CN110208881B - 用于光电式日照计的全辐射环境定标装置 - Google Patents

用于光电式日照计的全辐射环境定标装置 Download PDF

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Abstract

用于光电式日照计的定标装置，涉及气象仪器检测技术领域，解决现有日照计无法长时间在室外连续工作，存在测试数据不连续、测试时间长，导致定标效率低；且现有多数室内定标装置没有对辐射环境进行模拟，降低了日照计的测量精度等问题，包括固定支架、太阳模拟器、日地运动模拟机构和辐射环境模拟室。太阳模拟器紧固于固定支架上，发出的准直光束经平面镜反射至待测光电式日照计，待测日照计通过夹具夹持于高精度光学旋转平台上，实现高度角调整和方位角调整，以模拟太阳的不同照射角度；通过辐射环境模拟室模拟太阳辐射环境下的不同空气温度、湿度、空气质量对辐射效果的影响。本发明降低了操作人员的工作负担，提高了定标效率。

Description

用于光电式日照计的全辐射环境定标装置
技术领域
本发明涉及气象仪器检测技术领域，具体涉及一种用于光电式日照计的全辐射环境定标装置。
背景技术
光电式日照计是一种记录日照时数的气象仪器，由于其成本低、响应速度快、安全可靠性好、成本与养护费用低等自身的特点，现被广泛应用于太阳能资源测量、气象辐射观测等领域。
光电日照计的定标测试是其实现日照时数高精度测量的关键环节。目前在最低要求情况下，操作人员针对光电式日照计进行定标操作时采用标准直接辐射表与待定标日照计在户外进行对比测量，但在雨季、雪季、阴天、雾霾天等恶劣天气时，光电日照计的室外定标无法实现连续工作，造成测试数据不具有联系性，测试时间较长，且现有多数室内定标装置没有对辐射环境进行模拟，无法针对处于恶劣天气时的日照计精度进行室内定标测试，这大大降低光电日照计的测量精度，并且定标操作中手动进行日照计所处高度方位调节，会增加操作人员的工作负担及出错率，降低定标效率。
随着日照计的广泛应用，传统的定标方式降低了光电式日照计的定标效率，延长了光电日照计的生产周期，难以满足目前需求。
为了满足光电日照计的定标要求，需要一种不受自然环境影响，可在实验室条件下对光电日照计进行全辐射环境下定标的装置，且定标装置应具有模拟参数精度高、工作连续可靠、操作简便等特点。
发明内容
本发明为解决现有日照计无法长时间在室外连续工作，存在测试数据不连续、测试时间长，导致定标效率低；且现有多数室内定标装置没有对辐射环境进行模拟，降低了日照计的测量精度等问题，提供一种用于光电式日照计的全辐射环境定标装置。
用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，包括固定支架、太阳模拟器、日地运动模拟机构和全辐射环境模拟室；所述太阳模拟器固定在固定支架顶部，全辐射环境模拟室置于固定支架平面支撑处，日地运动模拟机构将待定标日照计置于全辐射环境模拟室内部；
所述日地运动模拟机构包括平面反射镜、高度角模拟机构、方位角模拟机构、双滑块导轨和L形支撑板；
所述方位角模拟机构固定在L形支撑板的竖直方向上，待定标日照计通过夹持机构与方位角模拟机构连接；所述高度角模拟机构固定在L形支撑板的水平方向上，待定标日照计的第三光电探测器中心与高度角模拟机构的旋转中心重合；所述平面反射镜与高度角模拟机构均固定安装在双滑块导轨上，用于调节平面反射镜与待定标日照计的相对距离；
所述太阳模拟器发出的准直光束的中心与全辐射环境模拟室顶部圆孔中心同轴且重合；所述平面反射镜的中心与全辐射环境模拟室顶部圆孔中心同轴且重合；所述准直光束经平面反射镜照射到待定标日照计上，光线全覆盖待定标日照计；
所述高度角模拟机构使待测光电日照计的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器同时以平面反射镜中心所在轴线为轴实现±90°水平回转运动；
