Способ для измерения суммарной энергии солнечного излучения, падающей на здания, и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01J11 - Измерение характеристик отдельных оптических импульсов или их последовательностей

Владельцы патента RU 2423676:

Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО ОрелГАУ) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения энергии солнечного излучения, падающего на стены и кровлю здания, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда. Измерения ведут непрерывно в отношении каждой стены и кровли здания и регистрируют через 5-10 секунд в течение всего периода наблюдений, а величину энергии солнечного излучения определяют по формуле q=1000*V*k, где V - напряжение пиранометра, мВ; k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²*мВ. Суммируют значения энергии солнечного излучения по каждой стене и кровле здания и получают величину солнечного излучения, падающего на всю поверхность здания. Устройство выполнено в виде крестовины из 6 трубок, закрепленных в центре под утлом 90° друг к другу, причем четыре трубки расположены в горизонтальной плоскости с закрепленными на концах пиранометрами, а пятая с пиранометром на конце - вертикально. Изобретение позволяет повысить точность измерения энергии солнечного излучения, падающего на здания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Известен способ и устройство для определения теплопоступлений от солнечного излучения через световые проемы жилых зданий (ГОСТ 31168-2003 межгосударственный стандарт - здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление п.4.2, 6.1, 6.9, 7.4, 8.3, 9.4 и Приложение В) - [1].

В данном способе предлагается четыре раза в сутки, а именно: в 6, 12, 18 и 24 часа, определять интенсивность солнечного излучения, падающего на горизонтальную поверхность с помощью пиранометра М-80М, установленного в незатененном месте. С помощью данного способа можно получить численные значения суммарной энергии солнечного излучения.

Недостатки данного способа заключаются в том, что в средних широтах поздней осенью и зимой в 6, 18 и 24 часа Солнце скрыто за линией горизонта и измерять энергию его излучения, падающего на горизонтальную площадку, не имеет смысла, так как она равна нулю. В этой связи теряет смысл пересчет средних сумм солнечного излучения с горизонтальной поверхности на вертикальную по таблице В.1 ГОСТ 31168-2003.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности измерения энергии солнечного излучения, падающего на стены и кровлю зданий, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда.

Указанная задача достигается благодаря тому, что в известном способе измерения энергии солнечного излучения, заключающемся в том, что измерение ведут во временном интервале с помощью пиранометра, согласно изобретению измерение ведут непрерывно в отношении каждой стены и кровли здания, и регистрируют через 5-10 секунд в течение всего периода наблюдений, а величину энергии солнечного излучения определяют по формуле

q=1000*V*k,

где

V - напряжение пиранометра, В;

k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²*мВ.

После чего суммируют значения энергии солнечного излучения по каждой стене и кровле здания и получают величину солнечного излучения, падающего на всю поверхность здания.

Кроме того, для измерения энергии солнечного излучения, падающего на здания, предложено устройство, выполненное в виде крестовины из 6 трубок, закрепленных в центре под углом 90° друг к другу, причем четыре трубки расположены в горизонтальной плоскости с закрепленными на концах пиранометрами, а пятая с пиранометром на конце - вертикально. При помощи шестой трубки устройство устанавливают на опоре, кроме того, каждый пиранометр подключен к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено предлагаемое устройство (схема), на фиг.2 связь предлагаемого устройства с измерительно-регистрирующим комплексом.

Предлагаемое устройство для измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, выполнено в виде крестовины 3, состоящей из шести трубок 2 и опоры 1. С одной стороны каждой трубки 2 нарезана стандартная резьба, соответствующая резьбе крестовины, с другой стороны нарезана резьба М14, соответствующая резьбе головки пиранометра 4. Четыре трубки 2, расположенные в горизонтальной плоскости, закрепляются на крестовине 3 с помощью резьбовых соединений под углом 90° к вертикальной оси. Верхняя и нижняя трубки 2 закрепляются вертикально. Верхняя трубка служит для закрепления головки пиранометра 4, расположенного в горизонтальной плоскости, а нижняя - для закрепления устройства на опоре 1. Снизу крестовины 3 имеется резьбовое соединение с опорой 1 при помощи резьбового фланца, расположенного вертикально, по вертикальной оси крестовины 3.

