CN205175554U - 日照传感器及日照测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种日照传感器，包括：遮光板，包括日照面和背光面；光电转换电路，包括设置于所述遮光板日照面的、用于感应所述遮光板日照面的光照辐射的第一光敏电阻，以及设置于所述遮光板背光面的、用于感应所述遮光板背光面的光照辐射的第二光敏电阻。本实用新型还公开一种包括上述日照传感器的日照测量装置。所述日照传感器通过光敏电阻感应光照辐射，所述日照测量装置基于日照面和背光面的光照强度差进行日照检测，相比于传统暗筒式日照计，能够提高对日照时数的测量精度，实现了高精度自动化观测，可应用于构建气象物联网。

Description

日照传感器及日照测量装置

技术领域

本实用新型涉及日照测量技术领域，特别是涉及一种日照传感器及日照测量装置。

背景技术

日照是太阳辐射最直观的表现，日照时数是指太阳在一地实际照射的时数，其定义为太阳直接辐射强度达到或超过120W/m³那段时间的总和，以小时为单位。日照时数的分布规律，对于合理布局农业生产、规划城市建设、开发旅游资源、设计太阳能电站等具有重要的现实意义。

目前，我国气象部门主要使用暗筒式日照计来计量日照时数，其主要原理如下：暗筒式日照计上端的圆筒底端封闭，筒内装有日照纸，筒两侧各有一个圆形小孔，太阳光从小孔射入，在涂有感光药剂的日照纸上形成感光迹线，每天日落后换下纸，依照感光迹线的长短，来统计当天的日照时数。

但是，这种传统的暗筒式日照计，存在测量精度低，对记录介质的质量依赖程度高，需要每天更换记录介质和人工判读检测数据等缺陷，难以满足高精度自动化观测的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种日照传感器及日照测量装置，能有效地改善对日照辐射的测量准确性，提高对日照时数的测量精度，并且实现自动观测，可应用于构建气象物联网。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种日照传感器，包括：

遮光板，包括日照面和背光面；

光电转换电路，包括设置于所述遮光板日照面的、用于感应所述遮光板日照面的光照辐射的第一光敏电阻，以及设置于所述遮光板背光面的、用于感应所述遮光板背光面的光照辐射的第二光敏电阻。

可选地，所述第一光敏电阻的个数为两个或者两个以上，所述第二光敏电阻的个数为两个或者两个以上。

可选地，所述光电转换电路还包括与所述第一光敏电阻分别一一对应串联的分压电阻，以及与所述第二光敏电阻分别一一对应串联的分压电阻。

可选地，所述遮光板的日照面为球面，所述遮光板的背光面为平面，所述背光面连接于所述日照面底端。

一种日照测量装置，包括：

如上所述的日照传感器；

与所述日照传感器相连的、用于获取所述第一光敏电阻的输出电压信号和所述第二光敏电阻的输出电压信号、通过将所述第一光敏电阻的输出电压信号和所述第二光敏电阻的输出电压信号的差值与预设值比较得到日照强度检测结果的数据处理器。

可选地，还包括：

连接在所述日照传感器和所述数据处理器之间的信号调理电路模块，所述信号调理电路模块包括差分输入电路、运算放大电路、滤波电路和射随电路。

可选地，还包括与所述数据处理器相连的、为所述数据处理器提供实时时间的时钟模块。

可选地，还包括与所述数据处理器相连的、用于获取经纬度数据的GPS模块。

可选地，还包括与所述数据处理器相连的、用于驱动所述日照传感器转动的驱动电机；

所述驱动电机与所述日照传感器相连。

可选地，还包括通过有线或无线方式与所述数据处理器相连的、从所述数据处理器获取日照强度检测结果的控制中心。

由以上技术方案可知，本实用新型所提供的日照传感器，包括遮光板和光电转换电路，遮光板包括日照面和背光面，光电转换电路包括设置于遮光板日照面的第一光敏电阻和设置于遮光板背光面的第二光敏电阻，通过第一光敏电阻感应日照面的光照辐射，通过第二光敏电阻感应背光面的光照辐射，以根据日照面光照强度和背光面光照强度来检测日照辐射。本实用新型所提供的日照测量装置，包括上述日照传感器和数据处理器，数据处理器根据第一光敏电阻和第二光敏电阻的输出电压信号，得到对日照强度的检测结果。与传统的暗筒式日照计相比，所述日照测量装置可提高对日照辐射测量的测量准确性，有助于提高对日照时数的测量精度，并且所述日照传感器及日照测量装置实现了对日照的自动观测，可应用于构建气象物联网，可大大提高作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种日照传感器的结构示意图；

