本發(fā)明涉及氣象探測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置。

背景技術(shù)：

世界氣象組織對日照時數(shù)的定義是太陽直接輻射值達(dá)到或超過120w/m²的各段時間的總和，以小時為單位，取一位小數(shù)。傳統(tǒng)的日照時數(shù)測量裝置將直接輻射作為測試對象，采用昂貴的直接輻射表和高精度太陽跟蹤裝置配合工作，雖然實現(xiàn)了日照時數(shù)的高精度測量，但是測量成本高且對測量場地有嚴(yán)苛要求。

隨著我國光電探測器件的迅猛發(fā)展，光電日照計應(yīng)運而生，光電日照計相比傳統(tǒng)的日照時數(shù)測量裝置，以其具有的測量精度高、適用范圍廣、安全可靠性好、成本與養(yǎng)護費用低等優(yōu)點，越來越多的應(yīng)用于日照時數(shù)的野外測量工作中。

光電日照計的校準(zhǔn)是其實現(xiàn)日照時數(shù)高精度測量的關(guān)鍵步驟，也是受自然環(huán)境影響最大的環(huán)節(jié)。尤其是在雨節(jié)、雪季、陰天、半陰天等惡劣天氣時，光電日照計的外場校準(zhǔn)無法實現(xiàn)連續(xù)工作，造成測試數(shù)據(jù)不具有聯(lián)系性，大大降低光電日照計的測量精度，延長了光電日照計的生產(chǎn)周期，阻礙了光電日照計的大批量高效率生產(chǎn)。

為了滿足光電日照計的高精度校準(zhǔn)要求，需要一種不受自然環(huán)境影響，可在實驗室條件下對光電日照計進行高精度校準(zhǔn)的裝置，且校準(zhǔn)裝置應(yīng)具有模擬參數(shù)精度高、工作連續(xù)可靠、操作簡便等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題設(shè)計一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置。針對不同太陽輻照情況，通過調(diào)整太陽模擬器的氙燈光源輸出亮度和積分球的內(nèi)部光源亮度實現(xiàn)不同太陽輻照度的模擬，利用多維工作臺調(diào)整光電日照計與積分球球心的相對位置，以實現(xiàn)不同的太陽輻射角度模擬。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，由積分球系統(tǒng)、太陽模擬器、吸光陷阱和多維工作臺組成。其中，積分球系統(tǒng)包括第一半圓形球體、第二半圓形球體、內(nèi)部光源組件、監(jiān)控裝置、吸光陷阱接口、太陽模擬器接口和積分球支架；太陽模擬器包括氙燈光源、會聚光學(xué)系統(tǒng)、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；吸光陷阱包括第一吸光半球、第二吸光半球和吸光陷阱支架；多維工作臺包括方位調(diào)節(jié)機構(gòu)、俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)和轉(zhuǎn)接機構(gòu)。其中，內(nèi)部光源組件包括第一內(nèi)部光源、第二內(nèi)部光源、第三內(nèi)部光源、第四內(nèi)部光源、第五內(nèi)部光源、第六內(nèi)部光源、第七內(nèi)部光源、第八內(nèi)部光源、第九內(nèi)部光源、第十內(nèi)部光源、第十一內(nèi)部光源、第十二內(nèi)部光源、第十三內(nèi)部光源、第十四內(nèi)部光源、第十五內(nèi)部光源、第十六內(nèi)部光源、第十七內(nèi)部光源、第十八內(nèi)部光源、第十九內(nèi)部光源、第二十內(nèi)部光源、第二十一內(nèi)部光源、第二十二內(nèi)部光源、第二十三內(nèi)部光源和第二十四內(nèi)部光源。

