CN114485929B - 下垫面反射辐射测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种下垫面反射辐射测量装置和测量方法，包括：机架；旋转轴，其两端转动连接于旋转轴固定架，所述旋转轴固定架固定在所述机架的上端；第一太阳总辐射照度测量器，其固定于所述旋转轴；第二太阳总辐射照度测量器，其固定于所述旋转轴，与所述第一太阳总辐射照度测量器朝向同侧设置；和遮光板，其固定设置于所述第一太阳总辐射照度测量器的下方。本发明通过第一、第二太阳总辐射照测量装置测量值作差的方式，以实现对某一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度的测量。通过伺服电机驱动同步带，同步带带动旋转轴的方式，以实现对0‑360°任一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度的测量。

Description

下垫面反射辐射测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及下垫面反射辐射测量技术领域，并且更具体地，涉及一种下垫面反射辐射测量装置和测量方法。

背景技术

除水平上表面以外的其它平面，所接受的太阳辐射中均包含下垫面反射辐射。国内外太阳辐射的实际测量中，下垫面反射辐射照度值都是通过太阳总辐射照度装置正对地面测量得出，上述测量值为水平下表面所接受的地面反射辐射照度值。存在针对其余角度平面所接受的下垫面反射辐射测量缺失的问题。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种下垫面反射辐射测量装置和测量方法，实现多角度测量下垫面反射辐射照度值。

在本发明的第一方面，提供了一种下垫面反射辐射测量装置。该下垫面反射辐射测量装置包括：

机架；

旋转轴，其两端转动连接于旋转轴固定架，所述旋转轴固定架固定在所述机架的上端；

第一太阳总辐射照度测量器，其固定于所述旋转轴；

第二太阳总辐射照度测量器，其固定于所述旋转轴，与所述第一太阳总辐射照度测量器朝向同侧设置；和

遮光板，其固定设置于所述第一太阳总辐射照度测量器的下方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还具有用于驱动旋转轴转动的旋转轴驱动机构，包括：

伺服电机，其设置于所述机架的上端；

同步带驱动轮，其与所述伺服电机连接，由伺服电机驱动所述同步带驱动轮转动；

同步带从动轮，其与所述旋转轴连接，

同步带，通过所述同步带传动所述同步带驱动轮和同步带从动轮同步转动。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述遮光板在水平方向上向垂直于所述旋转轴轴向的所述第一太阳总辐射照度测量器的两侧延伸，并且在所述旋转轴轴向的方向延伸至所述旋转轴的中部，

所述第一太阳总辐射照度测量器设置于所述遮光板的中心位的正上方，

所述第二太阳总辐射照度测量器在竖直方向上的投影位于所述遮光板的外侧。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旋转轴固定架在竖直方向上延伸，所述遮光板固定于所述第一太阳总辐射照度测量器一侧的所述旋转轴固定架。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述遮光板靠近所述第一太阳总辐射照度测量器旋转绕过的环形路径的极限位置设置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还具有安装板，其固定于所述旋转轴，并沿所述旋转轴的轴向延伸，

所述第一太阳总辐射照度测量器和所述第二太阳总辐射照度测量器固定于所述安装板。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，伺服电机通过L形的伺服电机安装座与所述机架固定，

伺服电机的轴通过联轴器与驱动轴连接，同步带驱动轮安装于驱动轴上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在遮光板的上表面铺设有黑色绒布。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述机架的下端的端部分别设置有地钉固定件，所述地钉固定件具有楔形部，楔形部通过地钉与地面固定，楔形部的上端向所述机架延伸形成延伸部，延伸部通过螺钉与所述机架固定。

在本发明的第二方面，提供了一种下垫面反射辐射的测量方法，其特征在于，

使用如上所述的下垫面反射辐射测量装置，通过所述第二太阳总辐射照度测量器测量某一角度平面所接受的太阳总辐射照度值，通过所述第一太阳总辐射照度测量器测量某一角度平面太阳总辐射除去下垫面反射辐射的其余辐射照度值，

所述第二太阳总辐射照度测量器的测量值与所述第一太阳总辐射照度测量器的测量值的差值得出某一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度。

本发明中通过第二太阳总辐射照度测量器测量某一角度平面所接受的太阳总辐射照度值，同时，通过第一太阳总辐射照度测量器测量某一角度平面太阳总辐射除去下垫面反射辐射的其余辐射照度值，将两者作差，得到某一角度平面所接受的下垫面反射辐射，实现对某一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度的测量。

