CN114636470B - 一种氙灯辐照度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氙灯辐照度测量装置，包括：光伏板、采样及模数转换模块、数据处理模块和用于为氙灯辐照度测量装置供电的电源模块；本发明能够测量光伏板所产生的采样电能，再通过预设的换算比例进行换算，以测量得出作为光伏板所处试验环境唯一光源的受测氙灯的辐照度，由于是利用光伏板的光生伏特特性进行测量，而光伏板的响应频段与氙灯的光谱曲线高度重叠，即：氙灯在300nm～800nm是主要的发光能量区间，而光伏板在此段波长范围内有很好的响应度，因此，本发明测量得到的辐照度是受测氙灯全光谱的总体辐照度，相比于现有技术中仅基于氙灯单个频率进行辐照度测量，具有测量误差小、精准度高的优点，并且，本发明能够实时测量得出受测氙灯的辐照度。
Description
技术领域
本发明涉及辐照度测量装置，具体的说是一种氙灯辐照度测量装置。
背景技术
氙灯是目前公认的对太阳光模拟应用最为广泛的人工老化光源。氙灯老化试验箱是利用氙灯作为人工光源，对高分子材料进行照射，从而模拟高分子材料在自然环境中的老化过程，此方法为目前主流的老化试验方法之一，广泛应用于汽车、建材、光伏、涂料、塑料、纺织等多个行业。
氙灯老化试验主要的参数控制关键节点和难点在于光照强度，即氙灯光源的辐照度及总辐照量的测量。因为氙灯光源的生产一直受制于国外，存在一定的技术壁垒因此，目前国内没有合适的计量方法对氙灯光源进行计量。
关于氙灯辐照度检测，目前有不少太阳光辐照度探测器的方案，但是专门针对氙灯辐照度测量的方案较少，目前针对太阳光辐照度测量方法是利用光电二极管，通过光电效应原理从而测量出光源辐照度。而氙灯辐照度测量目前采用较多的是利用校准光管进行辐照度标定。
上述辐照度测量方法存在如下缺点：
由于氙灯试验设备氙灯发出的辐照度较强，往往大于太阳光照射到地面时的辐照度，但由于太阳光辐照度计测量范围小，其不能够直接对氙灯设备进行测量。
利用校准光管对常用的辐照度进行校准，这个方法通过对标准灯管不同的工作功率对工作灯管的辐照度进行标定，这是一个间接的方法并且不能实时对氙灯辐照度进行测量。
上述两种辐照度测量方法，都能做到了对氙灯辐照度的大致测量，但存在操作不方便快捷，测量精度不高，且不便于溯源，应用性不高，不能满足实际使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氙灯辐照度测量装置，以解决现有辐照度测量方式，存在测量范围不能满足氙灯辐照度测量、不能实现氙灯辐照度的实时测量的问题。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种氙灯辐照度测量装置，其特征在于，包括：光伏板、采样及模数转换模块、数据处理模块和用于为氙灯辐照度测量装置供电的电源模块；所述数据处理模块能够通过所述采样及模数转换模块按预设的采样频率和采样时长对所述光伏板输出的电压信号进行采样，以计算得到对应于所述光伏板在采样时长内所产生电能的采样信号累计值，记为采样电能；并且，所述数据处理模块能够根据预设的换算比例将所述采样电能换算为所述光伏板所处试验环境的辐照度，其中，所述试验环境仅以受测氙灯作为光源。
从而，本发明能够测量光伏板所产生的采样电能，再通过预设的换算比例进行换算，以测量得出作为光伏板所处试验环境唯一光源的受测氙灯的辐照度，由于是利用光伏板的光生伏特特性进行测量，而光伏板的响应频段与氙灯的光谱曲线高度重叠(即：氙灯在300nm～800nm是主要的发光能量区间，而光伏板在此段波长范围内有很好的响应度)，因此，本发明测量得到的辐照度是受测氙灯全光谱的总体辐照度，相比于现有技术中仅基于氙灯单个频率进行辐照度测量，具有测量误差小、精准度高的优点，并且，本发明能够实时测量得出受测氙灯的辐照度。
其中，所述换算比例通过将所述氙灯辐照度测量装置置于标准试验环境中进行标定得出，所述标准试验环境是以辐照度已知的标准氙灯作为光源的试验环境。
