CN221261281U - 一种模拟天空散射辐射的装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及气象探测技术领域，具体涉及一种模拟天空散射辐射的装置，包括：积分球，内壁涂有第一涂层；固定光电日照计的安装机构，用于将光电日照计固定于积分球的球心位置；位于所述积分球内的一对光源，对称设置在所述光电日照计的两侧；涂有第二涂层的遮光板，设置在所述光源与光电日照计之间；其中，所述第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计的感应组件上。上述技术方案使得一对光源发出的光线以非常随机的方式散射，使得光线辐射更加均匀，从而提高模拟天空散射辐射的真实性和准确性，减少了能源的损失，且结构简单，设备维护难度低。

Description

一种模拟天空散射辐射的装置

技术领域

本公开涉及气象探测技术领域，具体涉及一种模拟天空散射辐射的装置。

背景技术

现有技术中，用于模拟太阳散射辐射的装置结构通常为在积分球的球壁内均匀布置多个内部光源，通过内部光源发出的光照射到光电日照计上来模拟散射辐射。发明人发现，这种装置存在一个重要缺陷，就是其内部光源发出的光都是直接照射到光电日照计上的，使得球壁内部的光源与光源的位置之间存在极大的辐照度差距，即随着光线角度的变化，球壁内部的某些区域会接收较高的光照，而其他区域则会接收较低的光照，导致模拟的太阳散射辐射均匀性极差，这种不均匀性降低了装置对太阳散射辐射进行模拟的真实性和准确性，导致能源损失，同时增加了维护设备的难度。

实用新型内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种模拟天空散射辐射的装置。

具体的，所述模拟天空散射辐射的装置，包括：

积分球，内壁涂有第一涂层；

固定光电日照计的安装机构，用于将光电日照计固定于积分球的球心位置；

位于所述积分球内的一对光源，对称设置在所述光电日照计的两侧；

涂有第二涂层的遮光板，设置在所述光源与光电日照计之间；

其中，所述第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计的感应组件上。

可选的，所述两个光源的连线经过所述积分球的球心。

可选的，所述积分球包括两个半球，所述两个半球以可拆卸方式连接；所述两个半球的接口平面处设置有密封圈和/或加强筋板，和/或，所述两个半球的底部设置有支架及调平脚。

可选的，所述两个光源均为氙灯，每一个固定于一个半球上。

可选的，所述安装机构包括固定座以及第一支撑件，所述固定座设置在所述第一支撑件的一端，第一支撑件的另一端固定于所述积分球内。

可选的，所述第一支撑件为支撑杆。

可选的，所述遮光板包括圆盘和第二支撑件，所述圆盘设置在所述第二支撑件的一端，第二支撑件的另一端固定于所述积分球内。

可选的，所述第二支撑件为支撑杆。

可选的，所述安装机构涂有漫反射涂层。

可选的，所述漫反射涂层为在400nm～1100nm光谱范围内反射率不低于95％的涂层。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的模拟天空散射辐射的装置，包括：积分球，内壁涂有第一涂层；固定光电日照计的安装机构，用于将光电日照计固定于积分球的球心位置；位于所述积分球内的一对光源，对称设置在所述光电日照计的两侧；涂有第二涂层的遮光板，设置在所述光源与光电日照计之间；其中，所述第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计的感应组件上。上述技术方案通过在积分球的内壁涂覆第一涂层，在遮光板上涂覆第二涂层，并且第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计的感应组件上，如此，使得一对光源发出的光线以非常随机的方式散射，使得光线辐射更加均匀，从而提高模拟天空散射辐射的真实性和准确性，减少了能源的损失，且结构简单，设备维护难度低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出根据本公开一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的主视图。

图2示出根据本公开一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的剖视图。

图3示出根据本公开另一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的剖视图。

图4示出本公开的模拟天空散射辐射的装置中光电日照计的结构原理示意图。

积分球-1；光电日照计-2；光源-3；固定座-41；第一支撑件-42；圆盘-51；第二支撑件-52；支架-6；第一感应组件-D1，第二感应组件-D2，第三感应组件-D3；第一入射窗-W1，第二入射窗-W2。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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公开中的具体含义。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

现有技术中，用于模拟太阳散射辐射的装置结构通常为在积分球的球壁内均匀布置多个内部光源，通过内部光源发出的光照射到光电日照计上来模拟散射辐射。发明人发现，这种装置存在一个重要缺陷，就是其内部光源发出的光都是直接照射到光电日照计上的，使得球壁内部的光源与光源的位置之间存在极大的辐照度差距，即随着光线角度的变化，球壁内部的某些区域会接收较高的光照，而其他区域则会接收较低的光照，导致模拟的太阳散射辐射均匀性极差，这种不均匀性降低了装置对太阳散射辐射进行模拟的真实性和准确性，导致能源损失，同时增加了维护设备的难度。