并且，通过伺服电机驱动同步带，同步带带动旋转轴使第一太阳总辐射照度测量器和第二太阳总辐射照度测量器共同绕旋转轴的轴向旋转的方式，实现了对0～360°任一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度的测量。无需重新组装便可连续测量多角度平面所接受的下垫面反射辐射，且自动化程度高。

本装置结构稳定，安装拆卸方便，方便运输，可应对多场景的测量需求。通过地钉固定件可以固定在松软的土地上，以实现不同场景的测量。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是本发明的一个实施方式的下垫面反射辐射测量装置的结构示意图；

图2是图1示出的下垫面反射辐射测量装置的右视图；

图3是图1示出的下垫面反射辐射测量装置的轴测图；

图4是本发明的一个实施方式的遮光板的结构示意图；

图5是本发明的一个实施方式的地钉固定件的结构示意图。

其中，图1至图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10机架，11地钉固定件；

21第一太阳总辐射照度测量器，22第二太阳总辐射照度测量器，23旋转轴，24旋转轴固定架，25遮光板，26轴承座，27安装板，28黑色绒布，29遮光板固定座；

30旋转轴驱动机构，31伺服电机，32驱动轴，33同步带驱动轮，34同步带从动轮，35同步带，36伺服电机安装座。

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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面参照图1至图5来描述本发明的优选实施方式的下垫面反射辐射测量装置和测量方法。

如图1至3所示，本实施方式的下垫面反射辐射测量装置包括：机架10、第一太阳总辐射照度测量器21、第二太阳总辐射照度测量器22、设置在第一太阳总辐射照度测量器21下方的遮光板25、使第一太阳总辐射照度测量器21、第二太阳总辐射照度测量器22旋转的旋转轴23、用于安装旋转轴23的旋转轴固定架24和驱动旋转轴23的旋转轴驱动机构30。

机架10由标准铝型材和连接角码搭建而成，在机架10的上端为承载第一太阳总辐射照度测量器21、第二太阳总辐射照度测量器22、旋转轴23、旋转轴固定架24、遮光板25和旋转轴驱动机构30的载台，载台由杆形型材连接构成四边形结构，四边形载台的四个角由竖直向下延伸的四个长竖直杆支撑，在四个竖直杆之间通过连接杆件通过角码彼此连接，使机架10稳固。

机架10的下端设置有沿水平方向向相对的两侧延伸的水平支撑杆，在水平支撑杆的端部分别设置有地钉固定件11，地钉固定件11具有楔形部，楔形部的中部呈凹槽，凹槽底面形成有使地钉穿过的通孔，地钉穿过通孔将地钉固定件11与地面固定，楔形部的上端向机架10的水平支撑杆延伸形成延伸部，通过螺钉将延伸部与水平支撑杆连接固定。机架10通过地钉固定件11固定在松软的土地上，以实现不同场景的测量。

旋转轴固定架24主体形成为长板形型材，在竖直方向上延伸设置，旋转轴固定架24分别设置在机架10上端的载台的两侧，下端通过螺栓固定于载台，上端分别与旋转轴23的两端连接。在旋转轴固定架24分别设置有轴承座26，轴承座26通过螺栓连接安装在旋转轴固定架24上，旋转轴23水平安装在两轴承座26之间，使旋转轴23可旋转的且水平的设置于旋转轴固定架24。

第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22通过安装板27设置于旋转轴23的侧壁上。安装板27沿所述旋转轴23的轴向延伸，第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22在安装板27的延伸方向上隔开一定距离设置，并且，第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22感应面朝向同侧设置。安装板27通过螺栓固定连接在旋转轴23的车削加工的平面上，以使在旋转轴23的运动过程中，不发生相对位置的错位现象。

从而，第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22随旋转轴23绕其自身轴向的旋转而转动，从而本装置能够在0～360°任一角度平面上进行监测。并且，第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22的感应面朝向一致，且第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22沿安装板27的延伸方向设置，设置高度一致，使第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22的测量角度一致，改变测量角度时，无需对两个测量器分别重新进行调整，也能够保证测量角度的一致性精确，操作简便。

