DE3308429A1

DE3308429A1 - Im freien aufstellbarer sensor zur erfassung der helligkeit des unabgedecktem himmel

Info

Publication number: DE3308429A1
Application number: DE19833308429
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Nagoya Aichi Nakao; Masato Oki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1983-09-29
Also published as: JPS58154625A; FR2523301A1

Description

3308429 PATENTANWALT DIPLtING. PAUL DIEHL

Alt-Moabit 89, 1000 Berlin 21, Tel. (030) 391 10

3. Februar 1983 D/F

Mas a to Ok i

44-7, Hitotsuyama 1-choitie

Tenpaku-ku

Nagoya-shi, Aichi-ken

Japan

Kazutoshi Nakao

1-8, Isuruha-cho, Showa-ku

Nagoya-shi, Aichi-ken

Japan

Inn Freien aufstellbarer Sensor zur Erfassung der Helligkeit des unabgedeckten Himmels

Im Freien aufstellbarer Sensor zur Erfassung der Helligkeit des unabgedeckten Himmels

Hintergrund der_Erfindung

1. Erfindungsbereich

Die vorliegende Erfindung betrifft einen im Freien aufzustellenden Sensor zur Erfassung der Helligkeit des unabgedeckten Himmels und insbesondere einen solchen, der den Tageslichtfaktor mißt, der wiederum die Tageslichtverhältnisse eines Hauses repräsentiert, die sich aus dem Verhältnis der Tageslichthelligkeit auf einer gewählten, vom Tageslicht beleuchteten Fläche innerhalb des Hauses zu einer gleichzeitig auftretenden Beleuchtung außerhalb des Hauses durch den unabgedeckten Himmel, unter Ausschluß des Sonnenlichtes ergibt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In einer herkömmlichen Meßeinrichtung zur Ermittlung des Tageslichtfaktors, der das Verhä.ltnis der Helligkeit innerhalb des Hauses zur außerhalb desselben herrschenden Helligkeit, die von dem unabgedeckten Himmel stammt, darstellt, werden stets zwei Helligkeitsmesser verwendet, deren einer in der Mitte eines Raumes innerhalb des Hauses aufgestellt wird, wo die Messung durchgeführt wird, um die Helligkeit innerhalb des Raumes, zu der das Sonnenlicht beiträgt, festzustellen. Der andere Helligkeitsmesser wird außerhalb des Hauses im Bereich des Hauses aufgestellt, um die horizontale Helligkeit, die der

unabgedeckte Himmel unter Ausschluß der direkten Sonnensfcffihlung liefert, zu messen; eine genaue Helligkeit, die von dem unabgedeckten Himmel ausgeht, kann nur dann gemessen werden, wenn am Horizont keinerlei Gebäude, Bäume oder dergleichen stehen, die letztlich das Sonnenlicht abdecken.

Tatsächlich sind jedoch immer irgendwelche Gebäude und dergleichen am Horizont zu sehen, die die horizontale Sicht' in den meisten Zonen, in denen Häuser gebaut worden sind, abdecken und dies ergibt letiälich einen Fehler in der genauen Messung der Helligkeit, die der unabgedeckte '. Himmel liefert. Aus diesem Grunde ist, selbst wenn also der im Freien aufgestellte Sensor zur Erfassung der Helligkeit, geliefert vom abgedeckten Himmel, in der Mitte einer relativ großen Zone aufgestellt ist, durch die umgebenden Gebäude und dgl. stets eine Abdeckung eines Teiles der horizontalen Sicht vorhanden und in jedem Falle wird die Abdeckung der horizontalen Sicht graduell schwanken. Die Erfassungsgenauigkeit der Helligkeit, die der unabgedeckte Himmel liefert, wird stets schwanken, so daß die Messung des Tageslichtfaktors recht unzu-• verläßig ist. Die Messsung des Tageslichtfaktors, die so erhalten'worden ist, ist deshalb ungünstig und sie kann lediglich einen ungefähren Wert liefern.

