CN206583530U - 旋转式光辐射测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光检测技术领域，尤其涉及一种旋转式光辐射测量***。本实用新型提供的旋转式光辐射测量***设置有一水平横臂，水平横臂具有为平面的上表面，第一光辐射传感器安装在水平横臂上，其受辐射面的朝向向上并与上表面垂直。水平横臂上还安装有用于检测上表面是否水平的第一水平仪，确保第一光辐射传感器的受辐射面保持水平，从而保证了光辐射测量精度。

Description

旋转式光辐射测量***

技术领域

本实用新型涉及光检测技术领域，尤其涉及一种旋转式光辐射测量***。

背景技术

Irradiance RSR2旋转式光辐射测量***在1990年开发完成，1991年开始投入市场使用，原厂家再也没有改进过，存在的技术问题如下：

问题1、安装在支架上的光辐射探头倾斜，导致测量数据不精确，影响到数据的测量精度；

问题2、产品的材质表面使用的是烤漆，存在安装过程中或者是野外使用过程中烤漆脱落造成支架的金属材料腐蚀的问题，影响美观；

问题3、产品的控制电路部分部件繁多，安装繁琐，容易出现故障，增加故障率；

问题4、光辐射探头没有完全的暗线槽的保护，且传感器线缆暴露在阳光的直接照射下容易老化，从而增大探头故障率；

问题5、没有设计斜面辐射探头的安装配件，不能满足斜面多探头测量的需要；

问题6、线缆不能采用航空插头，在野外使用过程中不能有效保护采集***的密封性和安装、拆卸的灵活性；

问题7、只能使用格林威治时间，不利于在国内的使用，为时区转换带来麻烦。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种旋转式光辐射测量***，以解决现有技术的光辐射测量***由于光辐射探头倾斜导致测量数据不精确的问题。本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

一种旋转式光辐射测量***，包括底座、数据采集器和第一光辐射测量单元，所述第一光辐射测量单元包括水平横臂、遮光机构和第一光辐射传感器，所述水平横臂和遮光机构安装在所述底座上；

所述水平横臂具有为平面的上表面，所述第一光辐射传感器安装在所述水平横臂上，其受辐射面的朝向向上并与所述上表面垂直；所述水平横臂上还安装有用于检测所述上表面是否水平的第一水平仪；

所述遮光机构包括遮光环和控制机构，所述遮光环通过第一转轴安装在所述控制机构上，所述控制机构能够通过所述第一转轴驱动所述遮光环旋转；

所述遮光环被配置为在一天中的任何时刻当所述遮光环旋转到合适位置时，所述遮光环均可遮挡住由太阳直射到所述第一光辐射传感器的受辐射面上的光；

所述数据采集器与所述第一光辐射传感器连接，用于接收所述第一光辐射传感器的测量信号。

进一步地，所述水平横臂上开设有凹槽，所述第一光辐射传感器嵌入所述凹槽内。

进一步地，所述光辐射测量***还包括至少一个第二光辐射测量单元；所述第二光辐射测量单元包括第二光辐射传感器、支架和角度尺；

所述角度尺安装在所述底座上，所述支架通过第二转轴安装在所述角度尺上，所述第二光辐射传感器安装在所述支架上，所述支架可绕所述第二转轴旋转，使安装在所述支架上的第二光辐射传感器的受辐射面改变朝向；

所述支架上设有标识线，所述标识线为直线；所述第二光辐射传感器的受辐射面的朝向与所述标识线的指向一致，且所述标识线所在的直线穿过所述第二转轴的轴心；

所述角度尺用于通过测量所述标识线的倾角来测量所述第二光辐射传感器的受辐射面的朝向的倾角；

所述角度尺上安装有用于检测所述角度尺是否水平的第二水平仪；

所述第二光辐射传感器与所述数据采集器连接，用于将其测量信号发送到所述数据采集器。

进一步地，所述支架为铝合金材质，其表面经磨砂处理；所述旋转式光辐射测量***中各固定螺丝均采用304不锈钢材质。

进一步地，所述控制机构包括腔体和安装在所述腔体内的控制部分；所述控制部分包括电路板和与所述电路板连接的电机；所述电机与所述第一转轴连接，用于在所述电路板的控制下驱动所述第一转轴转动。