优选的：参见图2，所述采样及模数转换模块包括用于与所述光伏板的电压输出端连接的光伏板接口P3，该光伏板接口P3的第1端子与第2端子之间连接有由电容C7和电阻R17组成的并联支路，该光伏板接口P3的第1端子通过电阻R18连接型号为CS5530的模数转换器U3的第1引脚，模数转换器U3的第2引脚通过电阻R19连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第3引脚通过电容C9连接模数转换器U3的第4引脚，模数转换器U3的第5引脚连接由所述电源模块提供的5V直流电并通过由电阻R5和电阻R33的串联支路与电容C8组成并联支路连接模数转换器U3的第6引脚，且电阻R5和电阻R33的连接点连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第9引脚与第10引脚之间连接有晶振Y4，且该晶振Y4的两端分别通过电容C14和电容C15接地，模数转换器U3的第11引脚至第14引脚分别连接所述数据处理模块的相应端子，模数转换器U3的第15引脚分为两路，一路通过电容C10接地，另一路与模数转换器U3的第18引脚连接后连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接所述5V直流电并通过电容C11接地，模数转换器U3的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚均接地。从而，能够进一步提高氙灯辐照度测量装置的测量准确性。
优选的：参见图2，所述数据处理模块采用型号为STC89C516RD+的单片机U1及其***电路组成。其中，通过编程口P4对单片机U1的内部程序进行设置，可以对所述采样频率和采样时长进行调整。
优选的：参见图3，所述电源模块采用型号为MT3608的电源管理芯片U2及其***电路组成。其中，该电源模块的电源开关P5用于控制氙灯辐照度测量装置的通断电，该电源模块的干电池接口P1用于连接干电池，该电源模块的通电指示接口D4用于连接电源通电指示LED灯。
作为本发明的优选实施方式：如图1至图5所示，所述氙灯辐照度测量装置还包括数据记录模块和塑料外壳；所述数据处理模块换算得到的辐照度数据输出到所述数据记录模块中进行保存；所述光伏板、采样及模数转换模块、数据处理模块、电源模块和数据记录模块均集成在所述塑料外壳内，且所述光伏板在所述塑料外壳的正面露出。
从而，本发明采用数据记录模块进行辐照度数据保存，能够实时记录被测氙灯的辐照度测量数据，以便于进行溯源；且本发明能够将光伏板、采样及模数转换模块、数据处理模块、电源模块和数据记录模块均集成在塑料外壳内，其结构紧凑体积小，可测量不同形式的氙灯设备，亦可以测量氙灯设备中不同位置光照强度，适合大部分氙灯试验设备。
优选的：参见图2，所述数据记录模块采用型号为CH376S的文件管理控制芯片U4及其***电路组成。从而，用户可以将U盘插接到所述数据记录模块的USB接口P2进行测量数据保存。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明能够测量光伏板所产生的采样电能，再通过预设的换算比例进行换算，以测量得出作为光伏板所处试验环境唯一光源的受测氙灯的辐照度，由于是利用光伏板的光生伏特特性进行测量，而光伏板的响应频段与氙灯的光谱曲线高度重叠(即：氙灯在300nm～800nm是主要的发光能量区间，而光伏板在此段波长范围内有很好的响应度)，因此，本发明测量得到的辐照度是受测氙灯全光谱的总体辐照度，相比于现有技术中仅基于氙灯单个频率进行辐照度测量，具有测量误差小、精准度高的优点，并且，本发明能够实时测量得出受测氙灯的辐照度。
第二，本发明采用数据记录模块进行辐照度数据保存，能够实时记录被测氙灯的辐照度测量数据，以便于进行溯源；且本发明能够将光伏板、采样及模数转换模块、数据处理模块、电源模块和数据记录模块均集成在塑料外壳内，其结构紧凑体积小，可测量不同形式的氙灯设备，亦可以测量氙灯设备中不同位置光照强度，适合大部分氙灯试验设备。
第三，本发明具有易于操作、可靠性高、设备一致性好的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的氙灯辐照度测量装置的电路原理框图；
图2为本发明中采样及模数转换模块、数据处理模块和的电路原理图；
图3为本发明中电源模块的电路原理图；