-X-

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend geschilderten Nachteile, mit denen der Stand der Technik behaftet ist, zu beseitigen, und zwar dadurch, daß ein im Freien aufzustellender Sensor zur Erfasssung der vom unabgedeckten Himmel stammenden Helligkeit vorgesehen wird, der durch Erfasssung der Zenit-Helligkeit in einem begrenzten Umfang eine genaue Erfassung der vom unabgedeckten Himmel stammenden Helligkeit selbst in den Zonen gestattet, in denen die Häuser dicht beieinander stehen.

Der im Freien aufzustellende Sensor zur Erfassung der vom unabgedeckten Himmel stammenden Helligkeit gem. der Erfindung besteht aus einem abgedunkelten Gehäuse, des^sen Innenwand vollständig schwarz ausgemalt ist, das in seiner oberen Abdeckung eine Lichteinla3üffnung hat, die das für die Zenit-Helligkeit maßgebliche Sonnenlicht einläßt, wobei ferner ein Helligkeitsmesser unmittelbat unterhalb der Lachteinlaßöffnung in vorgegebener Tiefe darunter ' angeordnet ist, der geeignet ist, elektrische Signale in Abhängigkeit von der Lichtmenge zu erzeugen und wobei schließlich Trennwände innerhalb des äbgedunkelten Gehäuses in freigewählten Abständen zwischen der Lichteinlaßöffnung und dem Helligkeitsmesser angeordnet sind, deren jede eine Lichteinlaßöffnung enthält und die so angeordnet sind, daß sie eine Reflektion des Lichtes durch die Innenwandung des abgedunkelten Gehäuses auf den Helligkeits-

messer verhindern.

Die Erfindung wird im folgenden weiter verdeutlicht, einmal durch die Ansprüche und zum anderen durch die Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Kurze_Beschreibung der_Zeichnunc[

Fig. 1 zeigt einen von der Seite her gesehenen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel

der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise Draufsicht des Querschnittes

des erfindungsgemäßen Sensors und 15

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles für die Lagerung des Gehäuses des erfindungpgemäßen Sensors.

.Beschreibung der Einzelheiten eines ausgewählten

Die Fig. 1 zeigt einen im Freien aufzustellenden SensorODS, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und der dazu dient _f die von einem.

unabgedeclcten Himmel stammende Helligkeit zu erfassen Dieser im Freien aufzustellende Sensor ODS besteht zunächst aus einem abgedunkelten Gehäuse 1, das einen quadratischen Querschnitt hat. Sämtliche inneren und äußeren Oberflächen des abgedunkelten Gehäuses 1 sind mit matter schwarzer Farbe bestriebt η. Das abgedunkelte Gehäuse 1 (Schattengehäuse) enthält in

seiner oberen Abdeckplatte eine Lichteinlaßöffnung Hl mit dem-Radius r.. Ein Helligkeitsmesser 2 ist auf dem Boden des abgedunkelten Gehäuses 1 befestigt. Der Helligkeitsmesser 2 besitzt eine dem Licht ausgesetzte Zone mit dem Radius r„ (r_?<r ) und ist so ausgebildet, daß er dann, wenn eine bestimmte Lichtmenge auf diese Zone fällt, elektrische Signale erzeugt. Die Entfernung zwischen der oberen Oberfläche des abgedunkelten Gehäuses 1 bis zu der dem Licht ausgesetzten Zone des Helligkeitsmessers ist mit d angegeben. Innerhalb des Gehäuses 1 sind weiterhin Trennwände 3-6 zwischen der oberen Abdeckung und dem Boden des Gehäuses 1 angeordnet, die genau gemessene Abstände von einander haben und -sichern, daß Licht, das durch Lichteintrittsöffnung Hl tritt, nur direkt auf die dazu bestimmte Zone des Helligkeit! messers trifft und niemals zuvor von den Wänden des Gehäuses 1 reflektiert wird. Die Trennwände 3-6 haben Lichteinlaßöffnungen H2 bis H5. In Pig. I ist weiterhin noch der Winkel C*. zwischen der Mittelachse des Helligkeitsmessers 2 und einer Linie, die von dem Mittelpunkt des Helligkeitsmessers 2 aus zu einem Punkt * auf dem Umfang der Lichteinlaßöffnung 1 gezogen ist, eingezeichnet. Weiterhin sind die Winkel -G 1 und -G₂ dargestellt, die die Winkel zwischen einer senkrechten Linie durch einen Punkt auf dem Umfang der dem Licht ausgesetzten Zone mit dem Radius r_? des Helligkeitsmessers 2 und Linien, die von dem Punkt auf dem Umfang der dem Licht ausgesetzten Zone und den weitesten sowie auch den nächsten Punkten auf dem Umfang der Lichteinla3üffnung Hl bezeichnen. Jede der Lichteinlaßöffnungen H2-H5