積分球系統(tǒng)的第一半圓形球體和第二半圓形球體通過積分球支架置于地面，積分球系統(tǒng)與吸光陷阱通過吸光陷阱接口連接，吸光陷阱接口置于積分球系統(tǒng)的第二半圓形球體側(cè)壁中心；吸光陷阱通過吸光陷阱支架置于地面；在積分球系統(tǒng)的第一半圓形球體側(cè)壁中心設(shè)置太陽模擬器接口，用于連接太陽模擬器，太陽模擬器發(fā)出準(zhǔn)直光束中心與待測光電日照計的感光區(qū)域中心重合，同時，太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束的中心與吸光陷阱接口的中心同軸且重合，從而吸光陷阱可充分吸收太陽模擬器發(fā)出的殘留光線和陰影；待測光電日照計通過多維工作臺置于積分球系統(tǒng)內(nèi)部，多維工作臺的方位調(diào)節(jié)機構(gòu)可使待測光電日照計的第一敏感區(qū)、第二敏感區(qū)和第三敏感區(qū)同時繞積分球系統(tǒng)軸線實現(xiàn)±180°旋轉(zhuǎn)，多維工作臺的俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)可使待測光電日照計的第一敏感區(qū)、第二敏感區(qū)和第三敏感區(qū)同時繞積分球系統(tǒng)球心實現(xiàn)±30°旋轉(zhuǎn)， 從而實現(xiàn)不同時刻下的太陽輻照模擬。

如上所述的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，其中，

積分球系統(tǒng)的球體直徑為2000mm，由第一半圓形球體和第二半圓形球體組成。

在第一半圓形球體側(cè)壁中心設(shè)置太陽模擬器接口，用于連接太陽模擬器，太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束的光軸與第一半圓形球體的中心軸線重合。同時，在第一半圓形球體側(cè)壁均布十二個內(nèi)部光源，分別為第一內(nèi)部光源、第二內(nèi)部光源、第三內(nèi)部光源、第四內(nèi)部光源、第五內(nèi)部光源、第六內(nèi)部光源、第七內(nèi)部光源、第八內(nèi)部光源、第九內(nèi)部光源、第十內(nèi)部光源、第十一內(nèi)部光源和第十二內(nèi)部光源，用來提供均勻的太陽輻照環(huán)境，以模擬太陽的散射輻射。

在第二半圓形球體側(cè)壁中心設(shè)置吸光陷阱接口，用于連接吸光陷阱，吸光陷阱接口的中心與太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束的光軸重合，用于吸收太陽模擬器發(fā)出的殘留光線和陰影。同時，在第二半圓形球體側(cè)壁均布十二個內(nèi)部光源，分別為第十三內(nèi)部光源、第十四內(nèi)部光源、第十五內(nèi)部光源、第十六內(nèi)部光源、第十七內(nèi)部光源、第十八內(nèi)部光源、第十九內(nèi)部光源、第二十內(nèi)部光源、第二十一內(nèi)部光源、第二十二內(nèi)部光源、第二十三內(nèi)部光源和第二十四內(nèi)部光源，與第一半圓形球體側(cè)壁均布的十二個內(nèi)部光源配合使用，共同模擬太陽的散射輻射。

在第二半圓形球體側(cè)壁的吸光陷阱接口之上，設(shè)置監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置選用高精度的總輻射表，以實時監(jiān)控積分球系統(tǒng)內(nèi)模擬的太陽散射輻射強度。

如上所述的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，其中，

太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束口徑為φ200mm，準(zhǔn)直光束的中心與吸光陷阱接口的中心同軸且重合，太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束用來模擬太陽的直接輻射，可完全覆蓋待測光電日照計的感光區(qū)域，超出感光區(qū)域的殘留光線和陰影直接投射至吸光陷阱被充分吸收，從而保證太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束雖然直射進積分球系統(tǒng)，但不會影響積分球系統(tǒng)中二十四個內(nèi)部光源模擬的太陽散射輻射。

如上所述的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，其中，

吸光陷阱為直徑為2米的球體，球體內(nèi)部涂有亞光黑涂層，涂層反射率小于5%。

如上所述的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，其中，

多維工作臺包括方位調(diào)節(jié)機構(gòu)、俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)和轉(zhuǎn)接機構(gòu)。方位調(diào)節(jié)機構(gòu)的中心軸線與吸光陷阱接口的中心軸線垂直，方位調(diào)節(jié)機構(gòu)可繞自身中心軸線實現(xiàn)±180°旋轉(zhuǎn)；俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)置于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)之上，俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)的中心點位于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)的中心軸線上，且與積分球系統(tǒng)球心重合，俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)可繞自身中心點實現(xiàn)±30°旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)接機構(gòu)置于俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)之上，待測光電日照計通過轉(zhuǎn)接機構(gòu)與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)連接，待測光電日照計的第一敏感區(qū)的中心與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心點重合。