进一步地，所述第一光辐射传感器与所述数据采集器之间通过线缆连接，所述水平横臂和底座上均设有用于将所述线缆埋设其中的线槽。

进一步地，所述电机通过单独的线缆进行供电及控制。

进一步地，所述旋转式光辐射测量***还包括太阳能供电单元。

进一步地，所述旋转式光辐射测量***还包括通讯单元，所述通讯单元支持有线和无线两种通信方式。

进一步地，所述旋转式光辐射测量***还包括与所述数据采集器连接的温湿度传感器、气压传感器、云量测量雷达和风速风向传感器中的至少一个。

与现有技术相比，本实用新型提供的旋转式光辐射测量***设置有一水平横臂，所述水平横臂具有为平面的上表面，所述第一光辐射传感器安装在所述水平横臂上，其受辐射面的朝向向上并与所述上表面垂直。所述水平横臂上还安装有用于检测所述上表面是否水平的第一水平仪，确保第一光辐射传感器的受辐射面保持水平，从而保证了光辐射测量精度。

附图说明

图1：本实用新型实施例1提供的旋转式光辐射测量***的剖面结构示意图；

图2：本实用新型实施例1提供的旋转式光辐射测量***的立体结构示意图；

图3：本实用新型实施例2提供的旋转式光辐射测量***的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，也可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

光辐射测量所基于的基本原理如下：

从太阳盘面直接照射到与光路正交的表面的辐射称作直接辐射，简写为 DNI。在大气中散射的直接到达地面的辐射称为散射辐射，简写为DHI。散射辐射的测量在水平面上进行，太阳的DHI和DNI到达水平表面的部分之和称为总水平辐射，通常简称为总辐射，简写为GHI。DNI入射方向与天顶方向之间的夹角称为天顶角。在日出和日落时天顶角为90度，没有直射辐射到达水平面。基于上述说明，设天顶角为θ，光辐射测量方程涉及的三个辐射参数之间的关系式为：

GHI＝DHI+DNI×COS(θ)。

这个关系式就是本实用新型测量光辐射的运行原理。分别测量GHI和DHI，并基于测量的时刻、日期和该旋转式光辐射测量***的位置(经纬度)计算测量时刻的天顶角(无论是几何角还是视天顶角)的余弦，然后利用上述关系式计算出DNI。

基于上述原理，本实用新型实施例提供了一种旋转式光辐射测量***。结合图1及图2所示，该旋转式光辐射测量***包括底座2、数据采集器19和第一光辐射测量单元。第一光辐射测量单元包括水平横臂4、遮光机构7和第一光辐射传感器6，水平横臂4和遮光机构7安装在底座2上。

水平横臂4具有为平面的上表面401，第一光辐射传感器6安装在水平横臂4上，其受辐射面的朝向向上并与上表面401垂直。水平横臂4上还安装有用于检测上表面401是否水平的第一水平仪402。由于第一光辐射传感器6的受辐射面的朝向向上，且与上表面401垂直，因此，可通过第一水平仪402确保水平横臂4安装好后其上表面401水平，从而使安装在水平横臂4上的第一光辐射传感器6的受辐射面竖直向上。第一水平仪402可直接安装在水平横臂 4的上表面401上，也可嵌入水平横臂4中，第一水平仪402可采用水平泡/水准跑。

遮光机构7通过第三支撑架12安装在底座2上。遮光机构7包括遮光环702和控制机构701，遮光环702通过第一转轴703安装在控制机构701上，控制机构701能够通过第一转轴703驱动遮光环702旋转。

遮光环被配置为在一天中的任何时刻当遮光环旋转到合适位置时，遮光环均可遮挡住由太阳直射到第一光辐射传感器6的受辐射面上的光。可参考测量地点的太阳轨迹来安装遮光机构7，以控制遮光环的遮光范围，

遮光机构7的作用是，在需要测量某一时刻第一光辐射传感器6的受辐射面受到的散射辐射时，通过控制机构701控制遮光环702旋转，使遮光环702 在该时刻遮挡住太阳直接照射到第一光辐射传感器6的受辐射面上的光，从而使该时刻第一光辐射传感器6的受辐射面只受到散射辐射；在测量某一时刻第一光辐射传感器6的受辐射面受到的总辐射时，通过控制机构701控制遮光环 702旋转，使遮光环702在该时刻不遮挡太阳直接照射到第一光辐射传感器6 的受辐射面上的光，使该时刻第一光辐射传感器6的受辐射面同时受到直接辐射和散射辐射。