图2为图1所示日照传感器的光电转换电路的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种日照测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型实施例提供一种日照传感器，包括：

遮光板100，包括日照面101和背光面102；

光电转换电路200，包括设置于所述遮光板日照面101的、用于感应所述遮光板日照面的光照辐射的第一光敏电阻201，以及设置于所述遮光板背光面102的、用于感应所述遮光板背光面的光照辐射的第二光敏电阻202。

其中，所述遮光板的日照面101指太阳光可直接照射的一面，背光面102为遮光面，与外界光隔离。

所述光电转换电路200包括设置于遮光板日照面的第一光敏电阻201和设置于背光面的第二光敏电阻202，光敏电阻随光照强度的变化其电阻值会相应变化，所述日照传感器通过光敏电阻感应光照辐射强度，通过第一光敏电阻检测遮光板日照面的光照强度，通过第二光敏电阻检测背光面的光照强度。与传统暗筒式日照计采用感光药剂的化学测量方法相比，所述日照传感器可提高对日照辐射测量的测量准确性，有助于提高对日照时数的测量精度。

本实施例中，所述日照传感器由光敏电阻输出的电压信号来表征光照强度大小，由设置于遮光板日照面101的第一光敏电阻201输出的电压信号表征日照面光照强度，由设置于遮光板背光面102的第二光敏电阻202输出的电压信号表征背光面光照强度。

采用所述日照传感器件检测日照的方法为：计算第一光敏电阻的输出电压信号和第二光敏电阻的输出电压信号的差值ΔV，将该差值ΔV与预设值ΔVref比较，所述预设值ΔVref为当日照光辐射强度达到120W/m²时该光电转换电路中产生的电压差值，当ΔV＞ΔVref，判断为有日照；当ΔV＜ΔVref，判断为无日照。当外界日照越强，日照面和背光面的光照强度差值就越大，因而ΔV越大，外界日照越弱，日照面和背光面的光照强度差值就越小，因而ΔV越小。

因此，所述日照传感器根据日照面光照强度和背光面光照强度的差值判断日照，这样当外界光照辐射强度降低到临界值以下时，日照面的光照强度和背光面的光照强度的差值依然比较大，光电转换电路产生的电压差明显，从而可以提高检测准确度，因此所述日照传感器采用差分测量日照强度，有助于提高日照传感器的测量灵敏度，能够有效避免因光敏元件相对灵敏度不够而导致日照转换器件的灵敏度低下的情况。

本实施例中，第一光敏元件201的个数可为两个或者两个以上。在检测日照面光照强度时，对多个第一光敏电阻201的输出电压信号作加权平均计算，得到日照面光敏电阻的输出电压信号的平均值V_top；设置于遮光板背光面的第二光敏元件202的个数可为两个或者两个以上，在检测背光面光照强度时，对多个第二光敏电阻202的输出电压信号作加权平均计算，得到背光面光敏电阻的输出电压信号的平均值V_bottom。在判断日照时，光电转换电路的电压差值ΔV＝V_top-V_bottom，将该电压差值ΔV与预设值ΔVref比较，得到日照检测结果。本实施例日照传感器采用多个第一光敏电阻和多个第二光敏电阻，取其输出电压信号的平均值计算电压差值，可提高对光照强度测量的准确性。有助于进一步提高对日照检测的准确性，提高测量精度。

本实施例中，所述遮光板的日照面101可为球面，或者也可以是半圆柱侧面，第一光敏电阻201在日照面101上均匀分布，可呈对称分布；背光面102为平面，背光面102连接于日照面101的底端。在应用所述日照传感器检测日照时，可随太阳位置和日照方向变化来调整遮光板的法线方向，使遮光板法线方向与日照方向一致，以有效地接收和检测日照辐射，提高对日照检测的准确度和对日照时数统计的计量精度。