图4为本发明中塑料外壳的正面示意图；
图5为本发明中塑料外壳的背面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1至图3所示，本发明公开的是一种氙灯辐照度测量装置，包括：光伏板1、采样及模数转换模块2、数据处理模块3和用于为氙灯辐照度测量装置供电的电源模块4；所述数据处理模块3能够通过所述采样及模数转换模块2按预设的采样频率和采样时长对所述光伏板1输出的电压信号进行采样，以计算得到对应于所述光伏板1在采样时长内所产生电能的采样信号累计值，记为采样电能；并且，所述数据处理模块3能够根据预设的换算比例将所述采样电能换算为所述光伏板1所处试验环境的辐照度，其中，所述试验环境仅以受测氙灯作为光源。
从而，本发明能够测量光伏板1所产生的采样电能，再通过预设的换算比例进行换算，以测量得出作为光伏板1所处试验环境唯一光源的受测氙灯的辐照度，由于是利用光伏板1的光生伏特特性进行测量，而光伏板1的响应频段与氙灯的光谱曲线高度重叠(即：氙灯在300nm～800nm是主要的发光能量区间，而光伏板在此段波长范围内有很好的响应度)，因此，本发明测量得到的辐照度是受测氙灯全光谱的总体辐照度，相比于现有技术中仅基于氙灯单个频率进行辐照度测量，具有测量误差小、精准度高的优点，并且，本发明能够实时测量得出受测氙灯的辐照度。
其中，所述换算比例通过将所述氙灯辐照度测量装置置于标准试验环境中进行标定得出，所述标准试验环境是以辐照度已知的标准氙灯作为光源的试验环境。
以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
优选的：参见图2，所述采样及模数转换模块2包括用于与所述光伏板1的电压输出端连接的光伏板接口P3，该光伏板接口P3的第1端子与第2端子之间连接有由电容C7和电阻R17组成的并联支路，该光伏板接口P3的第1端子通过电阻R18连接型号为CS5530的模数转换器U3的第1引脚，模数转换器U3的第2引脚通过电阻R19连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第3引脚通过电容C9连接模数转换器U3的第4引脚，模数转换器U3的第5引脚连接由所述电源模块4提供的5V直流电并通过由电阻R5和电阻R33的串联支路与电容C8组成并联支路连接模数转换器U3的第6引脚，且电阻R5和电阻R33的连接点连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第9引脚与第10引脚之间连接有晶振Y4，且该晶振Y4的两端分别通过电容C14和电容C15接地，模数转换器U3的第11引脚至第14引脚分别连接所述数据处理模块3的相应端子，模数转换器U3的第15引脚分为两路，一路通过电容C10接地，另一路与模数转换器U3的第18引脚连接后连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接所述5V直流电并通过电容C11接地，模数转换器U3的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚均接地。从而，能够进一步提高氙灯辐照度测量装置的测量准确性。
优选的：参见图2，所述数据处理模块3采用型号为STC89C516RD+的单片机U1及其***电路组成。其中，通过编程口P4对单片机U1的内部程序进行设置，可以对所述采样频率和采样时长进行调整。
优选的：参见图3，所述电源模块4采用型号为MT3608的电源管理芯片U2及其***电路组成。其中，该电源模块4的电源开关P5用于控制氙灯辐照度测量装置的通断电，该电源模块4的干电池接口P1用于连接干电池，该电源模块4的通电指示接口D4用于连接电源通电指示LED灯。
实施例二
在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
如图1至图5所示，所述氙灯辐照度测量装置还包括数据记录模块5和塑料外壳6；所述数据处理模块3换算得到的辐照度数据输出到所述数据记录模块5中进行保存；所述光伏板1、采样及模数转换模块2、数据处理模块3、电源模块4和数据记录模块5均集成在所述塑料外壳6内，且所述光伏板1在所述塑料外壳6的正面露出。
