CN109444089B - 一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置 - Google Patents

一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，包括：光电发射管的发射端上设置有第一透镜，第二光电接收管的接收端上设置有第二透镜；光电发射管发射调制光波，调制光波经第一透镜发射至总辐射传感器的球罩；第一光电接收管接收第一透镜反射的反射光波，将反射光波传输至光信号处理模块；经光信号处理模块处理得到第一数据，将第一数据发送至MCU处理器；第二光电接收管通过第二透镜接收辐射传感器的球罩反射和/或散射的第二光波，将第二光波发送至光信号处理模块；经光信号处理模块处理得到第二数据后，并发送至MCU处理器；MCU处理器结合预设的原始光波强度和预设的标准数据计算球罩的透过率，根据透过率修正总辐射传感器测量的数据。

Description

一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，具体涉及一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置。
背景技术
太阳辐射观测是大气观测的一个非常重要的项目。太阳辐射观测的数据资料在天气、气候、太阳能发电、太阳能热水系统、建筑节能等行业或者领域均有重要和广泛的应用。目前太阳辐射的地面水平总量通过总辐射传感器来进行测量。总辐射传感器测量所在平面法向半球天空的太阳总辐射,主要原理是利用一个热电偶生成一个与辐射通量成正比的输出电压。由于使用了球型玻璃罩，减少了测量误差，特别是热偏差，所以总辐射传感器具有很高的测量精度。由于太阳辐射传感器安装在室外，经常需要定期对球罩进行清洁维护。但由于野外环境的复杂性，如：泥浆雨、鸟粪等会概率性发生对球罩的污染和遮挡，使得总辐射传感器球罩透过率下降，测量精度受到影响。为了避免上述情况，目前采取的防护手段为定期通过人工进行检测和清洁，但频繁的维护会造成大量的人力资源的浪费；且由于无法实时了解总辐射传感器球罩的污染情况，造成维护不及时，观测数据已受到显著影响的情况时有发生。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，以解决总辐射传感器球罩由于受到污染后，影响总辐射传感器测量的数据的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，包括：光电发射管、第一光电接收管、第二光电接收管、MCU处理器、光信号处理模块，其中，所述光电发射管的发射端上设置有第一透镜，所述第二光电接收管的接收端上设置有第二透镜；所述光电发射管发射调制光波，所述调制光波经所述第一透镜发射至总辐射传感器的球罩，并经所述第一透镜产生反射光波；所述第一光电接收管接收所述第一透镜反射的反射光波，将所述反射光波传输至所述光信号处理模块；所述光信号处理模块根据所述反射光波处理得到第一数据，将所述第一数据发送至所述MCU处理器；所述第二光电接收管通过所述第二透镜接收所述总辐射传感器的球罩反射和/或散射的第二光波，将所述第二光波传输至所述光信号处理模块；所述光信号处理模块根据所述第二光波处理得到第二数据，将所述第二数据发送至所述MCU处理器；所述MCU处理器根据预设的原始光波强度、所述第一数据、第二数据及标准数据计算所述总辐射传感器的球罩透过率，根据所述透过率修正总辐射传感器测量的数据。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述标准数据为所述总辐射传感器球罩在无污染时所述原始光波强度的调制光波在所述总辐射传感器球罩反射和/或散射的第二光波的强度数据。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述MCU处理包括：订正系数计算模块，用于根据所述第一数据及所述预设的原始光波强度计算订正系数；订正数据计算模块，用于根据所述订正系数及所述第二数据计算订正数据；透过率计算模块，用于根据所述订正数据和所述标准数据计算所述总辐射传感器的球罩透过率；数据修正模块，用于根据所述透过率修正总辐射传感器测量的数据。
结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述MCU处理器还包括：污染判断模块，用于判断所述透过率是否小于第一阈值；当所述透过率小于所述第一阈值时，所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩出现污染；当所述透过率大于或等于所述第一阈值时，所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩未出现污染。
