太陽(yáng)輻射測(cè)試系統(tǒng)
太陽(yáng)輻射是氣象觀測(cè)指標(biāo)中重要內(nèi)容，根據(jù)國(guó)際氣象組織WMO標(biāo)準(zhǔn)要求，太陽(yáng)輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)分為：(總輻射、散射輻射、直接輻射、反射輻射、凈全輻射)，此項(xiàng)內(nèi)容的記錄分析將對(duì)人類研究太陽(yáng)能、氣象、環(huán)境海洋、農(nóng)業(yè)生態(tài)、建筑材料等起到重大作用。
1、總輻射表
基本描述
總輻射表主要用來(lái)測(cè)量波長(zhǎng)范圍為0.3~3微米的太陽(yáng)總輻射。如果感應(yīng)面向下可測(cè)量反射輻射，也可用于測(cè)量入射到斜面上的太陽(yáng)輻射，如加遮光帶可測(cè)量散射輻射。
特點(diǎn)
● 符合WMO世界氣象組織規(guī)范（CIMO Guide）；
● 適用于各種惡劣環(huán)境；
● 可作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)總輻射表使用；
● 無(wú)源精確測(cè)量；
● 靈敏度高；
● 使用方便、免維護(hù)。
基本原理：總輻射表由雙層石英玻璃罩、感應(yīng)元件、遮光板、表體、干燥劑等部分組成。
感應(yīng)元件是該表的核心部分，它由快速響應(yīng)的繞線電鍍式熱電堆組成。感應(yīng)面涂3M無(wú)光黑漆，感應(yīng)面為熱結(jié)點(diǎn)，當(dāng)有陽(yáng)光照射時(shí)溫度升高，它與另一面的冷結(jié)點(diǎn)形成溫差電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度成正比。
雙層玻璃罩是為了減少空氣對(duì)流對(duì)輻射表的影響。內(nèi)罩是為了截?cái)嗤庹直旧淼募t外輻射而設(shè)的。
典型應(yīng)用：總輻射表可廣泛應(yīng)用于氣象、太陽(yáng)能利用、農(nóng)林業(yè)、建筑材料老化及大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等部門的太陽(yáng)輻射能量的測(cè)量。
技術(shù)指標(biāo)
靈敏度： | 7~14μv•w-1•m2 |
響應(yīng)時(shí)間： | <35s（99%響應(yīng)） |
年穩(wěn)定度： | 不大于±2% |
余弦響應(yīng)： | 不大于±7%（太陽(yáng)高度角10°時(shí)） |
方 位： | 不大于±5%（太陽(yáng)高度角10°時(shí)） |
非線性： | 不大于±2% |
光譜范圍： | 0.3~3μm |
溫度系數(shù)： | 不大于±2%（-10~40℃） |
基本描述：FNP系列凈全輻射表主要用來(lái)測(cè)量由天空向下投射的和地球表面向上投射的全波輻射量的凈差值。同時(shí)還可以用來(lái)測(cè)量短波輻射和短波輻射的反射率；長(zhǎng)波輻射和長(zhǎng)波輻射的反射率及全波輻射。是研究級(jí)的測(cè)量?jī)羧椛涞睦硐雰x器。測(cè)量范圍為0.3~3μm的短波輻射和4~50μm的長(zhǎng)波輻射。
特點(diǎn)
● 是研究級(jí)的凈全輻射表；
● 無(wú)源精確測(cè)量；
● 穩(wěn)定性好；
● 使用方便、免維護(hù)。
基本原理：FNP系列凈全輻射表由兩個(gè)短波輻射表和兩個(gè)長(zhǎng)波輻射表組成。短波輻射表由石英罩、感應(yīng)元件、表體等部件組成。長(zhǎng)波輻射表由硅制弧形濾光罩、感應(yīng)元件、熱敏電阻、表體等部件組成。
感應(yīng)元件由快速繞線電鍍式多結(jié)點(diǎn)熱電堆組成，感應(yīng)面涂有進(jìn)口高吸收無(wú)光黑色涂層，吸收輻射能，產(chǎn)生的熱量通過(guò)敏電阻，使熱電堆溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)與輻射強(qiáng)度成正比。每個(gè)長(zhǎng)波輻射表的腔體內(nèi)將一熱敏電阻嵌入熱電堆邊緣冷結(jié)點(diǎn)處，以便監(jiān)測(cè)表體內(nèi)的溫度。
每只輻射表都分別有各自的靈敏度系數(shù)和輸出導(dǎo)線，可單獨(dú)輸出各個(gè)數(shù)據(jù)。通過(guò)各自的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，分別能測(cè)量短波輻射、長(zhǎng)波輻射、全波輻射、凈全輻射、短波反射率和長(zhǎng)波反射率。