为至少部分地解决发明人发现的现有技术中的问题而提出本公开。

图1示出根据本公开一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的主视图。图2示出根据本公开一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的剖视图。图3示出根据本公开另一实施方式的模拟天空散射辐射的装置的剖视图。

如图1、图2和图3所示，本公开的模拟天空散射辐射的装置，包括：

积分球1，内壁涂有第一涂层；

固定光电日照计2的安装机构，用于将光电日照计2固定于积分球1的球心位置；

位于所述积分球1内的一对光源3，对称设置在所述光电日照计2的两侧；

涂有第二涂层的遮光板，设置在所述光源3与光电日照计2之间；

其中，所述第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源3发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计2的感应组件上。

其中，本公开的积分球1是一个中空的完整球壳，其内壁涂有第一涂层即漫反射涂层；固定光电日照计2的安装机构可采用现有技术中的支撑固定装置，具体结构不做限制，只要能将光电日照计2稳定固定于积分球1的球心位置即可；一对光源3用于模拟太阳光，其对称设置在光电日照计2的两侧，通过相互补偿以提供均匀的辐射环境，可以理解的是，本公开的一对光源3的亮度可以根据实际需要进行调整，以满足不同试验条件，增加试验的可控性，本公开对此不做限制；遮光板3的尺寸合适及与光源3的距离适中，可确保光线从一对光源3发射后经过至少一次漫反射后，再照射到光电日照计2的感应组件上，进一步提高模拟天空散射辐射的效果，其中，本公开光电日照计2的感应组件具体可以是光电感应组件；第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，例如可以是氧化镁涂层或硫酸钡涂层。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在积分球1的内壁涂覆第一涂层，在遮光板上涂覆第二涂层，并且第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源3发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计2的感应组件上，如此，使得一对光源3发出的光线以非常随机的方式散射，使得光线辐射更加均匀，从而提高模拟天空散射辐射的真实性和准确性，减少了能源的损失，且结构简单，设备维护难度低。

在本公开的一种实施方式中，所述两个光源3的连线经过所述积分球1的球心。

根据本公开实施例提供的技术方案，两个光源3的连线经过积分球1的球心，使得本公开的装置可以提供更准确、自然和一致的光照条件，增加了模拟试验的真实性和可控性，有助于研究人员在高精度试验中获得准确的数据和可靠的结果。

在本公开的一种实施方式中，所述积分球1包括两个半球，所述两个半球以可拆卸方式连接；所述两个半球的接口平面处设置有密封圈和/或加强筋板，和/或，所述两个半球的底部设置有支架6及调平脚。

根据本公开实施例提供的技术方案，积分球1被分为两个半球，这使得研究人员对积分球1内的操作和维护更加方便，这两个半球可以被拆卸和连接，例如采用轨道或铰链方式连接在一起，可采用电动或手动开关门方式，使本公开的装置易于装配和拆卸；两个半球的接口平面处设置了密封圈和/或加强筋板，有助于确保两个半球在连接时能够牢固密封，防止光线泄漏，密封圈和加强筋板还可以进一步增强两个半球连接的稳定性；两个半球的底部设置有支架6和调平脚，支架6用于对半球提供支撑，确保半球能够保持稳定的位置，调平脚用于校准和调整积分球1或两个半球的水平位置，以使积分球1或两个半球的位置和状态在不同试验中保持一致，增加了试验的可控性、精确性和可重复性。

在本公开的一种实施方式中，所述两个光源3均为氙灯，每一个固定于一个半球上。

根据本公开实施例提供的技术方案，本公开的装置中两个光源3都采用氙灯，优选为短弧氙灯，每一个氙灯/短弧氙灯固定于一个半球上，短弧氙灯的光谱特性非常接近太阳光的光谱特性，能够准确地模拟自然光线的特性，并且，氙灯/短弧氙灯具有较高的亮度，能够提供足够的光线强度，以模拟自然光的明亮度。每个氙灯的固定位置在两个半球上，有助于稳定光源3的位置，防止光源3在试验过程中移动或发生变化，进而达到优化本公开的装置的模拟效果和试验的灵活性，从而满足不同研究和测试需求。

在本公开的一种实施方式中，所述安装机构包括固定座41以及第一支撑件42，所述固定座41设置在所述第一支撑件42的一端，第一支撑件42的另一端固定于所述积分球1内。

根据本公开实施例提供的技术方案，安装机构包括固定座41和第一支撑件42，目的是将光电日照计2稳固地安装在积分球1内，以确保准确的测量和记录光照强度。具体来说，固定座41设置在第一支撑件42的一端，而第一支撑件42的另一端被牢固地固定在积分球1内，以确保光电日照计2的准确性和稳定性。光电日照计2由安装机构稳固支撑和保护，使其在试验中不易受损，从而延长了本公开的装置的使用寿命。