遮光板25固定于第一太阳总辐射照度测量器21的下方，水平设置，遮光板25上表面，即朝向第一太阳总辐射照度测量器21的一面粘贴有黑色绒布28，黑色绒布28与遮光板25紧密粘贴，在旋转轴23运动过程中，不发生脱落或剥离现象。遮光板25用于阻隔下垫面反射，避免下垫面反射对第一太阳总辐射照度测量器21的影响，从而第一太阳总辐射照度测量器21测量得到太阳总辐射除掉下垫面反射辐射的其余辐射照度值。

遮光板25在水平方向上向垂直于旋转轴23轴向的第一太阳总辐射照度测量器21的两侧延伸，并且在旋转轴23轴向的方向延伸至旋转轴23的中部。遮光板25位于第一太阳总辐射照度测量器21的正下方，且第一太阳总辐射照度测量器21在安装板27上的安装位置使其位于遮光板25的中心位的正上方，遮光板25的安装位置靠近第一太阳总辐射照度测量器21旋转绕过的环形路径的极限位置设置，但不影响旋转轴23的运动，从而尽可能减少下垫面反射的影响。

第二太阳总辐射照度测量器22在竖直方向上的投影位于遮光板25的外侧，用于测量某一角度平面所接受的太阳总辐射照度，本实施方式中，第二太阳总辐射照度测量器22位于安装板27的端部，与第一太阳总辐射照度测量器21隔开一定距离，使得第一太阳总辐射照度测量器21和遮光板25不影响第二太阳总辐射照度测量器22的正常测量。

遮光板25安装在遮光板固定座29上，遮光板固定座29和旋转轴固定架24通过螺栓连接固定在一起，遮光板固定座29设置有加强筋来增大遮光板固定座29的强度。遮光板25通过遮光板固定座29固定于第一太阳总辐射照度测量器21一侧的旋转轴固定架24，并使遮光板25靠近第一太阳总辐射照度测量器21旋转绕过的环形路径的极限位置设置。

用于驱动旋转轴23转动的旋转轴驱动机构30设置于机架10上端，包括伺服电机31、驱动轴32、同步带驱动轮33、同步带从动轮34、同步带35和伺服电机安装座36。伺服电机安装座36形成为L形结构，伺服电机安装座36的下表面与机架10上端的载台通过梯形螺钉固定在一起，伺服电机31以螺栓连接安装在伺服电机安装座36上。

驱动轴32通过联轴器与伺服电机31轴固连在一起，同步带驱动轮33安装在驱动轴32上，同步带从动轮34安装在旋转轴23的一端，本实施方式中，同步带驱动轮33和同步带从动轮34设置于第一太阳总辐射照度测量器21的同侧。同步带驱动轮33的外径小于同步带从动轮34的外径。同步带35安装在同步带从动轮34和同步带驱动轮33之间，通过同步带35传动同步带驱动轮33和同步带从动轮34同步转动。

伺服电机31接收电信号驱动同步带驱动轮33转动，由同步带35将动力传动给同步带从动轮34，同步带从动轮34带动旋转轴23，使第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22到达指定角度，从而，通过指定不同角度的电信号控制伺服电机31以驱动第一太阳总辐射照度测量器21、第二太阳总辐射照度测量器22旋转至任一所需角度，即可实现对任一角度平面所接受的下垫面反射辐射的测量。

本发明另一方面还提供了一种下垫面反射测量方法，使用如上所述的下垫面反射辐射测量装置，测量方法如下所示：

向伺服电机31发送旋转角度电信号，旋转角度电信号设定了第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22的测量角度。伺服电机31驱动同步带驱动轮33转动，由同步带35将动力传动给同步带从动轮34，同步带从动轮34带动旋转轴23旋转，旋转轴23带动第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22到达指定测量角度。

第二太阳总辐射照度测量器22测量指定的角度平面所接受的太阳总辐射照度值；遮光板25和粘贴在其上表面的黑色绒布28阻隔下垫面反射，避免下垫面反射对第一太阳总辐射照度测量器21的影响，第一太阳总辐射照度测量器21测量指定的角度平面所接受的太阳总辐射除去下垫面反射辐射的其余辐射照度值。

