CN105547468A - 一种总辐射表灵敏度快速校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种总辐射表灵敏度快速校准装置，包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述螺旋丝杆贯穿设置于灯源暗箱内，螺旋丝杆一端连接一灯源，另一端与步进电机连接，可升降的底座设置于测试台暗箱内，所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；激光定位装置设置于底座顶面，底座上设置有一电压信号采集数表；所述主控设备设置于测试台暗箱外。本发明可自动调节光源的辐照度，快速找到辐照度均匀的区域开展校准总辐射表灵敏度的校准工作。

Description

一种总辐射表灵敏度快速校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于太阳总辐射表快速校准的装置，总辐射表是气象领域和光伏电站测量太阳辐照度的一种使用最多的仪器；尤其涉及一种总辐射表灵敏度快速校准装置及方法。

背景技术

户外法总辐射表灵敏度校准技术受天气等因素影响大，气候条件不符合校准环境要求时不能进行校准试验，具有很大局限性；室内法总辐射表灵敏度校准技术主要分两种，一种校准装置庞大复杂，需要通过很多方法和设备控制光源的稳定性，校准费时较长，系统经常需要调校，容易出故障。室内法还有一种是采用固定式的光源和固定的旋转平台，但仅能在一个固定的位置旋转，对光源的位置要求高，需要手动调整辐照度，操作不方便。

关于总辐射表的校准技术，近年来中国气象局气象探测中心杨云等发表多篇论文讨论了多种基于户外法和室内法的总辐射表灵敏度校准技术，国际上公认的总辐射表灵敏度校准方法是户外法，对环境的要求很苛刻，每年只有固定的时段可以进行校准实验。长春理工大学开发了大型的操作复杂的室内校准装置进行总辐射表灵敏度的室内法校准，国际著名的太阳能辐射仪生产厂家荷兰kipp&zonen公司和国内发明专利——用于室内的太阳总辐射表的标定装置及标定方法，见授权公告号：CN102506998B授权公告日：2013.07.24的中国专利，也开发了一种在室内对总辐射表灵敏度进行快速校准/标定的装置和方法。但是该些文献都存在对光源的位置要求高，需要手动调整辐照度，操作不方便的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种总辐射表灵敏度快速校准装置，可自动调节光源的辐照度，快速找到辐照度均匀的区域开展校准总辐射表灵敏度的校准工作。

本发明问题之一是这样实现的：一种总辐射表灵敏度快速校准装置，包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；所述测试台暗箱顶部开设有一开孔，所述灯源暗箱垂直设置于测试台暗箱上，且灯源暗箱罩住所述开孔，所述灯源暗箱上下两端均开设一孔洞，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述螺旋丝杆贯穿设置于灯源暗箱内，螺旋丝杆一端连接一灯源，另一端与步进电机连接，所述步进电机设置于灯源暗箱的侧壁；所述可升降的底座设置于测试台暗箱内，所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；所述激光定位装置设置于底座顶面，所述旋转电机设置于底座侧壁，且旋转电机驱动旋转盘转动；所述底座上设置有一电压信号采集数表；所述主控设备设置于测试台暗箱外，且所述步进电机、旋转电机、电压信号采集数表均与主控设备电连接。

进一步的，所述底座上设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

进一步的，所述激光定位装置包括一弹性杆，所述弹性杆的一端设置有激光探头，弹性杆的另一端固定于底座顶面。

进一步的，所述主控设备为手持设备端或者PC机。

进一步的，所述旋转盘为圆形旋转盘。

进一步的，所述测试台暗箱底部四周均设置有一脚轮。

进一步的，所述灯源附近配有散热风扇。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种总辐射表灵敏度快速校准方法，可自动调节光源的辐照度，快速找到辐照度均匀的区域开展校准总辐射表灵敏度的校准工作。

本发明问题之二是这样实现的：一种总辐射表灵敏度快速校准方法，所述方法需提供一校准装置，该校准装置包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；所述测试台暗箱顶部开设有一开孔，所述灯源暗箱垂直设置于测试台暗箱上，且灯源暗箱罩住所述开孔，所述灯源暗箱上下两端均开设一孔洞，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；