在本公开的一种实施方式中，所述遮光板包括圆盘51和第二支撑件52，所述圆盘51设置在所述第二支撑件52的一端，第二支撑件52的另一端固定于所述积分球1内。

根据本公开实施例提供的技术方案，本公开的遮光板包括圆盘51和第二支撑件52，圆盘51安装在第二支撑件52的一端，而第二支撑件52的另一端牢固地固定在积分球1内，以确保光线从光源3经过漫反射并以均匀的方式照射到光电日照计2的感应组件上，有助于更准确地模拟天空散射辐射的效果。

在本公开的一种实施方式中，所述第一支撑件42为支撑杆。和/或，所述第二支撑件52为支撑杆。

根据本公开实施例提供的技术方案，第一支撑件42和第二支撑件52均采用支撑杆这种长而坚固的杆状结构，用于将光电日照计2支撑并固定在积分球1内，以确保光电日照计2的位置牢固稳定。支撑杆还可以在保证结构强度的情况下直径尽可能小以减少对辐照度均匀性的影响。

在本公开的一种实施方式中，所述安装机构涂有漫反射涂层。

根据本公开实施例提供的技术方案，本公开的安装机构涂有漫反射涂层。漫反射涂层是一种特殊的涂层，通常由粗糙表面或微小颗粒组成。在安装机构上使用这种涂层可增强漫反射效果，使光线以不规则方式散射，确保光线从光源3经过漫反射并均匀地照射到光电日照计2的感应组件上，提供了更准确的光线模拟效果，有助于提高试验结果的可靠性和准确性。

在本公开的一种实施方式中，所述漫反射涂层为在400nm～1100nm光谱范围内反射率不低于95％的涂层。

根据本公开实施例提供的技术方案，漫反射涂层在400nm～1100nm的光谱范围内具有非常高的反射率，可确保大部分光被反射，有助于提供高效的漫反射效果，进而提高试验结果的准确性，使得本公开的装置更适用于需高精度测量光照强度的环境。

图4示出本公开的模拟天空散射辐射的装置中光电日照计的结构原理示意图。

本公开所使用的光电日照计2广泛应用于气象领域中日照时数测量，一般采用天穹分割原理，《GB/T 33702-2017光电式日照传感器》附录A中给出了天穹分割式光电日照计2的原理，具体如下：

如图4所示，光电日照计2包括三个感应组件以及1个遮光组件，第一感应组件D1、第二感应组件D2、第三感应组件D3分别安置在同一轴线上，并通过遮光组件的第一入射窗W1、第二入射窗W2对入射到第二感应组件D2、第三感应组件D3上的辐射进行角度约束。使用时，第一感应组件D1、第二感应组件D2、第三感应组件D3所在的轴线呈南北方向，和安装地点水平面的夹角与当地纬度相同，这样可保证第一感应组件D1、第二感应组件D2、第三感应组件D3所在的轴线与天轴重合。

第一感应组件D1在360度的环形范围内接收辐射，所以太阳在任意时角位置时第一感应组件D1总能接收到“直接辐射”和天空的“散射辐射”。第二感应组件D2和第三感应组件D3则只能以相同的张角分别接收环形范围内不同方向上的辐射，第一入射窗W1和第二入射窗W2的设置保证在任意时刻，太阳直接辐射只能照射到第二感应组件D2、第三感应组件D3中的一个；所以太阳在任意时角位置时第二感应组件D2和第三感应组件D3中总有一个可以接收到天空的“散射辐射”。第一感应组件D1测量的第一信号SD1表征为“直接辐射”加“散射辐射”，第二感应组件D2测量的第二信号SD2和第三感应组件D3测量的第三信号SD3的较小值表征“散射辐射”；第一信号SD1减去第二信号SD2和第三信号SD3中较小的一个值即可得到“直接辐射”，通过与日照阈值对比即可得出日照状态。

对于光电日照计2来说，室内测试时需要模拟天空散射辐射和太阳直接辐射，本公开的主要目的就是为了在室内模拟均匀的天空散射辐射。

本公开模拟天空散射辐射的装置的工作过程：

将积分球1的两个半球连接在一起，确保密封圈和/或加强筋板在两个半球的接口平面处，同时底部的支架6和调平脚用于支撑和校准积分球1的位置，光源3的位置和亮度可以根据试验需求进行调整，一旦装置组装完毕，开始进行试验。光源3发出的光线经过漫反射涂层，然后照射到光电日照计2的感应组件上，光电日照计2测量光照强度，记录模拟的天空散射辐射条件，由光电日照计2记录的试验数据，可用于进一步的分析和研究，以获得有关模拟条件下的光照强度、漫反射效果和其他相关参数的信息。