根据关系式GHI＝DHI+DNI×COS(θ)，某一时刻的DNI根据该时刻的GHI、 DHI和θ得到。该时刻的θ可根据该时刻的具体时刻、日期以及测量地点的经纬度得到。该时刻的GHI、DHI不可能同时得到，然而，可将该时刻所在的一个预设时段内多次测量的GHI平均值和DHI平均值作为该时刻的GHI和DHI，这样也避免偶然因素对测量数据的影响，更为准确。

数据采集器19与第一光辐射传感器6连接，用于接收第一光辐射传感器6 的测量信号。

作为本实施例的一种优选实施方式，水平横臂4上开设有凹槽403，第一光辐射传感器6嵌入凹槽403内。这样可使第一光辐射传感器6固定更牢固，防止其受辐射面偏斜。

为降低或避免野外使用时受到的腐蚀影响，支架9采用铝合金材质，其表面经磨砂处理，同时，旋转式光辐射测量***中各固定螺丝也均采用304不锈钢材质，确保在安装过程中或者是野外使用过程中金属表面不会被腐蚀，并且美观大方。

控制机构701还包括腔体和安装在腔体内的控制部分。控制部分包括电路板和与电路板连接的电机。电机与第一转轴703连接，用于在电路板的控制下驱动第一转轴703转动。将控制功能集成到一块电路板中，将电路板和电机安装在密封的腔体内，极大简化了电路控制，减少了故障率，提高了***运行的稳定性。同时，还可增加一盖体704用于盖住腔体，防水防尘，也方便对控制部分的拆卸维修。

第一光辐射传感器6与数据采集器19之间通过线缆连接，水平横臂4和底座2上均设有用于将线缆埋设其中的线槽5。水平横臂4可通过第一支撑架3 连接在底座2上。在第一支撑架3上也可以设线槽5，线缆依次沿水平横臂4、第一支撑架3和底座2上的线槽5埋设，埋设后还可进一步密封线槽5，从而保护线缆，减缓线缆的老化，减少线缆故障。

光辐射测量***还包括至少一个第二光辐射测量单元。第二光辐射测量单元包括第二光辐射传感器8、支架9和角度尺10，角度尺10安装在底座2上。

角度尺10可通过第二支撑架14安装在底座2上，支架9通过第二转轴11 安装在角度尺10上，第二光辐射传感器8安装在支架9上，支架9可绕第二转轴11旋转，使安装在支架9上的第二光辐射传感器8的受辐射面改变朝向。

支架9上设有标识线901，标识线901为直线。标识线901所在的直线穿过第二转轴11的轴心。安装第二光辐射传感器8时，使第二光辐射传感器8 的受辐射面的朝向与标识线901的指向一致。这样，标识线901的倾角就是第二光辐射传感器8的受辐射面的朝向的倾角。可通过角度尺10测量标识线901 的倾角，来测量第二光辐射传感器8的受辐射面的朝向的倾角。

为确保角度尺10的水平，在角度尺10上还安装有用于检测角度尺10是否水平的第二水平仪13，从而保证了对第二光辐射传感器8的受辐射面的朝向的倾角的测量精确度。第二水平仪13也可采用水平泡/水准跑。

第二光辐射传感器8与数据采集器19连接，用于将其测量信号发送到数据采集器19。

第二光辐射测量单元可设置2至3个，满足多探头测量多个倾角的需要。

电机通过单独的线缆进行供电及控制。单独的一根线缆很方便连接航空插头，在野外使用过程中能有效确保密封性和安装、拆卸的灵活性。

如图3所示，实施例2提供的旋转式光辐射测量***在实施例1的基础上还包括太阳能供电单元，太阳能供电单元包括太阳能电池板15、充电控制器和蓄电池，太阳能电池板15通过充电器与蓄电池连接，太阳能电池板15将太阳能转化为电能，并通过充电控制器将电能存储到蓄电池内，蓄电池用于为整个测量***供电，例如为数据采集器19和控制机构701供电。

旋转式光辐射测量***还包括通讯单元，通讯单元支持有线和无线两种通信方式，例如GPRS、3G、4G、电台、光纤通讯、卫星通讯等。充电控制器和蓄电池安装在一箱体16内，数据采集器19和通讯单元也安装在该箱体16内，通过箱体16对数据采集器19、充电控制器、通讯单元和蓄电池起到保护作用。