Предлагаемые способ и устройство работают следующим образом. Устройство монтируют на опору 1, выставленную вертикально с помощью отвеса в незатененном месте, например на кровле.

Для измерения используют пять чувствительных элементов пиранометра Янишевского М-80М, четыре из которых располагают в плоскостях, параллельных плоскостям вертикальных стен, а именно пиранометр СЗ (северо-запад), СВ (северо-восток), ЮВ (юго-восток), ЮЗ (юго-запад), а пятый - (горизонталь) в горизонтальной плоскости, параллельно кровле.

Каждый пиранометр подключают к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу, который записывает в память ЭВМ и показывает на дисплее энергию солнечного излучения, падающего на соответствующую стену здания в данный момент времени.

Предлагаемый способ измерения энергии солнечного излучения заключается в непрерывном измерении энергии солнечного излучения, падающего на каждую стену и кровлю здания в зависимости от времени суток и ориентации стены.

Энергия солнечного излучения по каждому направлению определяют по формуле

q=1000·V·k;

где V - значение напряжения, выдаваемого пиранометром, В;

k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²·мВ;

Были проведены измерения с помощью предлагаемого способа и устройства. В таблице 1 представлен фрагмент измерения 16.07.2009, 14:05, отраженный на дисплее. Для того чтобы получить энергию солнечного излучения в указанное время по каждой стене, мы используем формулу и проводим подсчет энергии: q=1000·0,0041056·113=463,9328 Вт/м². Таким образом, солнечная энергия, падающая на здание за 1 секунду равна 463,93 Вт/м². Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.
Фрагмент таблицы результатов измерений 16.07.2009, 14:05
Направление	Горизонталь	ЮЗ (Юго-Запад)	СВ (Северо-Восток)	СЗ (Северо-Запад)	ЮВ (Юго-Восток)
Исходные данные по показаниям мультиметра V, мВ	0,0041056	0,0041079	0,0008324	0,0008404	0,0021967
Коэффициенты пиранометров k, Вт/м²*мВ	113	83,38	93,38	82,04	78,71
Энергия q, Вт/м²	463,9328	342,5167	77,72951	68,94642	172,9023

По завершении суточного интервала измерений проводим суммирование по каждой стене. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.
Итоговые результаты измерений, обработанные за 1 сутки.
Направление	Горизонталь	ЮЗ (Юго-Запад)	СВ (Северо-Восток)	СЗ (Северо-Запад)	ЮВ (Юго-Восток)
Энергия, кВт/м²	2513,545	1494,211	908,4945	800,1623	1625,331
Суммарная энергия солнечного излучения, кВт/м²	7341,744

Таким образом, предлагаемый способ повышает точность измерения.

1. Способ измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, заключающийся в том, что измерение ведут с помощью пиранометра во временном интервале, отличающийся тем, что измерение ведут непрерывно в отношении каждой стены и кровли здания и регистрируют через 5-10 с в течение всего периода наблюдения, а энергию солнечного излучения по каждому направлению определяют по формуле
q=1000·V·k, где
V - напряжение, пиранометра, В,
k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²·мВ, после чего суммируют значения энергии солнечного излучения по каждой стене и кровле здания и получают величину энергии солнечного излучения, падающего на всю поверхность здания.

2. Устройство для измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, содержащее пиранометр, отличающееся тем, что оно выполнено в виде крестовины из шести трубок, закрепленных в центре под углом 90° друг к другу, причем четыре трубки расположены в горизонтальной плоскости с установленными на концах пиранометрами, пятая трубка с пиранометром на конце расположена вертикально, а шестая трубка установлена в опоре, кроме того, каждый пиранометр подключен к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу.

