CN209372234U - 一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置，包括主控制箱，主控制箱固定设置于立式支撑杆上；主控制箱的上端依次设置有下外展臂、上外展臂；红外测温仪固定设置于上外展臂的右端；下外展臂的右端固定设置有类黑体样板、保护罩；保护罩的底端设置有恒温加热器；立式支撑杆的上端设置有风向计，风向计下部的立式支撑杆上还固定设置有太阳能板；太阳能板、风向计均通过导线与主控制箱相连接。本实用新型可实现在野外自然环境下的自标定，并且标定周期可自主设定，具有操作成本低、效率高的优点。

Description

一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种采集装置，尤其涉及一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置。

背景技术

在热红外遥感领域，地表温度是遥感领域中地表参数反演，精度验证以及全球气候研究的核心参数之一。随着遥感技术的不断发展，人们如今在地表温度产品上有了更多的选择，而产品的实际精度情况则是用户选择的主要依据。

区别于传统的接触式温度采集方法，热红外测温手段是通过仪器获取地表的辐射特性，然后通过数学手段，实现数字信号到地表表层温度的转换。但是，与众多电子元器件的特性相似，随着使用时间的增长，红外测温设备内部的高精度元器件同样会出现一定程度的损耗，导致设备的测量精度下降。

为保证红外测温设备的测量精度，通常情况下，操作人员需进行周期性的仪器标定工作，以调整恶劣环境和零部件自然损耗所带来的误差问题。目前温度传感器的标定方法主要可以分为两类:一种是温度传感器同一次标准比较，即按照国际计量委员会1968年通过的国际实用温标(IPTS)相比较；二是温度传感器与某一已经标定的测温标准装置进行比较。考虑到标定水平和技术的实施难度等问题，当前更常用的标定方法则是把被标定温度传感器与已被标定好的更高一级精度的温度传感器，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定的传感器修正量，就成了对被标定温温度传感器的标定。

由上述背景可知，现有的标定技术手段更适合于在实验室等室内环境下开展。然而，针对长期外置于野外环境的固定温度采集设备来说，传统的室内标定手段显然无法满足外场测量需求，一方面是因为自然环境不可控，无法按常规的实验室测量标准去判别标定周期；另一方面则是由于野外监测点往往处于较为空旷的偏远地区，人工取回进行实验室标定的成本较高，而且效率较低，会造成连续数据采集的空档；还有就是缺乏对自然环境下温度采集设备内部元器件老化及性能衰减的考虑，造成测量误差传递。因此，为了克服当前固定外场红外测温手段中普遍存在的标定问题，亟需开发一种具有外场自标定功能的地表温度采集设备装置，从而实现对仪器的自动标定功能，提升仪器采集精度。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置，包括立式支撑杆、主控制箱、红外测温仪，主控制箱固定设置于立式支撑杆上；主控制箱的上端依次设置有下外展臂、上外展臂；下外展臂、上外展臂均水平固定于立式支撑杆上，且下外展臂与上外展臂相平行；红外测温仪固定设置于上外展臂的右端，且红外测温仪通过导线与主控制箱相连接；

下外展臂的右端固定设置有旋转电机，旋转电机的旋转轴与旋转臂固定相接；旋转臂与下外展臂位于同一条水平线上，且旋转臂在旋转电机的带动下相对于下外展臂正反向旋转；

旋转臂的右端固定设置有滑轨；滑轨的上端固定设置有保护罩；保护罩内设置有类黑体样板及驱动电机，驱动电机设置于类黑体样板的后端；类黑体样板通过滑块与滑轨相连接；滑块套置于丝杠上，丝杠与驱动电机的输出轴固定相接；保护罩的底端设置有恒温加热器；恒温加热器、驱动电机、旋转电机均通过导线与主控制箱相连接；

立式支撑杆的上端设置有风向计，风向计下部的立式支撑杆上还固定设置有太阳能板；太阳能板、风向计均通过导线与主控制箱相连接。

立式支撑杆的下端设置有三角支架，三角支架通过卡扣与立式支撑杆固定相接。

主控制箱内设置有蓄电池及充电模块；太阳能板通过充电模块与蓄电池相连接。

主控制箱内还设置有控制器以及与控制器相连接的数据收发模块、数字采集器；数字采集器通过导线与风向计、红外测温仪相连接；数据收发模块通过有线或无线传输方式与远程客户端相连接。