结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，还包括：报警提示装置；当所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩出现污染时，所述MCU处理器启动所述报警提示装置进行报警。
结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述光信号处理模块包括：信号处理电路和A/D信号转换器；所述信号处理电路用于将所述第一光电接收管光信号进行滤波处理，并转换成第一电信号；将所述第二光电接收管接收到的光信号进行滤波处理，并转换成第二电信号；所述A/D信号转换器将所述第一电信号及所述第二电信号转换成数字信号。
结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置还包括：驱动电路；所述MCU处理器通过所述驱动电路控制所述光电发射管发射所述调制光波。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：通过调制光波在总辐射传感器球罩反射和/或散射回来的光波强度来检测总辐射传感器球罩的污染程度，同时检测调制光波强度来修订由于电压，电流不稳定等因素导致调制光波的光强波动产生的误差，使测量的总辐射传感器球罩的污染程度更加准确；根据总辐射传感器球罩反射和/或散射回来的光波强度与球罩在无污染时测量的光波强度计算球罩的透过率，来修正由于球罩污染导致总辐射传感器测量的太阳辐射观测误差。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置的结构框图；
图2示出了本发明实施例的设置有透过率计算装置的总辐射传感器球罩的剖面示意图；
图3示出了本发明实施例的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置的MCU处理器结构框图；
图4示出了本发明实施例的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置的光信号处理模块结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，在实际应用中，该装置可以应用于计算总辐射传感器球罩的透过率，如图1及图2所示：该装置包括：光电发射管1、第一光电接收管2、第二光电接收管3、MCU处理器4、光信号处理模块5，其中，该光电发射管1的发射端10上设置有第一透镜6，第二光电接收管3的接收端11上设置有第二透镜7。光电发射管1发射出特定波长的调制光波，经过第一透镜6，以开敞角度60°左右覆盖整个总辐射传感器球罩，在经过第一透镜6时产生反射光波，第一光电接收管2接收到第一透镜反射的反射光波，将反射光波传输至光信号处理模块5，光信号处理模块5将反射光波信号处理等到第一数据，并将第一数据发送给MCU处理器4；辐射传感器球罩表面由于灰尘、污染等因素会反射和/或散射调制光波，第二光电接收管3通过第二透镜7接收由总辐射传感器的球罩反射和/或散射的第二光波，将第二光波传输至光信号处理模块5处理得到第二数据，并将第二数据发送给MCU处理器4，MCU处理器4根据预设的原始光波强度、第一数据、第二数据及标准数据计算所述总辐射传感器的球罩透过率，根据所述透过率修正总辐射传感器测量的数据。该预设的原始光波强度是出厂时光电发射管1发射的光波强度，该标准数据为总辐射传感器球罩在无污染时原始光波强度的调制光波在所总辐射传感器球罩反射和/或散射的第二光波的强度数据。
通过实施本发明的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，发射调制光波，检测由总辐射传感器的球罩反射和/或散射的光波强度来计算总辐射传感器球罩的透过率τ，对总辐射原始数据E按Eτ＝E/τ来获得总辐射辐照度的修正数据Eτ，从而能够消除由于球罩的污染导致总辐射传感器出现误差。
可选地，在本发明的一些实施例中，如图3所示，MCU处理器4包括：订正系数计算模块401，用于根据第一数据及所述预设的原始光波强度计算订正系数；订正数据计算模块402，用于根据订正系数及所述第二数据计算订正数据；透过率计算模块403，用于根据订正数据和所述标准数据计算总辐射传感器的球罩透过率；数据修正模块404，用于根据透过率修正总辐射传感器测量的数据。在实际应用中，由于电压、电流的不稳定或者其他因数导致光电发射管1发射的调制光波的光强发生波动，从而第二光电接收管3接收的反射和/或散射的光波的强度不准确，影响MCU处理器4判断球罩的污染程度，通过第一电接收管2接收第一透镜发射的光波和原始光波强度，来修订第二光电接收管3接收的反射和/或散射的光波强度。