所述方位角模拟机构使待定标日照计的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器实现绕平面反射镜反射的准直光束进行360°旋转。
本发明的有益效果：本发明所述的定标装置，针对不同太阳辐照情况，通过调整太阳模拟器的氙灯光源输出不同辐照度和辐射环境模拟室中湿度温度空气质量的调节实现全辐射环境模拟，利用日地运动模拟机构调整光电日照计与平面反射镜的相对位置，以实现不同的太阳辐射角度模拟。
本发明一种用于光电日照计的全辐射环境定标装置模拟参数精度高、工作性能稳定可靠、结构简单、操作简便，可供光电日照计进行长时间的连续测量。
附图说明
图1为本发明一种用于光电式日照计的全辐射环境定标装置的整体系统结构及使用状态示意图；
图2为本发明一种用于光电式日照计的全辐射环境定标装置的太阳模拟器的结构示意图；
图3为本发明一种用于光电日照计的全辐射环境定标装置的日地运动模拟机构的结构示意图；
图4为本发明一种用于光电日照计的全辐射环境定标装置的环境模拟室的结构示意图；
图5为本发明一种用于光电式日照计的全辐射环境定标装置的待测光电式日照计的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，由固定支架1、太阳模拟器2、日地运动模拟机构3、辐射环境模拟室4组成。其中，太阳模拟器2包括氙灯光源201、准直光学系统202、会聚光学系统203和电源控制箱204；所述氙灯光源201发出的光束经会聚光学系统203 和准直光学系统202 后出射准直光束经平面反射镜306照射到待定标日照计上，所述电源控制箱204对太阳模拟器2供电。
日地运动模拟机构3包括平面反射镜306、高度角模拟机构305、方位角模拟机构301、双滑块导轨307和L形支撑板302；辐射环境模拟室4包括箱体401、湿度调节系统、温度调节系统和空气质量调节系统；其中，湿度调节系统包括小型超声加湿器404与换气扇402；温度调节系统包括加热仪403与排风扇406；空气质量调节系统包括雾霾发生器409与换气扇；
所述太阳模拟器2通过四枚螺钉紧固于固定支架顶端的固定板，辐射环境模拟室4放置于固定支架中间结构平面支撑处，太阳模拟器2发出的准直光束的中心与全辐射环境模拟室4顶端圆孔中心同轴且重合；日地运动模拟机构3将待定标日照计置于全辐射环境模拟室4内部，所述平面反射镜306倾斜45度，几何中心与全辐射环境模拟室4顶端圆孔中心同轴且重合，太阳模拟器氙灯光源201发出的准直光束经平面反射镜306照射到待定标日照计上，光线全覆盖待定标日照计，日地运动模拟机构3的高度角模拟机构305可使待测光电日照计的第一光电探测器501、第二光电探测器502和第三光电探测器503同时以平面反射镜中心所在轴线为轴实现±90°水平回转运动，日地运动模拟机构的方位角模拟模块可使待测光电日照计的第一光电探测器501、第二光电探测器502和第三光电探测器 503同时绕经平面反射的准直光束进行360°旋转，从而实现不同时刻不同方位下的太阳辐照度模拟。
本实施方式中，所述太阳模拟器2发出的准直光束口径为
Figure GDA0002911042220000041
，准直光束的中心与全辐射环境模拟室顶端圆孔中心同轴且重合，太阳模拟器2发出的准直光束用来模拟太阳辐射，可完全覆盖待定标日照计的感光区域。
本实施方式中，所述平面反射镜306采用一顶三拉的结构形式，平面反射镜 306背部开散热凹槽，通过球头与镜座锥孔配合，并由紧固螺钉锁紧，由三个调整螺钉调整平面反射镜306的空间姿态，使由太阳模拟器2竖直输出的准直光束经平面反射镜306转折，以垂直于光束轴线的方向射出，水平或斜入射到安装在日地运动模拟机构上的待定标日照计上。