如上所述的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，其中，

待測光電日照計具有第一敏感區(qū)、第二敏感區(qū)和第三敏感區(qū)。第一敏感區(qū)、第二敏感區(qū)和第三敏感區(qū)處于同一軸線上，且第一敏感區(qū)的中心與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心點重合。待測光電日照計隨多維工作臺進行±180°的方位角度調(diào)整和±30°的俯仰角度調(diào)整時，形成待測光電日照計進行校準(zhǔn)時的感光區(qū)域，感光區(qū)域直徑小于太陽模擬器發(fā)出的準(zhǔn)直光束直徑。

綜上所述，本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置主要由積分球系統(tǒng)、太陽模擬器、吸光陷阱和多維工作臺組成。本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置測量精度高、性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，可供光電日照計進行長時間的連續(xù)測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的整體結(jié)構(gòu)及使用狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的積分球系統(tǒng)第一半圓形球體的示意圖；

圖3為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的積分球系統(tǒng)第二半圓形球體的示意圖；

圖4為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的太陽模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的吸光陷阱的示意圖；

圖6為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的多維工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的待測光電日照計的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，在附圖或說明書中，相似或相同的元件皆使用相同的附圖標(biāo)記。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的整體結(jié)構(gòu)及使用狀態(tài)示意圖。

設(shè)計一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置，由積分球系統(tǒng)1、太陽模擬器2、吸光陷阱3和多維工作臺4組成。其中，積分球系統(tǒng)1包括第一半圓形球體101、第二半圓形球體102、內(nèi)部光源組件、監(jiān)控裝置127、吸光陷阱接口128、太陽模擬器接口129和積分球支架130；太陽模擬器2包括氙燈光源201、會聚光學(xué)系統(tǒng)202、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)203、機械系統(tǒng)204和電控系統(tǒng)205；吸光陷阱3包括第一吸光半球301、第二吸光半球302和吸光陷阱支架303；多維工作臺4包括方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401、俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402和轉(zhuǎn)接機構(gòu)403。其中，內(nèi)部光源組件包括第一內(nèi)部光源103、第二內(nèi)部光源104、第三內(nèi)部光源105、第四內(nèi)部光源106、第五內(nèi)部光源107、第六內(nèi)部光源108、第七內(nèi)部光源109、第八內(nèi)部光源110、第九內(nèi)部光源111、第十內(nèi)部光源112、第十一內(nèi)部光源113、第十二內(nèi)部光源114、第十三內(nèi)部光源115、第十四內(nèi)部光源116、第十五內(nèi)部光源117、第十六內(nèi)部光源118、第十七內(nèi)部光源119、第十八內(nèi)部光源120、第十九內(nèi)部光源121、第二十內(nèi)部光源122、第二十一內(nèi)部光源123、第二十二內(nèi)部光源124、第二十三內(nèi)部光源125和第二十四內(nèi)部光源126。

積分球系統(tǒng)1的第一半圓形球體101和第二半圓形球體102通過積分球支架130置于地面，積分球系統(tǒng)1與吸光陷阱3通過吸光陷阱接口128連接，吸光陷阱接口128置于積分球系統(tǒng)1的第二半圓形球體102側(cè)壁中心；吸光陷阱3通過吸光陷阱支架303置于地面；在積分球系統(tǒng)1的第一半圓形球體101側(cè)壁中心設(shè)置太陽模擬器接口129，用于連接太陽模擬器2，太陽模擬器2發(fā)出準(zhǔn)直光束中心與待測光電日照計5的感光區(qū)域中心重合，同時，太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束的中心與吸光陷阱接口128的中心同軸且重合，從而吸光陷阱3可充分吸收太陽模擬器2發(fā)出的殘留光線和陰影；待測光電日照計5通過多維工作臺4置于積分球系統(tǒng)1內(nèi)部，多維工作臺4的方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401可使待測光電日照計5的第一敏感區(qū)501、第二敏感區(qū)502和第三敏感區(qū)503同時繞積分球系統(tǒng)1軸線實現(xiàn)±180°旋轉(zhuǎn)，多維工作臺4的俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402可使待測光電日照計5的第一敏感區(qū)501、第二敏感區(qū)502和第三敏感區(qū)503同時繞積分球系統(tǒng)1球心實現(xiàn)±30°旋轉(zhuǎn)， 從而實現(xiàn)不同時刻下的太陽輻照模擬。

圖2為一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的積分球系統(tǒng)第一半圓形球體的示意圖。圖3為一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的積分球系統(tǒng)第二半圓形球體的示意圖。