Изобретение относится к области физической оптики и квантовой электроники и может быть использовано в измерительной технике, в частности при измерении мощности излучения импульсных ОКГ, работающих в режимах с модулированной добротностью или синхронизации мод.

Оптоэлектрический преобразователь // 2365027

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам для преобразования импульсного оптического излучения в импульсный электрический сигнал. .

Фотоприемник // 2351904

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам для преобразования импульсного оптического излучения в импульсный электрический сигнал соответствующей длительности и формы, и может быть использовано для регистрации формы импульса оптического излучения и измерения его мощности, а также для получения одиночных или серии ультракоротких электрических импульсов.

Способ определения амплитудно-фазовой структуры сверхкоротких световых импульсов с помощью спектрального прибора // 2345335

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для измерения амплитудно-фазовой структуры сверхкоротких световых импульсов фемтосекундного диапазона как излучаемых лазерами, так и любой другой природы.

Способ измерения временной зависимости поля ультракоротких световых импульсов (оптическое осциллографирование) // 2305259

Изобретение относится к оптике, точнее к нелинейной фемтосекундной оптике, и может быть использовано для измерения поля ультракоротких световых импульсов. .

Устройство и способ для детектирования и определения характеристик импульсов // 2288454

Оптоэлектронное устройство // 2273946

Автокоррелятор световых импульсов // 2194256

Автокоррелятор световых импульсов // 2057358

Изобретение относится к оптике, в частности к устройствам для измерения длительности сверхкоротких лазерных импульсов методом регистрации автокорреляционной функции интенсивности.

Автокоррелятор световых импульсов // 2057357

Устройство для прецизионного измерения временных характеристик импульсного оптического излучения // 2452926

Изобретение относится к области изучения оптического импульсного излучения, в частности к измерению временных параметров оптических импульсов

Способ и устройство для измерения физической величины с локальным разрешением // 2470270

Способ измерения интервалов времени между импульсами излучения // 2485459

Способ определения времени отклика фотоприемника // 2537737

Изобретение относится к оптике и касается способа определения времени отклика фотоприемника. Для определения времени отклика рабочая поверхность исследуемого фотоприемника освещается последовательностью отдельных световых импульсов. При этом определяют спектральную плотность мощности электрического сигнала на выходе фотоприемника от каждого светового импульса. Затем вычисляют значения первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности каждого принятого электрического сигнала и по этим значениям определяют время отклика исследуемого фотоприемника. Технический результат заключается в повышении точности и упрощении способа измерений.

Способ регистрации временного профиля фронта светового импульса и устройство для его реализации // 2587684

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства регистрации временного профиля фронта светового импульса. Способ заключается в том, что формируют импульсное излучение, направляют его на оптически прозрачную пластину. Отраженную от пластины часть излучения пропускают через измерительный блок. Прошедшую через оптически прозрачную пластину часть излучения пропускают через дополнительный измерительный блок. Излучение в измерительных блоках ослабляют и разделяют на несколько потоков, каждый из которых перемешивают до однородности. Потоки от измерительных блоков по транспортным волокнам передают на фотохронограф с требуемой разновременностью. После выхода светового импульса за экран фотохронографа осуществляют запирание фотохронографа с помощью блока гашения. При этом получают изображения сигналов временной развертки интенсивности светового импульса от дополнительного измерительного блока, который учитывают при восстановлении профиля фронта. Технический результат заключается в увеличении динамического диапазона измерений профиля фронта и расширении диапазона мощностей регистрируемого импульса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов // 2587690

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения энергии мощных импульсов лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, рассеивающую среду, световолоконный коллектор, ослабитель лазерного излучения, фотодиод, измерительно-вычислительный блок. В качестве рассеивающей среды используется диффузный рассеиватель, выполненный в виде цилиндрической шайбы из молочного стекла. На внешней поверхности шайбы равномерно по окружности закреплены с возможностью регулировки расстояния до поверхности рассеивателя разветвленные концы световолоконного коллектора. Коллектор обеспечивает передачу оптического сигнала через ослабитель на фотодиод. Выходной конец коллектора закреплен с возможностью регулировки расстояния до ослабителя. Технический результат заключается в увеличении диапазона и повышении точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Многоканальное устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов // 2591273

