Способ измерения характеристик солнечного излучения многоэлементным датчиком

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа измерения характеристик солнечного излучения. Способ основан на измерении максимальных и минимальных значений солнечной радиации с помощью датчика, имеющего как минимум два измерительных элемента, находящихся под маскирующим элементом полусферической формы с прозрачными и непрозрачными для солнечного излучения областями. Прозрачные и непрозрачные области расположены таким образом, что в момент измерения, независимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца, по крайней мере один измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации и измеряет максимальное значение солнечной радиации, а другой по крайней мере один измерительный элемент полностью закрыт для прямой солнечной радиации и измеряет минимальное значение солнечной радиации. Кроме того, датчик включает в себя дополнительный измерительный элемент, расположенный над непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента таким образом, что он непосредственно измеряет суммарную солнечную радиацию. При этом он не влияет на форму и не увеличивает общую площадь непрозрачных для солнечного излучения областей маскирующего элемента. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к метеорологии и позволяет измерять прямую, рассеянную и суммарную солнечную радиацию и продолжительность солнечного сияния.

Известен способ измерения прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния с использованием актинометра, пиранометра(-ов) и гелиографа [1], заключающийся в том, что с помощью специальных устройств или вручную нацеливают актинометр и затеняющий экран пиранометра на Солнце и измеряют прямую и рассеянную радиацию, незатененным пиранометром определяют суммарную радиацию, а продолжительность солнечного сияния определяют с помощью гелиографа. Недостатком такого способа является необходимость использования следящей за Солнцем системы или присутствия оператора.

Наиболее близким к предлагаемому способу является принятый за прототип способ измерения суммарной, прямой и рассеянной радиации и продолжительности солнечного сияния с помощью датчика солнечной радиации [2]. Сущность способа заключается в том, что датчик имеет как минимум два, а в типовом варианте семь светочувствительных элементов, расположенных равномерно и равноудалено от центра датчика (причем седьмой датчик расположен в центре) таким образом, что благодаря специальному маскирующему элементу полусферической формы, имеющему равные по общей площади прозрачные и непрозрачные для солнечного излучения области, форма и расположение которых тесно связана с количеством и расположением светочувствительных элементов, не зависимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца по крайней мере один светочувствительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации через прозрачные области затеняющего элемента и измеряет максимальное значение солнечной радиации Qmax, а по крайней мере один полностью закрыт для прямой солнечной радиации непрозрачными областями затеняющего элемента и измеряет минимальное значение солнечной радиации Qmin, кроме того, каждый светочувствительный элемент получает по существу половину рассеянной солнечной радиации D. Таким образом, имеются следующие соотношения:

где S' - прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность;

D - рассеянная солнечная радиация;

ΔDclose - часть рассеянной радиации, не поступающая на светочувствительные элементы через непрозрачные для солнечного излучения области маскирующего элемента.

Значения рассеянной D прямой на горизонтальную поверхность S', суммарной Q радиации и продолжительности солнечного сияния TSS определяются как

где Threshold - некоторое пороговое значение прямой солнечной радиации.

Признаки прототипа, которые совпадают с признаками заявляемого способа, следующие: датчик имеет как минимум два измерительных элемента для измерения суммарной солнечной радиации, расположенных под маскирующим элементом таким образом, что благодаря его специальной форме не зависимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца в момент измерения по крайней мере один измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации и измеряет максимальное значение солнечной радиации Qmax, а по крайней мере один измерительный элемент полностью закрыт для прямой солнечной радиации и измеряет минимальное значение солнечной радиации Qmim а прямая радиация на горизонтальную поверхность определяется как S'=Qmax - Qmin.

Недостатком такого способа является то, что половина общей площади маскирующего элемента содержит непрозрачные для солнечного излучения области и определение полной величины рассеянной радиации проводится в предположении, что величины рассеянной радиации, поступающие от открытых и закрытых участков небосвода, равны, что может быть справедливо только в случае равномерно распределенной по всему небосводу (и особенно в зенитной области) однородной облачности или при полном ее отсутствии, что снижает точность определения величины реальной рассеянной радиации и, как следствие этого, приводит к снижению точности определения величины суммарной радиации.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение влияния маскирующего элемента на точность измерения величин суммарной и рассеянной радиации путем введения дополнительно измерительного элемента.

Технический результат - повышение точности измерения суммарной и рассеянной радиации.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе дополнительный измерительный элемент располагается над какой-либо непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента таким образом, что он непосредственно измеряет суммарную солнечную радиацию и при этом не влияет на форму и не увеличивает общую площадь непрозрачных для солнечного излучения областей маскирующего элемента.

В отличие от известного, в предлагаемом способе суммарная радиация Q измеряется непосредственно дополнительным измерительным элементом, а рассеянная D и прямая радиация на нормальную поверхность S и продолжительность солнечного сияния TSS определяются как

где h - высота Солнца над горизонтом.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства (фиг.). На фиг. приведен вариант расположения дополнительного измерительного элемента над непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента, позволяющий непосредственно измерять суммарную солнечную радиацию не влияя при этом на величину рассеянной радиации, получаемой каждым измерительным элементом, расположенным под маскирующим элементом.