从而，本发明采用数据记录模块5进行辐照度数据保存，能够实时记录被测氙灯的辐照度测量数据，以便于进行溯源；且本发明能够将光伏板1、采样及模数转换模块2、数据处理模块3、电源模块4和数据记录模块5均集成在塑料外壳6内，其结构紧凑体积小，可测量不同形式的氙灯设备，亦可以测量氙灯设备中不同位置光照强度，适合大部分氙灯试验设备。
以上为本实施例二的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
优选的：参见图2，所述数据记录模块5采用型号为CH376S的文件管理控制芯片U4及其***电路组成。从而，用户可以将U盘插接到所述数据记录模块5的USB接口P2进行测量数据保存。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种氙灯辐照度测量装置，其特征在于，包括：光伏板(1)、采样及模数转换模块(2)、数据处理模块(3)和用于为氙灯辐照度测量装置供电的电源模块(4)；所述数据处理模块(3)能够通过所述采样及模数转换模块(2)按预设的采样频率和采样时长对所述光伏板(1)输出的电压信号进行采样，以计算得到对应于所述光伏板(1)在采样时长内所产生电能的采样信号累计值，记为采样电能；并且，所述数据处理模块(3)能够根据预设的换算比例将所述采样电能换算为所述光伏板(1)所处试验环境的辐照度，其中，所述试验环境仅以受测氙灯作为光源；
所述采样及模数转换模块(2)包括用于与所述光伏板(1)的电压输出端连接的光伏板接口P3，该光伏板接口P3的第1端子与第2端子之间连接有由电容C7和电阻R17组成的并联支路，该光伏板接口P3的第1端子通过电阻R18连接型号为CS5530的模数转换器U3的第1引脚，模数转换器U3的第2引脚通过电阻R19连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第3引脚通过电容C9连接模数转换器U3的第4引脚，模数转换器U3的第5引脚连接由所述电源模块(4)提供的5V直流电并通过由电阻R5和电阻R33的串联支路与电容C8组成并联支路连接模数转换器U3的第6引脚，且电阻R5和电阻R33的连接点连接光伏板接口P3的第2端子，模数转换器U3的第9引脚与第10引脚之间连接有晶振Y4，且该晶振Y4的两端分别通过电容C14和电容C15接地，模数转换器U3的第11引脚至第14引脚分别连接所述数据处理模块(3)的相应端子，模数转换器U3的第15引脚分为两路，一路通过电容C10接地，另一路与模数转换器U3的第18引脚连接后连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接所述5V直流电并通过电容C11接地，模数转换器U3的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚均接地。
2.根据权利要求1所述氙灯辐照度测量装置，其特征在于：所述换算比例通过将所述氙灯辐照度测量装置置于标准试验环境中进行标定得出，所述标准试验环境是以辐照度已知的标准氙灯作为光源的试验环境。
3.根据权利要求1或2所述氙灯辐照度测量装置，其特征在于：所述数据处理模块(3)采用型号为STC89C516RD+的单片机U1及其***电路组成。
4.根据权利要求1或2所述氙灯辐照度测量装置，其特征在于：所述电源模块(4)采用型号为MT3608的电源管理芯片U2及其***电路组成。
5.根据权利要求1或2所述氙灯辐照度测量装置，其特征在于：所述氙灯辐照度测量装置还包括数据记录模块(5)和塑料外壳(6)；所述数据处理模块(3)换算得到的辐照度数据输出到所述数据记录模块(5)中进行保存；所述光伏板(1)、采样及模数转换模块(2)、数据处理模块(3)、电源模块(4)和数据记录模块(5)均集成在所述塑料外壳(6)内，且所述光伏板(1)在所述塑料外壳(6)的正面露出。
6.根据权利要求1或2所述氙灯辐照度测量装置，其特征在于：所述数据记录模块(5)采用型号为CH376S的文件管理控制芯片U4及其***电路组成。
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