典型應(yīng)用：可廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)林業(yè)、建筑科學(xué)、道路安全等領(lǐng)域的蒸騰計(jì)算、熱應(yīng)力和熱平衡的研究、高速公路狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
技術(shù)指標(biāo)
短波靈敏度： | 7~14μV•W-1•m2 |
長(zhǎng)波靈敏度： | 2~10μV•W-1•m2 |
光譜范圍： | 0.3~3μm（短波）4~50μm（長(zhǎng)波） |
溫度測(cè)量： | 熱敏電阻 |
響應(yīng)時(shí)間： | ≤30s（99%響應(yīng)） |
年穩(wěn)定性： | ≤±2% |
工作溫度： | -40℃~+80℃ |
3、直接輻射表
基本描述：直接輻射表是用來(lái)測(cè)量垂直于太陽(yáng)表面的輻射和太陽(yáng)周圍很窄的環(huán)日天空散射輻射。它具有自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)并監(jiān)測(cè)太陽(yáng)直接輻射量的功能，其供電方式為直流12V電壓。
直接輻射表和日照時(shí)數(shù)記錄儀連接，可直接測(cè)量日照時(shí)數(shù)（當(dāng)太陽(yáng)直接輻射量超過(guò)120W/m2時(shí)，視為有日照）。
特點(diǎn)
● 符合ISO9060（太陽(yáng)能、半球向日射表和直接日射表的規(guī)范與分類）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
● 可作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)直接輻射表使用
● 適用于各種惡劣環(huán)境
● 快速響應(yīng)，精確自動(dòng)跟蹤
● 交流或直流供電
基本原理：直接輻射表構(gòu)造主要由光筒和自動(dòng)跟蹤裝置組成，光筒內(nèi)部由七個(gè)光欄和內(nèi)筒、石英玻璃、熱電堆、干燥劑筒組成。七個(gè)光欄是用來(lái)減少內(nèi)部反射，構(gòu)成儀器的開(kāi)敞角并且限制儀器內(nèi)部空氣的湍流。在光欄的外面是內(nèi)筒，用以把光欄內(nèi)部和外筒的干燥空氣封閉，以減少環(huán)境溫度對(duì)熱電堆的影響。在筒上裝置JGS3石英玻璃片，它可透過(guò)0.3~3μm波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接輻射。光筒的尾端裝有干燥劑，以防止水汽凝結(jié)物生成。
感應(yīng)部分是光筒的核心部件，它是由快速響應(yīng)的繞線電鍍式多結(jié)點(diǎn)熱電堆組成。感應(yīng)面對(duì)著太陽(yáng)一面涂有美國(guó)3M無(wú)光黑漆，上面是熱電堆的熱結(jié)點(diǎn)，當(dāng)有陽(yáng)光照射時(shí)，溫度升高，它與另一面的冷結(jié)點(diǎn)形成溫差電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度成正比。
自動(dòng)跟蹤裝置是由底板、緯度架、電機(jī)、導(dǎo)電環(huán)、蝸輪箱（用于太陽(yáng)傾角調(diào)整）和電機(jī)控制器等組成。驅(qū)動(dòng)部分由單片機(jī)控制直流步進(jìn)電機(jī)，電源為直流12V。該電機(jī)精度高，24小時(shí)轉(zhuǎn)角*.25º以內(nèi)。當(dāng)緯度調(diào)到當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，底板上的黑線與正南北線重合，傾角與當(dāng)時(shí)太陽(yáng)傾角相同時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的自動(dòng)跟蹤。
典型應(yīng)用：直接輻射表可廣泛應(yīng)用于氣象探測(cè)、太陽(yáng)能利用、農(nóng)業(yè)、建筑物理研究、生態(tài)監(jiān)測(cè)考察部門。
技術(shù)指標(biāo)
靈 敏 度： | 7~14μv•w-1•m2 | 年穩(wěn)定度： | ±1%（一年內(nèi)靈敏度變化） |
響應(yīng)時(shí)間： | ＜25s（99%） | 工作環(huán)境溫度： | ±45℃ |
內(nèi) 阻： | 約100Ω | 電源電壓： | DC12V |
跟蹤精度： | 小于24h±1º | 重 量： | 5kg |
開(kāi) 敞 角： | 4º |
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4、散射輻射和反射輻射
