太陽五要素自動測量裝置制造方法
【專利摘要】一種太陽五要素自動測量裝置，其特殊之處在于，包括：太陽總輻射表Ⅰ，用于測量太陽總輻射值；太陽總輻射表Ⅱ，用于測量太陽散射值；太陽直接輻射表，用于測量太陽直接輻射值；四象限光平衡傳感器，用于自動跟蹤太陽運轉，使太陽光垂直照射在所述太陽直接輻射表光筒內的傳感器上；角度傳感器，用于跟蹤測量所在位置平面與水平面的夾角，測出太陽高度角。該太陽五要素自動測量裝置從根本上解決現(xiàn)有太陽輻射測量儀器人工操作維護繁瑣、不能實時測量和誤差大的問題，滿足全自動化測量要求，測量數(shù)據(jù)包括太陽總輻射、散輻射、直輻射、日照時間、太陽高度角五要素，測量精度高。
【專利說明】
太陽五要素自動測量裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽輻射測量裝置，特別是一種太陽五要素自動測量裝置，可應用于氣象、太陽能利用、農(nóng)業(yè)、建筑以及科研教學。

【背景技術】
[0002]據(jù)了解，目前我國太陽輻射測量仍需人工操作和維護記錄。尤其在惡劣的氣候條件下操作十分不便，測量數(shù)據(jù)準確性難以保證，誤差較大。


【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的是為了提供一種新型的太陽五要素自動測量裝置，從根本上解決現(xiàn)有太陽輻射測量儀器人工操作維護繁瑣、不能實時測量和誤差大的問題，滿足全自動化測量要求，測量數(shù)據(jù)包括太陽總輻射、散輻射、直輻射、日照時間、太陽高度角五要素，測量精度高。
[0004]本實用新型的技術方案是:
[0005]一種太陽五要素自動測量裝置，其特殊之處在于，包括:
[0006]太陽總輻射表I，用于測量太陽總輻射值；
[0007]太陽總輻射表II，用于測量太陽散射值；
[0008]太陽直接輻射表，用于測量太陽直接輻射值；
[0009]四象限光平衡傳感器，用于自動跟蹤太陽運轉，使太陽光垂直照射在所述太陽直接輻射表光筒內的傳感器上；
[0010]角度傳感器，用于跟蹤測量所在位置平面與水平面的夾角，測出太陽高度角；
[0011]托板，用于將所述太陽直接輻射表、四象限光平衡傳感器、角度傳感器固定于同一平面，所述托板上利用支柱固定有用于安裝所述太陽總輻射表I和太陽總輻射表II的托盤，以及用于遮擋太陽直輻射光、使所述太陽總輻射表II總是處在陰影中的遮光黑體球；
[0012]微機控制器，用于接收四象限光平衡傳感器的信號，向托板的驅動裝置發(fā)出控制指令使其帶動托板在垂直方向或水平方向轉動，并根據(jù)太陽直接輻射表的測量數(shù)據(jù)計算出太陽日照時間；
[0013]太陽輻射記錄儀,用于記錄太陽總輻射表1、太陽總輻射表I1、太陽直接輻射表、角度傳感器和微機控制器傳送的測量數(shù)據(jù)。
[0014]上述的太陽五要素自動測量裝置，所述托板下方固定有臺架，所述臺架下方支撐有主體，所述主體下方設有底座，所述托板的驅動裝置包括裝設于所述底座內的水平電機和齒輪箱1、裝設于所述主體內的俯仰電機和齒輪箱II，所述齒輪箱I的輸出軸與所述主體底部緊固連接，所述齒輪箱II的輸出軸與所述臺架緊固連接。
[0015]上述的太陽五要素自動測量裝置，所述四象限光平衡傳感器由粗調光平衡傳感器和細調光平衡傳感器組成。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]1、自動測量五個要素，包括太陽總輻射值、散射輻射值、直接輻射值、太陽高度角和日照時間，其中，太陽日照時間是指太陽直接輻射照度達到或者超過120W/m2時間段的總和，以小時為單位，直接輻射表測得的直接輻射照度經(jīng)微機控制器的計時裝置累計計算出日照時間。減少了單項測量時所用繁多的測量儀器，減少了人工操作測量、維護的繁瑣工作。