将第二太阳总辐射照度测量器22与第一太阳总辐射照度测量器21的测量值作差，得到指定的角度平面所接受的下垫面反射辐射照度值。

本发明中将第二太阳总辐射照度测量器22的测量和第一太阳总辐射照度测量器21的测量一体化，同时测得指定的角度平面所接受的太阳总辐射照度值和指定的角度平面所接受的太阳总辐射除去下垫面反射辐射的其余辐射照度值，两测量值作差，得到指定的角度平面所接受的下垫面反射辐射照度值。并且，通过伺服电机31驱动同步带35，同步带35带动旋转轴23使第一太阳总辐射照度测量器21和第二太阳总辐射照度测量器22共同绕旋转轴23的轴向旋转的方式，实现了对同时空、0～360°任一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度的测量。无需重新组装便可连续测量多角度平面所接受的下垫面反射辐射，且自动化程度高，。

本装置结构稳定，操作便捷，安装拆卸方便，方便运输，可应对多场景的测量需求。测量器均可采购得到，替换容易。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，包括：

机架(10)；

旋转轴(23)，其两端转动连接于旋转轴固定架(24)，所述旋转轴固定架(24)固定在所述机架(10)的上端；

第一太阳总辐射照度测量器(21)，其固定于所述旋转轴(23)；

第二太阳总辐射照度测量器(22)，其固定于所述旋转轴(23)，与所述第一太阳总辐射照度测量器(21)朝向同侧设置；和

遮光板(25)，其固定设置于所述第一太阳总辐射照度测量器(21)的下方，其中，

所述遮光板(25)在水平方向上向垂直于所述旋转轴(23)轴向的所述第一太阳总辐射照度测量器(21)的两侧延伸，并且在所述旋转轴(23)轴向的方向延伸至所述旋转轴(23)的中部，

所述遮光板(25)位于所述第一太阳总辐射照度测量器(21)的正下方，且所述第一太阳总辐射照度测量器(21)设置于所述遮光板(25)的中心位的正上方，所述遮光板(25)靠近所述第一太阳总辐射照度测量器(21)旋转绕过的环形路径的极限位置设置，并且不影响旋转轴的运动，

所述第二太阳总辐射照度测量器(22)在竖直方向上的投影位于所述遮光板(25)的外侧。

2.根据权利要求1所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

还具有用于驱动旋转轴(23)转动的旋转轴驱动机构(30)，包括：

伺服电机(31)，其设置于所述机架(10)的上端；

同步带驱动轮(33)，其与所述伺服电机(31)连接，由伺服电机(31)驱动所述同步带驱动轮(33)转动；

同步带从动轮(34)，其与所述旋转轴(23)连接，

同步带(35)，通过所述同步带(35)传动所述同步带驱动轮(33)和同步带从动轮(34)同步转动。

3.根据权利要求1所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

所述旋转轴固定架(24)在竖直方向上延伸，所述遮光板(25)固定于所述第一太阳总辐射照度测量器(21)一侧的所述旋转轴固定架(24)。

4.根据权利要求1所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

还具有安装板(27)，其固定于所述旋转轴(23)，并沿所述旋转轴(23)的轴向延伸，

所述第一太阳总辐射照度测量器(21)和所述第二太阳总辐射照度测量器(22)固定于所述安装板(27)。

5.根据权利要求2所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

伺服电机(31)通过L形的伺服电机安装座(36)与所述机架(10)固定，

伺服电机(31)的轴通过联轴器与驱动轴(32)连接，同步带驱动轮(33)安装于驱动轴(32)上。

6.根据权利要求1所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

在遮光板(25)的上表面铺设有黑色绒布(28)。

7.根据权利要求1所述的下垫面反射辐射测量装置，其特征在于，

在所述机架(10)的下端的端部分别设置有地钉固定件(11)，所述地钉固定件(11)具有楔形部，通过地钉将楔形部与地面固定，楔形部的上端向所述机架(10)延伸形成延伸部，通过螺钉将延伸部与所述机架(10)固定。

8.一种下垫面反射辐射的测量方法，其特征在于，

使用如权利要求1～7中任一项所述的下垫面反射辐射测量装置，通过所述第二太阳总辐射照度测量器(22)测量某一角度平面所接受的太阳总辐射照度值，通过所述第一太阳总辐射照度测量器(21)测量某一角度平面太阳总辐射除去下垫面反射辐射的其余辐射照度值，

所述第二太阳总辐射照度测量器(22)的测量值与所述第一太阳总辐射照度测量器(21)的测量值的差值得出某一角度平面所接受的下垫面反射辐射照度。