类黑体样板为具有蜂窝结构的金属或硬质塑料，且蜂窝结构的表面涂覆有发射率大于0.99的涂层。

本实用新型可实现在野外自然环境下的自标定，并且标定周期可自主设定，具有操作成本低、效率高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、立式支撑杆；2、三角支架；3、主控制箱；4、下外展臂；5、上外展臂；6、风向计；7、太阳能板；8、红外测温仪；9、旋转电机；10、旋转臂；11、保护罩；12、类黑体样板；13、滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1所示的一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置，包括立式支撑杆1、主控制箱3、红外测温仪8，立式支撑杆1的下端设置有三角支架2，三角支架2通过卡扣与立式支撑杆1固定相接，用于配合立式支撑杆1以保证设备支撑的稳定性。主控制箱3固定设置于立式支撑杆1上；主控制箱3的上端依次设置有下外展臂4、上外展臂5；下外展臂4、上外展臂5均水平固定于立式支撑杆1上，且下外展臂4与上外展臂5相平行；红外测温仪8固定设置于上外展臂5的右端，且红外测温仪8通过导线与主控制箱3相连接，用于测量下方的地表温度。

下外展臂4的右端固定设置有旋转电机9，旋转电机9的旋转轴与旋转臂10固定相接；旋转臂10与下外展臂4位于同一条水平线上，且旋转臂10在旋转电机9的带动下相对于下外展臂4正反向旋转；当需要对红外测温仪进行标定时，旋转外展臂4初始状态下使其右端的类黑体样板12恰好置于红外测量仪8的观测视野，以便于红外测温仪8直接测量到类黑体样板12的表面；而当不需要对红外测温仪8进行标定时，旋转外展臂4可通过摆动的方式使其右端的类黑体样板12移出红外测量仪8的观测视野，避免在红外测温仪对其下方地表温度进行正常测量时造成阻挡。

旋转臂10的右端固定设置有滑轨13；滑轨的上端固定设置有保护罩11；保护罩11内设置有类黑体样板12及驱动电机，驱动电机设置于类黑体样板12的后端；类黑体样板12通过滑块与滑轨13相连接；滑块套置于丝杠上，丝杠与驱动电机的输出轴固定相接；当不需要进行标定操作时，类黑体样板12处于保护外罩内，当需要标定时，类黑体样板12在驱动电机的驱动作用下移出保护罩。保护罩11的底端设置有恒温加热器，用于为类黑体样板12提供标定用的温度；恒温加热器、驱动电机、旋转电机9均通过导线与主控制箱3相连接；

类黑体样板12为具有蜂窝结构的金属或硬质塑料，且蜂窝结构的表面涂覆有发射率大于0.99的涂层。黑体是一种理想化的、可吸收外来的全部电磁辐射的物体，不会有任何的反射与透射；换句话说，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。通过在类黑体样板的表面涂覆高发射率(大于0.99)涂层，可模拟出红外线辐射的最完全状态，从而提高标定精度。

立式支撑杆1的上端设置有风向计6，风向计6下部的立式支撑杆1上还固定设置有太阳能板7；太阳能板7、风向计6均通过导线与主控制箱3相连接。

主控制箱3内设置有蓄电池及充电模块；太阳能板7通过充电模块与蓄电池相连接。蓄电池用于为其它各部件提供工作电能。

主控制箱3内还设置有控制器以及与控制器相连接的数据收发模块、数字采集器；数字采集器通过导线与风向计6、红外测温仪8相连接，用于收集风向、风量、地表温度等数字信号；数据收发模块通过有线或无线传输方式与远程客户端相连接；控制器对各部件的采集数据进行数字级编码，待收到远端数据请求后，通过数据发送模块完成数据的发送。