可选地，在本发明一些实施例中，MCU处理器4还包括：污染判断模块405：判断球罩的透过率是否小于第一阈值(该第一阈值是指球罩的污染程度对总辐射传感器测量的太阳辐射影响在允许的范围内的边界值，可根据需要进行设置，例如是球罩透过率为90％)；当透过率小于第一阈值，污染判断模块405就会判定总辐射传感器球罩发生污染，实际应用中，可对应于污染程度高的情况，需要清理总辐射传感器球罩，MCU处理器4就会启动报警提示装置8，提醒工作人员清理污染的总辐射传感器球罩；当订正数据大于或等于该第一阈值时，污染判断模块405判定总辐射传感器球罩未发生污染，或者是对应于污染程度不高的情况，不需要清理。这样就避免安排工作人员频繁检查总辐射传感器球罩的污染程度，节约人力资源。
可选地，在本发明的一些实施例中，如图4所示，光信号处理模块5包括：信号处理电路501和A/D信号转换器502；信号处理电路501用于将第一光电接收管2传输的光信号进行滤波处理，并转换成第一电信号传输给A/D信号转换器502；还将第二光电接收管3接收到的光信号进行滤波处理，并转换成第二电信号后传输给A/D信号转换器502；A/D信号转换器502将接收到第一电信号及第二电信号转换成数字信号，传输给MCU处理器4，以供MCU处理器4基于数字信号进行后续的污染程度的判断。
可选地，在本发明的一些实施例中，用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置还包括：驱动电路9；MCU处理器4通过驱动电路9控制光电发射管1发射调制光波。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，包括：光电发射管、第一光电接收管、第二光电接收管、MCU处理器、光信号处理模块，其中，
所述光电发射管的发射端上设置有第一透镜，所述第二光电接收管的接收端上设置有第二透镜；
所述光电发射管发射调制光波，所述调制光波经所述第一透镜发射至总辐射传感器的球罩，并经所述第一透镜产生反射光波；
所述第一光电接收管接收所述第一透镜反射的反射光波，将所述反射光波传输至所述光信号处理模块；
所述光信号处理模块根据所述反射光波处理得到第一数据，将所述第一数据发送至所述MCU处理器；
所述第二光电接收管通过所述第二透镜接收所述总辐射传感器的球罩反射和/或散射的第二光波，将所述第二光波传输至所述光信号处理模块；
所述光信号处理模块根据所述第二光波处理得到第二数据，将所述第二数据发送至所述MCU处理器；
所述MCU处理器根据预设的原始光波强度、所述第一数据、第二数据及预设的标准数据计算所述总辐射传感器的球罩透过率，根据所述透过率修正总辐射传感器测量的数据，所述预设的标准数据为总辐射传感器球罩在无污染时原始光波强度的调制光波在所述总辐射传感器球罩反射和/或散射的第二光波的强度数据。
2.根据权利要求1所述的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，所述MCU处理器包括：
订正系数计算模块，用于根据所述第一数据及所述预设的原始光波强度计算订正系数；
订正数据计算模块，用于根据所述订正系数及所述第二数据计算订正数据；
透过率计算模块，用于根据所述订正数据和所述标准数据计算所述总辐射传感器的球罩透过率；
数据修正模块，用于根据所述透过率修正总辐射传感器测量的数据。
3.根据权利要求2所述的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，所述MCU处理器还包括：
污染判断模块，用于判断所述透过率是否小于第一阈值；
当所述透过率小于所述第一阈值时，所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩出现污染；
当所述透过率大于或等于所述第一阈值时，所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩未出现污染。
4.根据权利要求3所述的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，还包括：报警提示装置；
当所述污染判断模块判定所述总辐射传感器球罩出现污染时，所述MCU处理器启动所述报警提示装置进行报警。
5.根据权利要求1所述的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，所述光信号处理模块包括：信号处理电路和A/D信号转换器；
所述信号处理电路用于将所述第一光电接收管光信号进行滤波处理，并转换成第一电信号；将所述第二光电接收管接收到的光信号进行滤波处理，并转换成第二电信号；
所述A/D信号转换器将所述第一电信号及所述第二电信号转换成数字信号。
6.根据权利要求1所述的用于总辐射传感器球罩的透过率计算装置，其特征在于，还包括：驱动电路；
所述MCU处理器通过所述驱动电路控制所述光电发射管发射所述调制光波。
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