積分球系統(tǒng)1的球體直徑為2000mm，由第一半圓形球體101和第二半圓形球體102組成。

在第一半圓形球體101側(cè)壁中心設(shè)置太陽模擬器接口129，用于連接太陽模擬器2，太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束的光軸與第一半圓形球體101的中心軸線重合。同時，在第一半圓形球體101側(cè)壁均布十二個內(nèi)部光源，分別為第一內(nèi)部光源103、第二內(nèi)部光源104、第三內(nèi)部光源105、第四內(nèi)部光源106、第五內(nèi)部光源107、第六內(nèi)部光源108、第七內(nèi)部光源109、第八內(nèi)部光源110、第九內(nèi)部光源111、第十內(nèi)部光源112、第十一內(nèi)部光源113和第十二內(nèi)部光源114，用來提供均勻的太陽輻照環(huán)境，以模擬太陽的散射輻射。

在第二半圓形球體102側(cè)壁中心設(shè)置吸光陷阱接口128，用于連接吸光陷阱3，吸光陷阱接口128的中心與太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束的光軸重合，用于吸收太陽模擬器2發(fā)出的殘留光線和陰影。同時，在第二半圓形球體102側(cè)壁均布十二個內(nèi)部光源，分別為第十三內(nèi)部光源115、第十四內(nèi)部光源116、第十五內(nèi)部光源117、第十六內(nèi)部光源118、第十七內(nèi)部光源119、第十八內(nèi)部光源120、第十九內(nèi)部光源121、第二十內(nèi)部光源122、第二十一內(nèi)部光源123、第二十二內(nèi)部光源124、第二十三內(nèi)部光源125和第二十四內(nèi)部光源126，與第一半圓形球體101側(cè)壁均布的十二個內(nèi)部光源配合使用，共同模擬太陽的散射輻射。

在第二半圓形球體102側(cè)壁的吸光陷阱接口128之上，設(shè)置監(jiān)控裝置127，監(jiān)控裝置127選用高精度的總輻射表，以實時監(jiān)控積分球系統(tǒng)1內(nèi)模擬的太陽散射輻射強度。

圖4為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的太陽模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。

太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束口徑為φ200mm，準(zhǔn)直光束的中心與吸光陷阱接口128的中心同軸且重合，太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束用來模擬太陽的直接輻射，可完全覆蓋待測光電日照計5的感光區(qū)域，超出感光區(qū)域的殘留光線和陰影直接投射至吸光陷阱3被充分吸收，從而保證太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束雖然直射進積分球系統(tǒng)1，但不會影響積分球系統(tǒng)1中二十四個內(nèi)部光源模擬的太陽散射輻射。

圖5為一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的吸光陷阱的示意圖。

吸光陷阱3為直徑為2米的球體，球體內(nèi)部涂有亞光黑涂層，涂層反射率小于5%。

圖6為一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的多維工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

多維工作臺4包括方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401、俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402和轉(zhuǎn)接機構(gòu)403。方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401的中心軸線與吸光陷阱接口128的中心軸線垂直，方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401可繞自身中心軸線實現(xiàn)±180°旋轉(zhuǎn)；俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402置于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401之上，俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402的中心點位于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)401的中心軸線上，且與積分球系統(tǒng)1球心重合，俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402可繞自身中心點實現(xiàn)±30°旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)接機構(gòu)403置于俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402之上，待測光電日照計5通過轉(zhuǎn)接機構(gòu)403與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402連接，待測光電日照計5的第一敏感區(qū)501的中心與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402的旋轉(zhuǎn)中心點重合。

圖7為本發(fā)明一種用于光電日照計的高精度自動校準(zhǔn)裝置的待測光電日照計的結(jié)構(gòu)示意圖。

待測光電日照計5具有第一敏感區(qū)501、第二敏感區(qū)502和第三敏感區(qū)503。第一敏感區(qū)501、第二敏感區(qū)502和第三敏感區(qū)503處于同一軸線上，且第一敏感區(qū)501的中心與俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)402的旋轉(zhuǎn)中心點重合。待測光電日照計5隨多維工作臺4進行±180°的方位角度調(diào)整和±30°的俯仰角度調(diào)整時，形成待測光電日照計5進行校準(zhǔn)時的感光區(qū)域，感光區(qū)域直徑小于太陽模擬器2發(fā)出的準(zhǔn)直光束直徑。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。