参考图2，图2为本实施例提供的日照传感器的光电转换电路的示意图。所述光电转换电路还包括与第一光敏电阻201分别一一对应串联的分压电阻，以及与第二光敏电阻202分别一一对应串联的分压电阻。所述光电转换电路在光敏电阻和分压电阻的两端施加一恒定电压，由光敏电阻输出电压信号。

参考图1和图2，在所述日照传感器的一种具体实施方式中，在遮光板的日照面101上设置5个第一光敏电阻201，用于测量日照面的光照辐射强度，在遮光板的背光面102上设置2个第二光敏电阻202，用于测量背光面的光照辐射强度。图2中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7为光敏电阻，其中光敏电阻之间并联连接，对应每一光敏电阻都串联有分压电阻R，在每一光敏电阻和分压电阻R之间接出输出端。输出电压信号。其中分压电阻R采用高精度电阻，可以提高测量精度。

相应地，请参考图3，本实用新型实施例还提供一种日照测量装置，包括：日照传感器10和数据处理器11。

所述日照传感器10采用如上所述的日照传感器，所述日照传感器10包括遮光板和光电转换电路，其中，所述遮光板包括日照面和背光面；所述光电转换电路包括：设置于所述遮光板日照面的、用于感应所述遮光板日照面的光照辐射的第一光敏电阻，以及设置于所述遮光板背光面的、用于感应所述遮光板背光面的光照辐射的第二光敏电阻。

所述数据处理器11与所述日照传感器10相连，用于获取日照传感器的所述第一光敏电阻的输出电压信号和所述第二光敏电阻的输出电压信号、通过将第一光敏电阻的输出电压信号和第二光敏电阻的输出电压信号的差值与预设值比较得到日照强度检测结果。

具体地，所述数据处理器11根据第一光敏电阻的输出电压信号、第二光敏电阻的输出电压信号，计算日照面电压信号V_top和背光面电压信号V_bottom的差值ΔV，将电压差值ΔV与预设值ΔVref比较，得到对当前日照强度的检测结果，当ΔV＞ΔVref，判断有日照；当ΔV＜ΔVref，判断无日照，并记录日照强度检测结果。

本实施例中，可选地，所述日照传感器10的第一光敏电阻和第二光敏电阻的个数设置为两个或者两个以上。数据处理器11对多个第一光敏电阻的输出电压信号作加权平均计算，得到日照面光敏电阻电压信号的平均值V_top，对多个第二光敏电阻的输出电压信号作加权平均计算，得到背光面光敏电阻电压信号的平均值V_bottom，计算日照面电压信号和背光面电压信号的差值ΔV，即ΔV＝V_top-V_bottom，将该电压差值ΔV与预设值ΔVref比较，得到对日照强度的检测结果，当判断ΔV＞ΔVref时，判定有日照，当ΔV＜ΔVref，判定无日照。

因此本实施例所述日照测量装置，通过日照传感器检测日照面光照强度和背光面光照强度，采用差分测量方法来检测日照，提高了对日照辐射的检测灵敏度和测量精度。与传统暗筒式日照计相比，所述日照测量装置不需要人工操作测量，实现了自动化观测，可应用于构建气象物联网。作业过程无需人工参与，也无需人工时常维护，可大大提高作业效率，提高气象观测的自动化和智能化水平。

本实施例中，所述日照测量装置还包括连接在所述日照传感器10、所述数据处理器11之间的信号调理电路模块12，所述信号调理电路模块12包括差分输入电路、运算放大电路、滤波电路和射随电路，用于对日照传感器10输出的电压信号进行前置处理，以便于数据处理器进行数据处理和分析。日照传感器10中每一光敏电阻的输出端与信号调理电路模块12分别连接，其输出电压信号经过信号调理电路模块12进行放大、滤波、射随等处理后，传输至数据处理器11。

可选地，所述数据处理器11可采用含12位ADC的msp430单片机，经信号调理电路模块12输出的信号由数据处理器11的ADC引脚输入。数据处理器11对输入信号进行AD转换和相关运算，并进行日照判断，得到日照强度检测结果。

本实施例中，所述日照测量装置还包括与所述数据处理器11相连的时钟模块13，所述时钟模块13为数据处理器11提供实时时间，数据处理器11将当前时间以时间戳的方式记录到日照检测结果数据帧中，以便根据日照检测结果及记录的时间统计日照时数。