所述方法为：将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘上，通过旋转盘的对称螺孔、激光定位装置使两个总辐射表对称摆放，旋转盘携带两个总辐射表自由转动；标准总辐射表和被校准总辐射表分别和底座上设置的一电压信号采集数表连接，电压信号采集数表采集两个总辐射表电压信号；通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号，记录照光和遮光条件下的信号值，获得被校准总辐射表的灵敏度。

进一步的，所述底座上设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

进一步的，所述主控设备设置有一ARM控制系统，主控设备通过一路串口连接ARM控制系统，所述ARM控制系统控制步进电机对螺旋丝杆的升降、控制旋转电机对旋转盘的旋转、控制温度传感器的采集、控制湿度传感器的采集；主控设备通过另一路串口与电压信号采集数表连接，控制数字多用表测量标准总辐射表电压和被校准总辐射表的电压。

进一步的，所述通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号并进行记录，来获得被校准总辐射表的灵敏度，进一步具体为：

主控设备先控制旋转盘每隔一段时间旋转一定角度，测试360°标准总辐射表的电压信号，寻找两个电压值最接近的对称位置，以该位置作为测试的位置；然后在遮光和照光条件下，分别利用电压信号采集数表对标准总辐射表和被校准总辐射表的电压信号进行测量和记录，同时记录暗箱内温湿度；最后将旋转盘转动180°，标准总辐射表和被校准的总辐射表位置对调，再做同样的数据采集，根据记录的数据获得被校准总辐射表的灵敏度。

本发明的优点在于：本发明通过两个电机和主控设备，可快速的实现光源辐照度的调节和均匀光源测试位置的定位，所有操作在灯源暗箱、和测试台暗箱中进行，通过旋转盘、激光定位装置和电压信号采集数表可实现调节测试条件、记录采集数据和分析数据，实现总辐射表灵敏度的快速准确校准，本发明还可以应用于总辐射表非线性误差、稳定性和响应时间的校准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的旋转盘的结构示意图。

图3为本发明的激光定位装置的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明的一种总辐射表灵敏度快速校准装置，包括一灯源暗箱1、螺旋丝杆2、一可升降的底座3、一步进电机(未图示)、一测试台暗箱4、一激光定位装置5、一主控设备6以及一旋转电机(未图示)；所述测试台暗箱4顶部开设有一开孔(未图示)，所述灯源暗箱1垂直设置于测试台暗箱4上，且灯源暗箱1罩住所述开孔，所述灯源暗箱1上下两端均开设一孔洞(未图示)，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱1和测试台暗箱4中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板(未图示)；该遮光板可以闭合遮光，也可以打开曝光。所述螺旋丝杆2贯穿设置于灯源暗箱1内，螺旋丝杆2一端连接一灯源21，另一端与步进电机连接，所述步进电机设置于灯源暗箱1的侧壁；所述可升降的底座3设置于测试台暗箱4内，所述底座3上设置有一旋转盘8，旋转盘8上开设有多个的螺孔81；标准总辐射表和被校准的总辐射表设置于螺孔81上；所述激光定位装置5设置于底座3顶面，所述旋转电机设置于底座3侧壁，且旋转电机驱动旋转盘8转动；所述底座3上设置有一电压信号采集数表9；所述主控设备6设置于测试台暗箱4外，且所述步进电机、旋转电机、电压信号采集数表9均与主控设备6电连接。将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘8上，通过主控设备6控制旋转盘8旋转不同角度来校准被校准总辐射表的灵敏度。所述灯源21附近配有散热风扇(未图示)，为灯源21进行散热。

其中，旋转盘8通过旋转电机进行不同角度的精确自动旋转，固定于可调节高低和水平的底座3上；该遮光板7可以闭合遮光，也可以打开曝光，光源的位置可以通过步进电机实现不同高低位置的精密自动调节，从而实现不同辐照度的控制。

