建单元，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型；误差补偿单元，用于确定误差补偿等级；能耗模型构建单元，用于评估太阳能耗、充电电池能耗、防辐射罩运行能耗、以及风扇运行能耗，建立能耗评估模型；调速决策单元，控制所述风扇的风速输出。 
其中，所述光伏模型构建单元以辐射值100W/m2、200W/m2、300W/m2、500W/m2为临界点，构建太阳能电池光伏模型。 
（三）有益效果 
本发明的优点在于对太阳辐射量进行光伏转换，通过内部补偿、能耗估算、调速决策实现不同太阳辐射下不同通风速度，通过不同尺寸防辐射片构建扇形叶式防辐射罩，配合微压风扇，实现传感器测量过程中的水平、垂直通风循环，提高辐射罩通风性能，同时太阳能电 池板和锂电池等能源合理应用，以最小的能耗提高温湿度及气体浓度测量的准确度，同时具备结构简单、安装方便等优点。 
附图说明
图1为依照本发明一种实施方式的自适应空气温湿度测量防辐射罩整体结构示意图； 
图2为依照本发明一种实施方式的自适应空气温湿度测量防辐射罩透视图； 
图3为依照本发明一种实施方式的自适应空气温湿度测量防辐射罩决策模块工作原理框图。 
具体实施方式
本发明提出的自适应空气温湿度测量防辐射罩，结合附图及实施例详细说明如下。 
如图1-2所示，依照本发明一种实施方式的自适应空气温湿度测量防辐射罩，包括：太阳能板台2、顶端固定在所述太阳能板台2上的防辐射罩主体、以及固定在所述防辐射罩主体底端的支架11。 
其中，所述太阳能板台2上固定有太阳能电池板4。 
防辐射罩主体进一步包括：三形叶式防辐射罩，其顶端与太阳能板台2固定连接，通过多层白色伞形防辐射板跌接，形成四周密闭腔结构12，其由上至下依次设置两块第一高度伞形叶式防辐射板3以及五块第二高度伞形叶式防辐射板5，第一高度伞形叶式防辐射板3将第二高度伞形叶式防辐射板5罩在其中，设置在最上方的第一高度伞形叶式防辐射板3通过顶部固定螺丝以及螺母1固定在固定于太阳能板台2上，其余各块伞形叶式防辐射板之间通过防辐射板固定孔9以及底部固定螺丝10固定在支架11上，从而支架11与防辐射罩主体形成一体，方便与墙体、柱体的固定，简化安装步骤。第二块第一高度伞形叶式防辐射板3与第一块第二高度伞形叶式防辐射板5之间形成水平密闭腔结构12，微压直流风扇7设置在该水平密闭腔结构 12内。传感器8设置在伞形叶式防辐射罩内部；控制板6，设置在伞形叶式防辐射罩上，与太阳能电池板4以及风扇7均连接，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，调整风扇7的风速输出。整体结构达到内部传感器8、微压风扇7、控制板6防护，免受外界雨雪沙等气候条件的影响。不同尺寸叶片式防辐射片，构成水平密闭腔体，结合微压风扇形成伞形叶式防辐射罩，实现水平、垂直通风循环(图2中箭头所示)，提高了本发明的防辐射罩的整体通风性能。向阳太阳能电池板、固定台及伞状结构避免日出、日落时太阳高度角低，太阳直射到测量传感器。 
该防辐射罩还包括：充电电池，集成于所述控制板6，与太阳能电池板4相连。 
控制板6采用超低功耗单片机MSP430F2013，其进一步包括： 
16位Δ-∑A/D转换模块SD16，采集外部0.5-1W太阳能电池板4的输出电压，进行模数转换并输送至决策模块； 
充电模块，用于实现对不稳定电流、电压输出的充电电池以及太阳能电池输出电压的调整，为防辐射罩进行可靠供电以及充电，尤其实现阴天小电流充电功能。； 
决策模块，接收A/D转换模块发送的电压，根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，控制风扇7的风速输出。 
其中，如图4所示，决策模块通过单片机内部计时器的输出不同频率的PWM信号实现微压直流风机的调速，基于实验基础上的误差补偿算法针对0.8度、0.5度、0.3度等误差等级结合光伏模型及能耗评估模型，进行决策选择适合的PWM输出系数，实现不同级别的风速输出，达到能耗及测量精度的最优化。该模块进一步包括： 