旋转式光辐射测量***还包括与数据采集器19连接的温湿度传感器、气压传感器、云量测量雷达、风速风向传感器、雨量桶/雨量传感器等，也可包括其中的至少一个或多个。温湿度传感器、气压传感器、云量测量雷达和风速风向传感器通称气象要素传感器，可对当前大气环境中的相应气象要素进行测量，相关测量结果可作为计算DNI的进一步参考依据，从而提高DNI的测量准确性。

底座2上可安装一套筒1，将套筒1套接在套管17上，从而将底座2安装在套管17上，在套管17上还安装有温湿度传感器的防辐射罩18。该测量***中的第一光辐射传感器6、第二光辐射传感器8、遮光结构等可安装在塔架顶部，也可安装在地面或屋顶上等。

该测量***成本低，运行稳定，可以大面积推广和应用，出现故障可以及时维修，同时可以使用格林威治时间和北京时间，并在格林威治时间与北京时间之间自由切换，利于数据的统计和分析。

最后应说明的是：上述各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换。而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种旋转式光辐射测量***，其特征在于，包括底座、数据采集器和第一光辐射测量单元，所述第一光辐射测量单元包括水平横臂、遮光机构和第一光辐射传感器，所述水平横臂和遮光机构安装在所述底座上；

所述水平横臂具有为平面的上表面，所述第一光辐射传感器安装在所述水平横臂上，其受辐射面的朝向向上并与所述上表面垂直；所述水平横臂上还安装有用于检测所述上表面是否水平的第一水平仪；

所述遮光机构包括遮光环和控制机构，所述遮光环通过第一转轴安装在所述控制机构上，所述控制机构能够通过所述第一转轴驱动所述遮光环旋转；

所述遮光环被配置为在一天中的任何时刻当所述遮光环旋转到合适位置时，所述遮光环均可遮挡住由太阳直射到所述第一光辐射传感器的受辐射面上的光；

所述数据采集器与所述第一光辐射传感器连接，用于接收所述第一光辐射传感器的测量信号。

2.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述水平横臂上开设有凹槽，所述第一光辐射传感器嵌入所述凹槽内。

3.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述光辐射测量***还包括至少一个第二光辐射测量单元；所述第二光辐射测量单元包括第二光辐射传感器、支架和角度尺；

所述角度尺安装在所述底座上，所述支架通过第二转轴安装在所述角度尺上，所述第二光辐射传感器安装在所述支架上，所述支架可绕所述第二转轴旋转，使安装在所述支架上的第二光辐射传感器的受辐射面改变朝向；

所述支架上设有标识线，所述标识线为直线；所述第二光辐射传感器的受辐射面的朝向与所述标识线的指向一致，且所述标识线所在的直线穿过所述第二转轴的轴心；

所述角度尺用于通过测量所述标识线的倾角来测量所述第二光辐射传感器的受辐射面的朝向的倾角；

所述角度尺上安装有用于检测所述角度尺是否水平的第二水平仪；

所述第二光辐射传感器与所述数据采集器连接，用于将其测量信号发送到所述数据采集器。

4.如权利要求3所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述支架为铝合金材质，其表面经磨砂处理；所述旋转式光辐射测量***中各固定螺丝均采用304不锈钢材质。

5.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述控制机构包括腔体和安装在所述腔体内的控制部分；所述控制部分包括电路板和与所述电路板连接的电机；所述电机与所述第一转轴连接，用于在所述电路板的控制下驱动所述第一转轴转动。

6.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述第一光辐射传感器与所述数据采集器之间通过线缆连接，所述水平横臂和底座上均设有用于将所述线缆埋设其中的线槽。

7.如权利要求5所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述电机通过单独的线缆进行供电及控制。

8.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述旋转式光辐射测量***还包括太阳能供电单元。

9.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述旋转式光辐射测量***还包括通讯单元，所述通讯单元支持有线和无线两种通信方式。

10.如权利要求1所述的旋转式光辐射测量***，其特征在于，所述旋转式光辐射测量***还包括与所述数据采集器连接的温湿度传感器、气压传感器、云量测量雷达和风速风向传感器中的至少一个。