在本发明中，所述底座3上设置有温度传感器(未图示)和湿度传感器(未图示)，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

所述激光定位装置5包括一弹性杆51，所述弹性杆51的一端设置有激光探头52，弹性杆51的另一端固定于底座3顶面。通过激光定位装置5能将标准总辐射表和被校准的总辐射表进行定位。所述主控设备6为手持设备端或者PC机。

在本发明中，所述旋转盘8为圆形旋转盘。所述测试台暗箱4底部四周均设置有一脚轮41。这样能方便移动校准装置。

本发明的一种总辐射表灵敏度快速校准方法，所述方法需提供一校准装置，该校准装置包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；所述测试台暗箱顶部开设有一开孔，所述灯源暗箱垂直设置于测试台暗箱上，且灯源暗箱罩住所述开孔，所述灯源暗箱上下两端均开设一孔洞，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；

所述方法为：将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘上，通过旋转盘的对称螺孔、激光定位装置使两个总辐射表对称摆放，旋转盘携带两个总辐射表自由转动；标准总辐射表和被校准总辐射表分别和底座上设置的一电压信号采集数表连接，电压信号采集数表采集两个总辐射表电压信号；通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号，记录照光和遮光条件下的信号值，获得被校准总辐射表的灵敏度。

所述底座上设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

所述主控设备设置有一ARM控制系统，主控设备通过一路串口连接ARM控制系统，所述ARM控制系统控制步进电机对螺旋丝杆的升降、控制旋转电机对旋转盘的旋转、控制温度传感器的采集、控制湿度传感器的采集；主控设备通过另一路串口与电压信号采集数表连接，控制数字多用表测量标准总辐射表电压和被校准总辐射表的电压。

另外，在本发明中，所述通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号并进行记录，来获得被校准总辐射表的灵敏度，进一步具体为：

主控设备先控制旋转盘每隔一段时间旋转一定角度(该角度是能进行设置的)，测试360°标准总辐射表的电压信号，寻找两个电压值最接近的对称位置，以该位置作为测试的位置；然后在遮光和照光条件下(即灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；遮光板拿开的时候即在照光条件下，遮光板没拿开的时候即在遮光的条件下)，分别利用电压信号采集数表对标准总辐射表和被校准总辐射表的电压信号进行测量和记录，同时记录暗箱内温湿度；最后将旋转盘转动180°，标准总辐射表和被校准的总辐射表位置对调，再做同样的数据采集，根据记录的数据获得被校准总辐射表的灵敏度。

本发明的工作原理如下：

总辐射表灵敏度的校准在本发明的装置里可以方便快速的完成，不受外界环境的干扰，所有操作在暗箱里进行，主控设备上进行软件控制，可快速完成校准工作，操作便捷，光源稳定，定位精确，可靠性好。光源来自光源暗箱里的照光灯，将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘上，通过对称螺孔、激光定位装置和旋转电机使两个总辐射表对称摆放，通过信号电缆将标准总辐射表、被校准的总辐射表分别和高精度电压信号采集数表连接，再连接到主控设备。两个电机的通讯线也连接到主控设备。先控制旋转盘每隔一段时间旋转一定角度(如20度)，测试360°标准总辐射表的电压信号，寻找两个信号值最接近的对称位置，以该位置为测试的位置，以减少光源均匀性引入的测试误差。然后在光源的照射下利用高精度电压信号数表进行数据的采集，主控设备自动定期直接记录由数表采集到的标准总辐射表和被校准的总辐射表输出的电压值，且进行自动数据保存；并监控和记录暗箱内的温湿度。然后将旋转台旋转180°，标准总辐射表和被校准的总辐射表位置对调，再采集遮光和照光条件下的数据采集数据，根据记录的数据计算被校准总辐射表的灵敏度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应该涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种总辐射表灵敏度快速校准装置，其特征在于：包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；所述测试台暗箱顶部开设有一开孔，所述灯源暗箱垂直设置于测试台暗箱上，且灯源暗箱罩住所述开孔，所述灯源暗箱上下两端均开设一孔洞，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述螺旋丝杆贯穿设置于灯源暗箱内，螺旋丝杆一端连接一灯源，另一端与步进电机连接，所述步进电机设置于灯源暗箱的侧壁；所述可升降的底座设置于测试台暗箱内，所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；所述激光定位装置设置于底座顶面，所述旋转电机设置于底座侧壁，且旋转电机驱动旋转盘转动；所述底座上设置有一电压信号采集数表；所述主控设备设置于测试台暗箱外，且所述步进电机、旋转电机、电压信号采集数表均与主控设备电连接；将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘上，通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度来校准被校准总辐射表的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的一种总辐射表灵敏度快速校准装置，其特征在于：所述底座上设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