在一天中太阳位置动态变化，本实施例所述日照测量装置可根据太阳位置及日照方向来调整日照传感器10接收日照的方向。具体地，本实施例中，所述日照测量装置还包括：

与所述数据处理器11相连的、用于获取经纬度数据的GPS模块14；

与所述数据处理器11相连的、用于驱动所述日照传感器10转动的驱动电机，驱动电机与日照传感器10相连。

数据处理器11通过GPS模块14获取所述日照测量装置所处位置的经纬度数据，通过时钟模块13获取实时时间，数据处理器11根据获取的经纬度数据和实时时间判断当前太阳位置和日照方向，通过驱动电机控制转动日照传感器遮光板，使日照传感器日照面的法线方向与日照方向一致，以有效地感应和接收日照辐射，从而提高对日照强度检测以及日照时数统计的准确度和测量精度。对于传统的暗筒式日照计，会受日照计安装位置、暗筒方位角度等的影响，本实施例所述日照测量装置可克服这一缺点。

本实施例中，所述驱动电机为步进电机，驱动电机通过继电器与数据处理器11相连，驱动电机与日照传感器10相连。数据处理器11通过继电器控制驱动电机，由驱动电机驱动日照传感器遮光板转动。

本实施例中，所述日照测量装置还包括与所述数据处理器11相连的、从所述数据处理器11获取日照强度检测结果的控制中心，所述控制中心通过有线方式或无线方式与数据处理器进行数据传输，无线方式可采用通用分组无线服务技术(GeneralPacketRadioService，GPRS)的通信方式。

进一地，所述控制中心可与观测人员携带的移动终端之间进行通信，控制中心可通过无线网络将监测数据发送到观测人员携带的移动终端，使观测人员可随时随地监控日照观测结果，包括统计日照时数、监测日照时数变化等。因此所述日照测量装置实现了自动化观测日照，可应用于构建气象物联网，能够满足现代化气象观测自动化和智能化的实现。可大大提高作业效率。

以上对本实用新型所提供的一种日照传感器及日照测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种日照传感器，其特征在于，包括：

遮光板，包括日照面和背光面；

光电转换电路，包括设置于所述遮光板日照面的、用于感应所述遮光板日照面的光照辐射的第一光敏电阻，以及设置于所述遮光板背光面的、用于感应所述遮光板背光面的光照辐射的第二光敏电阻。

2.如权利要求1所述的日照传感器，其特征在于，所述第一光敏电阻的个数为两个或者两个以上，所述第二光敏电阻的个数为两个或者两个以上。

3.如权利要求2所述的日照传感器，其特征在于，所述光电转换电路还包括与所述第一光敏电阻分别一一对应串联的分压电阻，以及与所述第二光敏电阻分别一一对应串联的分压电阻。

4.如权利要求1所述的日照传感器，其特征在于，所述遮光板的日照面为球面，所述遮光板的背光面为平面，所述背光面连接于所述日照面底端。

5.一种日照测量装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-4任一项所述的日照传感器；

与所述日照传感器相连的、用于获取所述第一光敏电阻的输出电压信号和所述第二光敏电阻的输出电压信号、通过将所述第一光敏电阻的输出电压信号和所述第二光敏电阻的输出电压信号的差值与预设值比较得到日照强度检测结果的数据处理器。

6.如权利要求5所述的日照测量装置，其特征在于，还包括：

连接在所述日照传感器和所述数据处理器之间的信号调理电路模块，所述信号调理电路模块包括差分输入电路、运算放大电路、滤波电路和射随电路。

7.如权利要求5所述的日照测量装置，其特征在于，还包括与所述数据处理器相连的、为所述数据处理器提供实时时间的时钟模块。

8.如权利要求5所述的日照测量装置，其特征在于，还包括与所述数据处理器相连的、用于获取经纬度数据的GPS模块。

9.如权利要求8所述的日照测量装置，其特征在于，还包括与所述数据处理器相连的、用于驱动所述日照传感器转动的驱动电机；

所述驱动电机与所述日照传感器相连。

10.如权利要求5所述的日照测量装置，其特征在于，还包括通过有线或无线方式与所述数据处理器相连的、从所述数据处理器获取日照强度检测结果的控制中心。