光伏模型构建单元，用于根据辐射值，以光辐射100W/m2、200W/m2、300W/m2、500W/m2为临界点，构建太阳能电池光伏模型，并在此基础上进行风扇调速，以满足不同误差等级的需求； 
误差补偿单元，基于实验基础，确定误差补偿等级为0.8度、0.5度、以及0.3度； 
能耗模型构建单元，用于评估太阳能耗、充电电池能耗、防辐射罩运行能耗、以及风扇运行能耗，建立能耗评估模型； 
调速决策单元，通过单片机内部计时器的输出不同频率的PWM信号实现微压直流风扇7的调速。 
光伏模型、误差补偿、能耗模型及调速决策等算法的嵌入式应用，结合太阳能电池板、锂电池、微压风扇可实现以最小功耗实现不同光照辐射调节风速满足不同精度需求。 
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (6)

1.一种自适应空气温湿度测量防辐射罩，该防辐射罩包括：太阳能板台（2）、顶端固定在所述太阳能板台（2）上的防辐射罩主体、以及固定在所述防辐射罩主体底端的支架（11），其特征在于，
所述太阳能板台（2）上固定有太阳能电池板（4）；
所述防辐射罩主体进一步包括：
伞形叶式防辐射罩，顶端与所述太阳能板台（2）固定连接，通过多层白色伞形防辐射板叠加，形成水平密闭腔结构（12）；
风扇（7），设置在所述伞形叶式防辐射罩内部顶端；
传感器（8），设置在所述伞形叶式防辐射罩内部；
控制板（6），设置在所述伞形叶式防辐射罩上，与所述太阳能电池板（4）以及所述风扇（7）均连接，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，调整所述风扇（7）的风速输出；
所述伞形叶式防辐射罩进一步包括：
由上至下依次设置的两块第一高度伞形叶式防辐射板（3）以及五块第二高度伞形叶式防辐射板（5），所述第一高度伞形叶式防辐射板（3）将第二高度伞形叶式防辐射板（5）罩在其中，设置在最上方的所述第一高度伞形叶式防辐射板（3）固定于所述太阳能板台（2）上，其余各块伞形叶式防辐射板之间通过防辐射板固定孔（9）以及底部固定螺丝（10）固定在所述支架（11）上，第二块所述第一高度伞形叶式防辐射板（3）与第一块所述第二高度伞形叶式防辐射板（5）之间形成所述水平密闭腔结构（12），所述风扇（7）设置在所述水平密闭腔结构（12）内。
2.如权利要求1所述的自适应空气温湿度测量防辐射罩，其特征在于，该防辐射罩还包括：充电电池，集成于所述控制板（6），与所述太阳能电池板（4）相连。
3.如权利要求1所述的自适应空气温湿度测量防辐射罩，其特征在于，所述设置在最上方的第一高度伞形叶式防辐射板（3）通过顶部固定螺丝以及螺母（1）固定在所述太阳能板台（2）上。
4.如权利要求2所述的自适应空气温湿度测量防辐射罩，其特征在于，所述控制板（6）进一步包括：
A/D转换模块，采集所述太阳能电池板（4）的输出电压，并输送至决策模块；
充电模块，用于实现对可充电电池以及太阳能电池输出电压的调整，为防辐射罩供电以及充电；
决策模块，接收所述A/D转换模块发送的电压，根据辐射值构建太阳能电池光伏模型以及能耗评估模型，控制所述风扇（7）的风速输出。
5.如权利要求4所述的自适应空气温湿度测量防辐射罩，其特征在于，所述决策模块进一步包括：
光伏模型构建单元，用于根据辐射值构建太阳能电池光伏模型；
误差补偿单元，用于确定误差补偿等级；
能耗模型构建单元，用于评估太阳能耗、充电电池能耗、防辐射罩运行能耗、以及风扇运行能耗，建立能耗评估模型；
调速决策单元，控制所述风扇（7）的风速输出。
6.如权利要求5所述的自适应空气温湿度测量防辐射罩，其特征在于，所述光伏模型构建单元以辐射值100W/m2、200W/m2、300W/m2、500W/m2为临界点，构建太阳能电池光伏模型。
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