ist so groß bemessen, daß die Winkelet, und die Winkel -Θ. und -θ« in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen. Der im Freien aufzustellende Sensor ODS zur Erfassung der von einem unabgedeckten Himmel abgestrahlten Helligkeit ist unter diesen Voraussetzungen aufgebaut worden und das abgedunkelte Gehäuse 1 wird so' aufgestellt, daß es noch oben gerichtet ist, um die Himmelshelligkeit E' rings um den Zenit zu messen. Die Helligkeit, die von dem unabgedeckten Himmel E abstrahlt, soll den Wert haben,

E = K . E¹

, ■' · wobei K eine Konstante ist, die durch die Form des im Freien aufzustellenden Sensors ODS, die Tageszeit und das Wetter im Augenblick der Messung und dgl.

bestimmt ist. Ist E die Helligkeit, die vom unabgedeckten Himmel gemessen wurde und Es diejenige Helligkeit, die in einem Raum mittels eines nicht dargestellten Innenraumsensors IDS ermittelt wurde, dann errechnet sich der Tageslichtfaktor D zu

Der kumulative Wert D¹ errechnet sich aus einer großen Anzahl η von Messungen, die in bestimmten Abständen voneinander vorgenommen werden, um so einen Wert zu gewinnen, der frei von den Einflüssen des Wetters, der Zeit und dergleichen, bei denen die einzelnen Messungen vorgenommen sind,, ist:

AO

-X-

Es

_D ι _β -Λ (%)

Um bessere, genauere Messungen zu erzielen, wird der im Freien aufgestellte Sensor ODS grundsätzlich nur bei "normalwolkigem Himmel", wie er durch die Internationale Helligkeitskommission definiert wurde, d.i. der vollständig bewölkte Himmel oder einem entsprechendem Zustand, eingesetzt, wobei das Verhältnis der Himmelshelligkeit L/θ im Winkel -Θ gegen den Horizont gemessen zu der Zenit-Helligkeit Lz den Wert

Le 1 + 2 sin-θ-

Lz ⁼ 3
ergibt.

Der im Freien aufgestellte Sensor ODS kann unmittelbar auf dem Dreibein 7 waagerecht montiert werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder er kann auch selbständig in einer horizontale Lage mit Hilfe des Schwenktisches 8 und des Haltebügels 9 einschwenken, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Registriert der Helligkeitsmesser 2 des im Freien aufgestellten Sensors ODS einen Wert rJs, so beträgt die Helligkeit E, die der unbedeckte Himmel abstrahlt,

E= K:Ez,

λλ

wobei K die Konstante ist, die die besonderen Verhältnisse innerhalb des abgedunkelten Gehäuses. 1 gem. Fig. 1 liefern. Der dazugehörige Lichtstrom. P, der durch die Lichteintrittsöffnung Hl zu der dem Licht ausgesetzten Zone (2r„) des Helligkeitsmessers 2 tritt., kann durch folgende Formel angegeben werden

CO O O I ? 9 ? ? ρ ρ)

(a 4. r -t- rl - V (rt +r+r ι —4r >~ ι _αϋ. Cd.₊ r₁₊r₂) V (d ₊r₁₊r₂; 4T₁-^

Die Haupthelligkeit Ez, die auf die dem Licht ausgesetzte Zone (2r„) des Helligkeitsmessers 2 fällt, läßt sich folgendermaßen angeben:

E '=" K . Ez

Messungen werden um den Zenit herum vorgenommen und wenn man davon ausgehen kann, daß die Zenit-Hellig-Ifceit, in dem Bereich, in dem gemessen wurde, konstant ist, läßt sich K folgendermaßen schreiben:

EE ²A

	Setzt man für	K:	-*-	2	ich:	2r\	werden:
			E K=K' . ~	ndes Beispiel		/ p Ο 9 9 - / (d^£+r^+r'_? - 4 r^
5	dann	kann K' folgendermaßen ausgedrückt	14.26° -5.0°	2	r^? W
	K' -		0.0100
10		\ ? 2	0.120	j / r₂ r₂
			5.0	sei gegeben:	^r2 /
15			ergibt r,
		*(K'-i*
20	Folge
	Il I) v-< OvI Φ Φ
25	^r2 = ^ri ⁼
	d =			K' - 47.5
	OL =
30	Damit

• ft * · O » ·

* n» fll ft * Λ * ·

Nachdem unterstellt v/erden kann, daß sich der Himmel in einem gleichförmigen Zustand befindet, folgt daraus:

K = ^K'' = 149.3

Ein weiteres Beispiel möge von folgenden Werten aus-■ gehen:

O₁ = 10.0°

' O₂ . 5.0° '

T₂ = 0.012 r = 0.036

d =0.270
15

f = 7.6°

Damit vvird das folgende Resultat erhalten

. K^f β 18.

Nachdem unterstellt werden kann, daß sich der Himmel in einem gleichförmigen Zustand befindet, folgt daraus:
K = £κ· = 5 7.4

Die Helligkeit', .die der unabgedeckte Himmel abgibt, ■ kann also als gegebener Wert ermittelt werden, in dem die Konstruktionskonstante K, die durch die Form und die Größe des im Freien aufgestellten Sensors ODS festgelegt ist mit dem Wert, den der Hellig·

- VL -

Veitsmesser ? registriert hat, multipliziert wird. Auf diese Weise ist der im Freien aufzustellende Sensor ODS ge in. vorliegender Erfindung nützlich, um einen genauen Tages liehtfaktor zu erhalten, selb« in den Zonen-in denen Häuser dicht beieinander stehen.

Die Erfindung wurde im Vorstehenden nur mit Bezug auf ein bevorzugtes Beispiel derselben beschrieben, 1.0 selbstverständlich lassen sich Abwandlungen oder Änderungen dieses Ausführungsbeispieles ohne Schwierigkeiten vornehmen, allerdings ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie in den Ansprüchen dargelegt ist.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

Im Freien aufzustellender Sensor zur Erfassung' der vom unabgedeckten Himmel stammenden Helligkeit, gekennzeichnet durch ein abgedunkeltes Gehäuse (1), dessen Innenwandung schwarz gestrichen ist und dessen obere Abdeckung eine Lichteinlaßcffnung (Hl) enthält, die Sonnenlicht einläßt, das der Zenit-Helligkeit entspricht, einen Helligkeitsmesser (2) der in vorgegebener Tiefe unmittelbar unterhalb der Lichteinlaßöffnung (Hl) angeordnet ist und der in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtmenge elektrische Signale erzeugt, wobei weiterhin Trennwände (3-6) innerhalb des abgedunkelten Gehäuses (1) · in. frei gewählten Abständen zwischen der lichte in laßöf fnung (Hl) und dem Helligkeitsmesser (2) vorgesehen sind, deren jede eine Lichteinlaßöffnung (H2) bis (H5) enthält und die so angeordnet sind, daß sie eine Reflektion des Lichtes durch die Innenwandung des abgedunkelten Gehäuses (1) auf den Helligkeitsmesser (2) verhindern.
2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwenktisch (8) zur Lagejustierung der Lichteinlaßöffnung (Hl) in der

oberen Abdeckung des Gehäuses (1) und einen Haltebügel (9), der funktionell mit dem Schwenktisch (8) verbunden ist und· der zur Aufstellung des Gehäuses (1) auf dem Boden dient.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Arbeitscharakterig tik:

E= KEz ^; .

wo E die Helligkeit des unabgedeckten Himmels und Ez die elektrische Abgabe <3es Helligkeitsmessers (2) bedeuten und K als/Funktion des Ra-. ·.,-.' dius r₁ der Lichteinlaßöffnung Hl in der oberen Abdeckung des abgedunkelten Gehäuses (1), des Radius r₂ der dem Licht ausgesetzten Fläche des Helligkeitsmessers (2) und der'Entfernung d zwischen der oberen Oberfläch© des Gehäuses (1) und der dem Licht ausgesetzten Fläche des Helligkeitsmessers (2) ist. ·

Patentanwalt