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения энергии мощных импульсов лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, рассеивающую среду, световолоконные коллекторы, ослабители лазерного излучения, фотодиоды, измерительно-вычислительный блок. В качестве рассеивающей среды используется диффузный рассеиватель, выполненный в виде цилиндрической шайбы из молочного стекла. На внешней поверхности шайбы равномерно по окружности закреплены с возможностью регулировки расстояния до поверхности рассеивателя разветвленные концы, по меньшей мере, двух световолоконных коллекторов, обеспечивающих передачу рассеянного оптического сигнала на разных длинах волн через ослабители на фотодиоды. Выходные концы коллектора закреплены с возможностью регулировки расстояния до ослабителя. Технический результат заключается в повышении точности, расширении спектрального диапазона и мощности измеряемого излучения. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов проходного типа // 2593918

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения энергии мощных импульсов лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, рассеивающую среду, световолоконный коллектор, ослабитель лазерного излучения, фотодиод, измерительно-вычислительный блок. В качестве рассеивающей среды используется диффузный рассеиватель, выполненный в виде цилиндрической шайбы из молочного стекла. Рассеиватель установлен во фланец, расположенный под небольшим углом к оптической оси лазерного пучка. На внешней поверхности шайбы равномерно по окружности закреплены с возможностью регулировки расстояния до поверхности рассеивателя разветвленные концы световолоконного коллектора. Коллектор обеспечивает передачу оптического сигнала через ослабитель на фотодиод. Выходной конец коллектора закреплен с возможностью регулировки расстояния до ослабителя. Технический результат заключается в повышении точности и увеличении диапазона плотности мощности измеряемого излучения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Многоканальное устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов проходного типа // 2594634

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения энергии мощных импульсов лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, рассеивающую среду, световолоконные коллекторы, ослабители лазерного излучения, фотодиоды, измерительно-вычислительный блок. В качестве рассеивающей среды используется диффузный рассеиватель, выполненный в виде цилиндрической шайбы из оптического стекла и установленный под острым углом оси симметрии шайбы к оптической оси. На внешней поверхности шайбы равномерно по окружности закреплены с возможностью регулировки расстояния до поверхности рассеивателя разветвленные концы, по меньшей мере, двух световолоконных коллекторов, обеспечивающих передачу рассеянного оптического сигнала на разных длинах волн через ослабители на фотодиоды. Выходные концы коллектора закреплены с возможностью регулировки расстояния до ослабителя. Технический результат заключается в повышении точности, расширении спектрального диапазона и мощности измеряемого излучения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Широкоапертурное устройство для измерения энергии высокоинтенсивных нано- и пикосекундных лазерных импульсов // 2605786

Изобретение относится к области измерительной техники и касается широкоапертурного устройства для измерения энергии высокоинтенсивных импульсов лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, входной ослабитель лазерного излучения, рассеивающую среду в виде диффузно-рассеивающей пластины, канал распространения рассеянного лазерного излучения, фотодиод, измерительно-вычислительный блок. Канал распространения рассеянного лазерного излучения формируется волоконно-оптическим коллектором, ступенчатым ослабителем, спектральным фильтром и нейтральным ослабителем. Волоконно-оптический коллектор представляет собой набор оптических волокон, заключенных во входную и выходную оправы. Выходная оправа содержит дополнительный диффузный рассеиватель, выполненный из молочного стекла. Расстояние между рассеивающей пластиной и входной оправой коллектора составляет 8-10 мм. Технический результат заключается в повышении точности, увеличении диапазона измеряемой энергии и диапазона диаметров лазерного пучка. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.