在本公开的一个具体实施方式中，本公开的模拟天空散射辐射的装置包括：

1)大型积分球(积分球)：为内径不小于2000mm，内壁涂有在400nm～1100nm光谱范围内反射率不低于95％的漫反射涂层，用于固定2个光源、2个遮光板和1个安装机构及提供均匀的漫反射环境。

2)光源：数量为2，对称分布于大型积分球的上下两侧，在大型积分球竖直轴线上，采用短弧氙灯作为光源，其通过内部结构固定在大型积分球球壁附近，用于为天空散射辐射模拟提供光源。

3)遮光板：数量为2，对称分布于2个光源面向大型积分球球心的位置，固定在大型积分球上，表面涂有与大型积分球相同的漫反射涂层，遮光板的尺寸及与光源的距离保证光源发出的光必须至少经过一次漫反射才能照射到光电日照计感应组件上。

4)安装机构：安装机构固定在大型积分球上，表面涂有与大型积分球相同的漫反射涂层，用于固定光电日照计，使日照计感应组件轴线与大型积分球竖直轴线(或两光源的连线)重合，光电日照计的感应组件中心与大型积分球球心重合。

具体实现方式如下：

大型积分球作为装置的核心，采用直径不小于2000mm的空心球体，球体对称分为两部分，两部分接口平面与地面垂直，接口平面处配有密封圈，起到防止漏光的作用，接口平面装有加强筋板，两半球下部装有支架及调平脚，起到水平支撑放置装置的作用。两半球采用轨道或铰链方式连接在一起，可采用电动或手动开关门方式。大型积分球内壁及内部的所有结构部件均涂覆在400nm～1100nm光谱范围内反射率不低于95％的漫反射涂层。

大型积分球上下两侧对称安装光源及附属结构，附属结构可采用现有技术中的装置结构，例如可以包括氙灯安装座、电缆走线管、冷却风扇、滤光罩，用于固定光源、为光源供电及散热。光源在大型积分球竖直轴线上，采用短弧氙灯，经滤光罩滤光后发出的光线光谱与太阳光谱接近。

在2个光源面向大型积分球球心的位置固定有两个遮光板，遮光板由圆盘和固定杆(即第二支撑件)两部分组成。固定杆在保证结构强度的情况下直径尽可能小以减少对辐照度均匀性的影响，圆盘为圆形金属薄板，与固定杆相连接，圆盘的直径及到光源的距离保证光源发出的光至少在大型积分球上经过1次漫反射后才能照射到光电日照计感应组件上。

在大型积分球的球心附近固定有安装机构，安装机构由通用固定机构(固定座)及安装杆(第一支撑件)组成。安装杆在保证结构强度的情况下直径尽可能小以减少对辐照度均匀性的影响。通用固定结构可固定DFC1、DFC2和DFC3三种型号的光电日照计。

本公开的装置以对称布置的氙灯作为光源，配合遮光板，采用漫反射的方法模拟天空散射辐射。对称布置的光源起到相互补偿的作用，消除了点光源平方反比定律引起的辐照度降低对均匀性的影响。另外，由于两光源对称布置，在环绕两光源连线(也为大型积分球的竖直轴线或光电日照计感应组件轴线)方向上辐照度分布均匀，具有均匀性好、结构简单、功耗低、光谱匹配度高的优点。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，包括：

积分球，内壁涂有第一涂层；

固定光电日照计的安装机构，用于将光电日照计固定于积分球的球心位置；

位于所述积分球内的一对光源，对称设置在所述光电日照计的两侧；

涂有第二涂层的遮光板，设置在所述光源与光电日照计之间；

其中，所述第一涂层、第二涂层均为漫反射涂层，每一个光源发出的光至少经过一次漫反射照射到光电日照计的感应组件上。

2.根据权利要求1所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述两个光源的连线经过所述积分球的球心。

3.根据权利要求2所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述积分球包括两个半球，所述两个半球以可拆卸方式连接；所述两个半球的接口平面处设置有密封圈和/或加强筋板，和/或，所述两个半球的底部设置有支架及调平脚。

4.根据权利要求3所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述两个光源均为氙灯，每一个固定于一个半球上。

5.根据权利要求1所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述安装机构包括固定座以及第一支撑件，所述固定座设置在所述第一支撑件的一端，第一支撑件的另一端固定于所述积分球内。

6.根据权利要求5所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述第一支撑件为支撑杆。

7.根据权利要求1所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述遮光板包括圆盘和第二支撑件，所述圆盘设置在所述第二支撑件的一端，第二支撑件的另一端固定于所述积分球内。

8.根据权利要求7所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述第二支撑件为支撑杆。

9.根据权利要求1所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述安装机构涂有漫反射涂层。

10.根据权利要求1或9所述的模拟天空散射辐射的装置，其特征在于，所述漫反射涂层为在400nm～1100nm光谱范围内反射率不低于95％的涂层。