3.根据权利要求1所述的一种总辐射表灵敏度快速校准装置，其特征在于：所述激光定位装置包括一弹性杆，所述弹性杆的一端设置有激光探头，弹性杆的另一端固定于底座顶面。

4.根据权利要求1所述的一种总辐射表灵敏度快速校准装置，其特征在于：所述测试台暗箱底部四周均设置有一脚轮。

5.根据权利要求1所述的一种总辐射表灵敏度快速校准装置，其特征在于：所述灯源附近配有散热风扇。

6.一种总辐射表灵敏度快速校准方法，其特征在于：所述方法需提供一校准装置，该校准装置包括一灯源暗箱、螺旋丝杆、一可升降的底座、一步进电机、一测试台暗箱、一激光定位装置、一主控设备以及一旋转电机；所述测试台暗箱顶部开设有一开孔，所述灯源暗箱垂直设置于测试台暗箱上，且灯源暗箱罩住所述开孔，所述灯源暗箱上下两端均开设一孔洞，两个孔洞的位置与所述开孔相对应；所述灯源暗箱和测试台暗箱中间能快速对位连接成上下相通的大暗箱，所述中间设置有一可活动的遮光板；所述底座上设置有一旋转盘，旋转盘上开设有多个的螺孔；

所述方法为：将标准总辐射表和被校准总辐射表同时放在校准装置的旋转盘上，通过旋转盘的对称螺孔、激光定位装置使两个总辐射表对称摆放，旋转盘携带两个总辐射表自由转动；标准总辐射表和被校准总辐射表分别和底座上设置的一电压信号采集数表连接，电压信号采集数表采集两个总辐射表电压信号；通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号，记录照光和遮光条件下的信号值，获得被校准总辐射表的灵敏度。

7.根据权利要求6所述的一种总辐射表灵敏度快速校准方法，其特征在于：所述底座上设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与所述主控设备电连接。

8.根据权利要求7所述的一种总辐射表灵敏度快速校准方法，其特征在于：所述主控设备设置有一ARM控制系统，主控设备通过一路串口连接ARM控制系统，所述ARM控制系统控制步进电机对螺旋丝杆的升降、控制旋转电机对旋转盘的旋转、控制温度传感器的采集、控制湿度传感器的采集；主控设备通过另一路串口与电压信号采集数表连接，控制电压信号采集数表同步测量标准总辐射表电压和被校准总辐射表的电压信号。

9.根据权利要求8所述的一种总辐射表灵敏度快速校准方法，其特征在于：所述通过主控设备控制旋转盘旋转不同角度获取对应角度的两个总辐射表电压信号并进行记录，来获得被校准总辐射表的灵敏度，进一步具体为：

主控设备先控制旋转盘每隔一段时间旋转一定角度，测试360°标准总辐射表的电压信号，寻找两个电压值最接近的对称位置，以该位置作为测试的位置；然后在遮光和照光条件下，分别利用电压信号采集数表对标准总辐射表和被校准总辐射表的电压信号进行测量和记录，同时记录暗箱内温湿度；最后将旋转盘转动180°，标准总辐射表和被校准的总辐射表位置对调，再做同样的数据采集，根据记录的数据获得被校准总辐射表的灵敏度。