[0018]2、采用光追蹤和旋轉角度測量以及光照強度測量的跟蹤運行等綜合技術，保證了高精度跟蹤太陽，所測得的五要素精度高、誤差小。
[0019]其中太陽總輻射表:光譜范圍280-3000nm，差小于5%，分辨率lW/m2，0.001MJ/m2 ；太陽散射輻射表測試范圍0-2000 W/m2，誤差小于5%，分辨率lW/m2，0.001MJ/m2 ;太陽直接輻射表測試范圍0-4000 W/m2，誤差小于5%，分辨率lW/m2，0.001MJ/m2 ;太陽高度角是實測值比用計算得出的值精度高的多，太陽入射角跟蹤誤差小于0.5°，跟蹤范圍0-90° ;日照時間由太陽直接輻射表測量通過微機控制器計算得出可在0-24小時內測試，誤差小于0.1小時。
[0020]3、具有強大的網(wǎng)絡通訊功能，測試數(shù)據(jù)可遠程傳輸?shù)街付ǖ攸c。
[0021]4、裝置整體采用鋁合金制作，表面進行三防處理，防雨抗震防雷電，適合惡劣環(huán)境下工作(環(huán)境溫度-40°?+60° )，自動對太陽實時追蹤，可全天候工作。尤其適合在野外高原氣候惡劣的環(huán)境下全天候工作。
[0022]5、托板、臺架、主體、底座等為組合式結構，現(xiàn)場裝卸方便。易實現(xiàn)二維自動跟蹤，水平方向運行角度(太陽方位角)O?270°，垂直方向運行角度(太陽赤緯角)_45°?+45° ,跟蹤誤差4小時小于±0.5°。
[0023]6、跟蹤、測量、記錄、控制于一體，形成太陽輻射監(jiān)測系統(tǒng)，既可與微機實時監(jiān)測，也可斷開微機單獨使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的結構示意圖(省略微機控制器、太陽輻射記錄儀);
[0025]圖2是本實用新型的工作原理圖。
[0026]圖中:1_粗調光平衡傳感器、2-細調光平衡傳感器、3-太陽直接輻射表、4-角度傳感器、5-托板、6-臺架、7-主體、8-水平電機、9-齒輪箱1、10-底座、11-俯仰電機、12-齒輪箱I1、13-太陽總福射表I1、14-太陽總福射表1、15-遮光黑體球、16-托盤、17-支柱、18-支柱、19-支柱、20-微機控制器、21-太陽輻射記錄儀。

【具體實施方式】
[0027]如圖所示，該太陽五要素自動測量裝置，由太陽總輻射表I 14、太陽總輻射表II 13、太陽直接輻射表3、四象限光平衡傳感器、角度傳感器4、微機控制器20、太陽輻射記錄儀21、托板5及其驅動裝置組成。其中，太陽總輻射表I 14用于測量太陽總輻射值；太陽總輻射表II 13用于測量太陽散射值；太陽直接輻射表3用于測量太陽直接輻射值；四象限光平衡傳感器由粗調光平衡傳感器I和細調光平衡傳感器2組成，用于自動跟蹤太陽運轉，使太陽光垂直照射在所述太陽直接輻射表3光筒內的傳感器上；角度傳感器4用于跟蹤測量所在位置平面與水平面的夾角，測出太陽高度角；托板5用于將所述太陽直接輻射表3、四象限光平衡傳感器、角度傳感器4固定于同一平面，所述托板5上利用支柱17、18固定有用于安裝所述太陽總輻射表I 14和太陽總輻射表II 13的托盤16，以及用于遮擋太陽直輻射光、使所述太陽總輻射表II 13總是處在陰影中的遮光黑體球15 ;所述托板5下方固定有臺架6，所述臺架6下方支撐有主體7，所述主體7下方設有底座10，所述托板5的驅動裝置包括裝設于所述底座10內的水平電機8和齒輪箱I 9、裝設于所述主體7內的俯仰電機11和齒輪箱II 12，所述齒輪箱I 9的輸出軸與所述主體7底部緊固連接，所述齒輪箱II 12的輸出軸與所述臺架6緊固連接；微機控制器20用于接收四象限光平衡傳感器的信號，向托板5的驅動裝置發(fā)出控制指令使其帶動托板5在垂直方向或水平方向轉動，并根據(jù)太陽直接輻射表3的測量數(shù)據(jù)計算出太陽日照時間，其采用高性能微機處理器，并具有大容量存儲器，通訊方式滿足有線RS232或RS485以及無線網(wǎng)絡(GPRS)等通訊模塊的要求，與計算機通訊形成EXCEL數(shù)據(jù)文件；太陽輻射記錄儀21，用于記錄太陽總輻射表I 14、太陽總輻射表II 13、太陽直接輻射表3、角度傳感器4和微機控制器20傳送的測量數(shù)據(jù)。