本实施方式中，所述日地运动模拟机构的方位角模拟机构301通过螺钉紧固于L形支撑板302的竖直方向，待定标光电日照计5通过夹持机构与方位角模拟模块301连接，通过方位角模拟模块301，待定标日照计可绕自身中心轴线实现水平方位上360°旋转；日地运动模拟机构的高度角模拟机构305通过螺钉紧固于L形支撑板的水平方向，待定标日照计的第三光电探测器503 中心与高度角模拟模块305的旋转中心重合，通过高度角模拟机构305带动待定标日照计可绕自身中心轴线进行±90°水平回转运动。在L形支撑板302上放置水平仪 304以保证高度角模拟时出射光斑位于待测仪器的中心位置。在支撑板的竖直方向上安装激光指示器303，用于指示待定标日照计感应面需调整的角度。平面反射镜306与高度角模拟机构305固定安装在双滑块导轨307的滑块上，可以调节平面反射镜306与待定标日照计的相对距离。
本实施方式中，所述方位角模拟机构301和高度角模拟机构305均采用NT02RA100M电动旋转工作台。
本实施方式所述的辐射环境模拟室箱体401采用双层黑色不透光石英玻璃制作，箱体长度为1m，高度0.5m，体积0.25m3，箱体两侧分别开两扇 340mm×400mm门，使用合页进行安装，便于放置设备，箱体顶面开直径200mm 圆孔；换气扇402嵌入式安装于箱体正面，电机朝箱体外，排风扇406嵌入式安装于箱体背面，电机朝箱体。
本实施方式中，所述湿度调节系统通过小型超声加湿器404与换气扇402进行湿度调节，温度调节系统通过加热仪403与排风扇406进行温度调节，空气质量调节系统通过雾霾发生器409与换气扇402进行空气质量调节。
本实施方式还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括百叶箱式小型气象站407、液晶显示屏408、数据采集仪及监测模块；所述百叶箱式小型气象站 407设置在与换气扇402同侧的箱体内壁上，用于实时监控辐射环境室内的湿度、温度、空气质量、太阳辐照度等值，液晶显示屏408悬挂在箱体正面外壁上，对各数值进行显示，并与计算机上监测模块进行同步的数据存储与显示。所述数据采集仪可以自动从全辐射环境模拟室内的小型气象站中获取其所采集到的温度、湿度等数据并进行记录与分析，然后传输至计算机显示界面进行显示。
本实施方式中，待定标日照计具有第一光电探测器501、第二光电探测器502 和第三光电探测器503。所述第一光电探测器501、第二光电探测器502和第三光电探测器503处于同一轴线上，且第一光电探测器501的中心与高度角模拟机构 305的旋转中心点重合。待定标日照计随日地运动模拟机构3进行360°的方位角度调整和±90°的高度角调整时，形成待定标日照计进行校准时的感光区域，感光区域直径小于经由平面反射镜306折射的准直光束直径。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，包括固定支架(1)、太阳模拟器(2)、日地运动模拟机构(3)和全辐射环境模拟室(4)；其特征是：所述太阳模拟器(2)固定在固定支架(1)顶部，全辐射环境模拟室(4)置于固定支架(1)平面支撑处，日地运动模拟机构(3)将待定标日照计置于全辐射环境模拟室(4)内部；
所述日地运动模拟机构(3)包括平面反射镜(306)、高度角模拟机构(305)、方位角模拟机构(301)、双滑块导轨(307)和L形支撑板(302)；
所述方位角模拟机构(301)固定在L形支撑板(302)的竖直方向上，待定标日照计通过夹持机构与方位角模拟机构(301)连接；所述高度角模拟机构(305)固定在L形支撑板(302)的水平方向上，待定标日照计的第三光电探测器(503) 中心与高度角模拟机构(305)的旋转中心重合；所述平面反射镜(306)与高度角模拟机构(305)均固定安装在双滑块导轨(307)上，用于调节平面反射镜(306)与待定标日照计的相对距离；