輻射中把來(lái)自太陽(yáng)直射部分遮蔽后測(cè)得為散射輻射或天空輻射。感應(yīng)面朝下所接所的為反射輻射。散射輻射和反射輻射都是短波輻射。這兩種輻射均用總輻射表配上有關(guān)部件加以測(cè)量。
4.1散射輻射表（總輻射+遮光環(huán)裝置）技術(shù)參數(shù)
01.光譜范圍：0.3----3um
02.靈敏度：7~14μV／(W·m-2)
03.響應(yīng)時(shí)間：≤30秒(99％)
04.顯示分辨率：1W
05.內(nèi)阻：約350Ω
06.穩(wěn)定性：±2％
07.余弦響應(yīng)：≤±7％(太陽(yáng)高度角10°時(shí))
08.溫度特性：±2％(-20℃~+40℃)
09.非線性：±2％
10.重量：2.5kg
11.精度：<5%
4.2反射輻射表技術(shù)參數(shù)
01.光譜范圍：0.3-----3um
02.靈敏度：7~14μV／(W·m-2)
03.響應(yīng)時(shí)間：≤30秒(99％)
04.顯示分辨率：1W
05.內(nèi)阻：約350Ω
06.穩(wěn)定性：±2％
07.余弦響應(yīng)：≤±7％(太陽(yáng)高度角10°時(shí))
08.溫度特性：±2％(-20℃~+40℃)
09.非線性：±2％
10.重量：2.5kg
11.精度：<5%
12.測(cè)試范圍：0~4000W/m2
13.信號(hào)輸出：0~20mV
5、自動(dòng)氣象站－輻射分采集器
自動(dòng)氣象站－輻射分采集器是應(yīng)用計(jì)算機(jī)、通訊、電源技術(shù)于一體的*輻射采集設(shè)備。該采集系統(tǒng)具有對(duì)總輻射、凈輻射、直接輻射、反射輻射、散射輻射等輻射傳感器進(jìn)行自動(dòng)采集、計(jì)算、處理、存貯、通訊等功能。
廣泛應(yīng)用于氣象、環(huán)保、科學(xué)研究、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。
5.1 組成：該分采集器主要包括：防輻射密封機(jī)箱、電源部件以及數(shù)據(jù)采集器組成。
其中：防輻射密封機(jī)箱可應(yīng)用于野外環(huán)境，具有防雨、防輻射、防腐蝕等功能；
電源部件用于市電供電環(huán)境，具有后備電池，可保證市電斷電或電源不穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)供電；
數(shù)據(jù)采集器應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)專門設(shè)計(jì)，對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、存儲(chǔ)等處理。接口可擴(kuò)展至15路，帶標(biāo)準(zhǔn) RS-232通訊接口輸出。具有連續(xù)采集測(cè)量，按照氣象規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，長(zhǎng)期存儲(chǔ)氣象數(shù)據(jù)，測(cè)量分辨率高、抗力強(qiáng)。采集器采用低功耗設(shè)計(jì)、測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、低溫環(huán)境下使用。
5.2 主要技術(shù)指標(biāo)
測(cè)量指標(biāo)
測(cè)量要素 | 范圍 | 分辨力 | 允許誤差 |
總輻射 | 0~1400W/m2 | 5W/ m2 | ±10%(日累計(jì)) |
反射輻射 | 0~1400W/m2 | 5W/ m2 | ±10%(日累計(jì)) |
直接輻射 | 0~1400W/m2 | 1W/ m2 | ±10%(日累計(jì)) |
凈輻射 | -200-1400W/m2 | 1MJ/ m2d | ±0.4MJ/m2d(≤8MJ/m2d) ±5%(＞8MJ/m2d) |
散射輻射 | 0~1400W/m2 | 5W/ m2 | ±10%(日累計(jì)) |
5.3 氣候環(huán)境條件
溫度：-20℃~＋50℃；
濕度：0~ 100％RH；
5.4 供電：交流供電電壓范圍200~240V，帶后備電源；
5.5 通訊：采集器有RS-232/RS-485兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊口，
5.6 存儲(chǔ)：自動(dòng)站采用標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)容量16Mb，可擴(kuò)充至512 Mb，至少存儲(chǔ)1個(gè)月的整點(diǎn)數(shù)據(jù)。
5.7 時(shí)鐘精度：月走時(shí)誤差不大于30秒。