本实用新型的具体使用方式为：

1)组装设备，调整红外测温仪的测量路径，并调整太阳能板的朝向，保证光照；

2)启动电源，开始进行数据采集；

3)默认状态下，红外测温仪首先对类黑体样板进行数据采集；类黑体样板在驱动电机的带动下从保护罩中移出；通过恒温加热器对类黑体样板进行温度设定，温度设置区间默认在-20～50℃(可根据环境温度变化确定合理范围)之间，以5℃为步长进行扰动；依次测量每个设定温度下的类黑体样板，将实际生成的测量值与设定值依次进行比对，实现数据的标定；

4)标定完成后，类黑体样板移回保护罩，并在旋转电机的带动下旋转90°之后，红外测温仪开始对目标地表温度进行测量；

5)设定装置在7天后重新进行温度标定，重复步骤3)～4)。

本实用新型与现有技术相比，有益效果为：

(1)通过设置类黑体样板，可实现在野外自然环境下的自标定，无需将设备取回实验室再进行标定，具有操作成本低、效率高的优点；

(2)自标定操作周期可控，可根据实际环境的需要提前设置标定周期，无需人力额外操作；

(3)考虑了设备内部元器件老化及性能衰减的因素，可显著降低测量时的误差传递，具有测量精准度高的优点；

(4)类黑体样板的外面套置有保护罩，可避免扬尘、雨雪等天气对类黑体样板的影响，并且类黑体样板在不使用时可旋转竖直放置，避免阻挡红外测温仪对目标地表的正常测量；

(5)配有风速计，可用于分析温度扰动成因以及数据筛选，保证标定精度。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有外场自标定功能的地表温度采集装置，包括立式支撑杆(1)、主控制箱(3)、红外测温仪(8)，其特征在于：所述主控制箱(3)固定设置于立式支撑杆(1)上；所述主控制箱(3)的上端依次设置有下外展臂(4)、上外展臂(5)；下外展臂(4)、上外展臂(5)均水平固定于立式支撑杆(1)上，且下外展臂(4)与上外展臂(5)相平行；所述红外测温仪(8)固定设置于上外展臂(5)的右端，且红外测温仪(8)通过导线与主控制箱(3)相连接；

所述下外展臂(4)的右端固定设置有旋转电机(9)，旋转电机(9)的旋转轴与旋转臂(10)固定相接；所述旋转臂(10)与下外展臂(4)位于同一条水平线上，且旋转臂(10)在旋转电机(9)的带动下相对于下外展臂(4)正反向旋转；

所述旋转臂(10)的右端固定设置有滑轨(13)；所述滑轨的上端固定设置有保护罩(11)；所述保护罩(11)内设置有类黑体样板(12)及驱动电机，驱动电机设置于类黑体样板(12)的后端；所述类黑体样板(12)通过滑块与滑轨(13)相连接；所述滑块套置于丝杠上，丝杠与驱动电机的输出轴固定相接；所述保护罩(11)的底端设置有恒温加热器；所述恒温加热器、驱动电机、旋转电机(9)均通过导线与主控制箱(3)相连接；

所述立式支撑杆(1)的上端设置有风向计(6)，风向计(6)下部的立式支撑杆(1)上还固定设置有太阳能板(7)；所述太阳能板(7)、风向计(6)均通过导线与主控制箱(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的具有外场自标定功能的地表温度采集装置，其特征在于：所述立式支撑杆(1)的下端设置有三角支架(2)，三角支架(2)通过卡扣与立式支撑杆(1)固定相接。

3.根据权利要求1或2所述的具有外场自标定功能的地表温度采集装置，其特征在于：所述主控制箱(3)内设置有蓄电池及充电模块；所述太阳能板(7)通过充电模块与蓄电池相连接。

4.根据权利要求3所述的具有外场自标定功能的地表温度采集装置，其特征在于：所述主控制箱(3)内还设置有控制器以及与控制器相连接的数据收发模块、数字采集器；所述数字采集器通过导线与风向计(6)、红外测温仪(8)相连接；所述数据收发模块通过有线或无线传输方式与远程客户端相连接。

5.根据权利要求4所述的具有外场自标定功能的地表温度采集装置，其特征在于：所述类黑体样板(12)为具有蜂窝结构的金属或硬质塑料，且蜂窝结构的表面涂覆有发射率大于0.99的涂层。