所述太阳模拟器(2)发出的准直光束的中心与全辐射环境模拟室(4)顶部圆孔中心同轴且重合；所述平面反射镜(306)的中心与全辐射环境模拟室(4)顶部圆孔中心同轴且重合；所述准直光束经平面反射镜(306)照射到待定标日照计上，光线全覆盖待定标日照计；
所述高度角模拟机构(305)使待定标日照计的第一光电探测器(501)、第二光电探测器(502)和第三光电探测器(503)同时以平面反射镜(306)中心所在轴线为轴实现±90°水平回转运动；
所述方位角模拟机构(301)使待定标日照计的第一光电探测器(501)、第二光电探测器(502)和第三光电探测器(503)实现绕平面反射镜(306)反射的准直光束进行360°旋转；
全辐射环境模拟室(4)包括箱体(401)、湿度调节系统、温度调节系统和空气质量调节系统；
所述箱体(401)顶部开设圆孔，所述湿度调节系统包括小型超声加湿器(404)与换气扇(402)；温度调节系统包括加热仪(403)与排风扇(406)；空气质量调节系统包括雾霾发生器(409)；
所述小型超声加湿器(404)、加热仪(403)和雾霾发生器(409)设置在箱体内部；所述换气扇(402)嵌入式安装于箱体(401)正面，所述排风扇(406)嵌入式安装于箱体(401)背面。
2.根据权利要求1所述的用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，其特征在于：所述平面反射镜(306)采用一顶三拉的结构形式，所述平面反射镜(306)背部开散热凹槽，通过球头与镜座锥孔配合，并由紧固螺钉锁紧，通过三个调整螺钉调整平面反射镜(306)的空间姿态，使由太阳模拟器(2)竖直输出的准直光束经平面反射镜(306)反射，以垂直于光束轴线的方向射出，水平或斜入射到待定标日照计上。
3.根据权利要求1所述的用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，其特征在于：所述太阳模拟器(2)包括氙灯光源(201)、会聚光学系统(203)、准直光学系统(202)和电源控制箱(204)；
所述氙灯光源(201)发出的光束经会聚光学系统(203)和准直光学系统(202)后出射准直光束经平面反射镜(306)照射到待定标日照计上，所述电源控制箱(204)对太阳模拟器(2)供电。
4.根据权利要求1所述的用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，其特征在于：所述箱体(401)采用双层黑色不透光石英玻璃制作，箱体长度为1m，高度0.5m，体积0.25m3，箱体两侧开门，箱体顶部圆孔直径为200mm。
5.根据权利要求1所述的用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，其特征在于：还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括百叶箱式小型气象站(407)、液晶显示屏(408)、数据采集仪及监测模块；
所述百叶箱式小型气象站(407)安装在箱体(401)内壁，用于实时监控全辐射环境模拟室(4)内的湿度、温度、空气质量以及太阳辐照度的值，所述数据采集仪将采集的值通过液晶显示屏(408)显示；所述液晶显示屏(408)安装在箱体(401)正面外壁，所述监测模块与液晶显示屏(408)同步记录与显示监控的全辐射环境模拟室(4)内的湿度、温度、空气质量以及太阳辐照度的值。
6.根据权利要求1所述的用于光电式日照计的全辐射环境定标装置，其特征在于：在所述L形支撑板(302)上放置水平仪(304)以保证高度角模拟时出射光斑位于待定标日照计的中心位置；在L型支撑板(302)的竖直方向与方位角模拟机构(301)的回转轴线交点处安装激光指示器(303)，用于指示待定标日照计感应面需调整的角度。
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