[0028]工作過程:
[0029]當太陽高度角(垂直方向)發(fā)生改變時，粗、細調光平衡傳感器1、2發(fā)出信號送給微機控制器20，微機控制器20再發(fā)出信號驅動俯仰電機11帶動齒輪箱II 12轉動，從而帶動與之相連的臺架6和托板5在垂直方向上進行俯仰轉動，直到太陽光直射到太陽直接輻射表3的傳感器上(垂直照射在光平衡傳感器上)，而太陽總輻射表II 13仍處在黑體球15的陰影內測得太陽散射輻射值，角度傳感器4隨著托板5轉動測出高度角的數(shù)值，太陽直接輻射表3和太陽總輻射表I 14測出各自數(shù)值。
[0030]當太陽方位角(水平方向)發(fā)生變化時，粗、細調光平衡傳感器1、2同樣發(fā)出信號給微機控制器20，微機控制器20再發(fā)出信號驅動水平電機8帶動齒輪箱I 9轉動，從而帶動與齒輪箱I 9輸出軸連接的主體7以及臺架6和托板5—起在水平方向上轉動直到太陽光垂直照到太陽直接輻射表3光筒內的傳感器上。太陽總輻射表II 13仍處在黑體球15的陰影中測得散射輻射值，角度傳感器4測出太陽入射角(方位角)，太陽直接輻射表3和太陽總輻射表I 14測出各自數(shù)值。
[0031]當太陽直接輻射表3測得直接輻照度達120 w/ IIf時，微機控制器20啟動計時裝置，記錄日照時間。
【權利要求】
1.一種太陽五要素自動測量裝置，其特征在于，包括: 太陽總輻射表I，用于測量太陽總輻射值； 太陽總輻射表II，用于測量太陽散射值； 太陽直接輻射表，用于測量太陽直接輻射值； 四象限光平衡傳感器，用于自動跟蹤太陽運轉，使太陽光垂直照射在所述太陽直接輻射表光筒內的傳感器上； 角度傳感器，用于跟蹤測量所在位置平面與水平面的夾角，測出太陽高度角； 托板，用于將所述太陽直接輻射表、四象限光平衡傳感器、角度傳感器固定于同一平面，所述托板上利用支柱固定有用于安裝所述太陽總輻射表I和太陽總輻射表II的托盤，以及用于遮擋太陽直輻射光、使所述太陽總輻射表II總是處在陰影中的遮光黑體球； 微機控制器，用于接收四象限光平衡傳感器的信號，向托板的驅動裝置發(fā)出控制指令使其帶動托板在垂直方向或水平方向轉動，并根據(jù)太陽直接輻射表的測量數(shù)據(jù)計算出太陽日照時間； 太陽輻射記錄儀，用于記錄太陽總輻射表1、太陽總輻射表I1、太陽直接輻射表、角度傳感器和微機控制器傳送的測量數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽五要素自動測量裝置，其特征是:所述托板下方固定有臺架，所述臺架下方支撐有主體，所述主體下方設有底座，所述托板的驅動裝置包括裝設于所述底座內的水平電機和齒輪箱1、裝設于所述主體內的俯仰電機和齒輪箱II，所述齒輪箱I的輸出軸與所述主體底部緊固連接，所述齒輪箱II的輸出軸與所述臺架緊固連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽五要素自動測量裝置，其特征是:所述四象限光平衡傳感器由粗調光平衡傳感器和細調光平衡傳感器組成。
【文檔編號】G01D21/02GK203981212SQ201420385642
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】聞寶民, 朱桂萍, 何新, 畢麗佳, 黃文
申請人:聞寶民