Устройство состоит: 1 - измерительные элементы; 2 - маскирующий элемент полусферической формы; 3 - непрозрачные для солнечного излучения области маскирующего элемента; 4 - прозрачные для солнечного излучения области маскирующего элемента; 5 - дополнительный измерительный элемент.

Устройство, имеющие как минимум два измерительных элемента 1 и маскирующий элемент полусферической формы 2 с прозрачными 4 и непрозрачными 3 для солнечного излучения областями располагают таким образом, что в момент измерения, не зависимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца, по крайней мере, один измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации, а один измерительный элемент полностью закрыт для прямой солнечной. С помощью датчика измеряют максимальное значение солнечной радиации (измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации) и минимальное значение солнечной радиации (измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации), Значения прямой радиации измеряют дополнительным измерительным элементом 5, который располагается над какой-либо непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента таким образом, что он непосредственно измеряет суммарную солнечную радиацию Q и при этом не влияет на форму и не увеличивает общую площадь непрозрачных для солнечного излучения областей маскирующего элемента, а рассеянная D и прямая радиация на нормальную поверхность S и продолжительность солнечного сияния TSS определяются как

,

,

.

Таким образом, если вынести один измерительный элемент за пределы маскирующего элемента, то тогда становится неважным отношения прозрачных и непрозрачных зон маскирующего элемента, т.к. на измерение прямой радиации на горизонталь это никак не влияет, а суммарная радиация измеряется напрямую. В прототипе точность определения рассеянной D и суммарной Q радиации зависит от точности соблюдения равенства прозрачных и непрозрачных участков экрана (в идеале для каждой его зоны), а также от того, чтобы облачность была однородной и равномерно распределена по небосводу, т.е., предполагается, что рассеянная радиация от прозрачных участков экрана равна половине рассеянной радиации от всего небосвода.

Использованные источники

1. РД 52.04.562-96. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 5. Актинометрические наблюдения. Часть 1. Актинометрические наблюдения на станциях. - ГГО им. А.И. Воейкова. -1996.- 191 с.

2. Патент EP 1012633 В1. Solar radiation sensor. - 2002. - 15 с.

Способ измерения характеристик солнечного излучения, основанный на измерении максимальных и минимальных значений солнечной радиации с помощью датчика, имеющего как минимум два измерительных элемента, находящихся под маскирующим элементом полусферической формы с прозрачными и непрозрачными для солнечного излучения областями, расположенными таким образом, что в момент измерения, независимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца, по крайней мере один измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации и измеряет максимальное значение солнечной радиации и по крайней мере один измерительный элемент полностью закрыт для прямой солнечной радиации и измеряет минимальное значение солнечной радиации, а значения прямой радиации на горизонтальную поверхность определяются как S'=Qmax-Qmin, отличающийся тем, что располагают дополнительный измерительный элемент над какой-либо непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента таким образом, что он непосредственно измеряет суммарную солнечную радиацию Q и при этом не влияет на форму и не увеличивает общую площадь непрозрачных для солнечного излучения областей маскирующего элемента, а рассеянная D и прямая радиация на нормальную поверхность S и продолжительность солнечного сияния TSS определяются как

D=Q-S',

,

.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к актинометрии и может использоваться в качестве элементной базы в устройствах для проведения измерений солнечной радиации. .

Изобретение относится к средствам актинометрических измерений приходящих радиационных потоков и может быть использовано в метеорологии. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения солнечной радиации. .

Изобретение относится к метеорологии, а точнее к способам предсказания экстремальных погодных условий (тайфунов, ураганов, засух, дождливых сезонов и др. .

Изобретение относится к экологии и найдет применение при контроле чистоты воздушного бассейна при метеорологических исследованиях с помощью привязных аэростатов.

Изобретение относится к архитектурному проектированию объектов жилищно-гражданского строительства и позволяет повысить точность и оперативность оценки нормативной продолжительности инсоляции зданий и сооружений.

Изобретение относится к области светотехники и касается способа измерения кривой силы света малогабаритных излучателей со сложной структурой пучка. Способ включает в себя пространственную селекцию излучения с ограничением угла поля зрения фотоприемника до малых углов растровой блендой, установленной перед его чувствительной площадкой.

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования, более конкретно к устройствам кондиционеров. Предложен внутренний блок кондиционера, включающий в себя корпус датчика, вмещающий датчик, выполненный с возможностью обнаружения света, редуктор, выполненный с возможностью удержания корпуса датчика с возможностью вращения и перемещения вдоль первой оси одновременно с корпусом датчика, первый электродвигатель, выполненный с возможностью приложения усилия, заставляющего корпус датчика вращаться, второй электродвигатель, выполненный с возможностью приложения усилия, заставляющего редуктор перемещаться вдоль первой оси, и вал, вставленный через редуктор, подлежащий вращению при получении усилия от первого электродвигателя, при этом в редукторе вставлен вал и шестерня размещена таким образом, что вращательное усилие, передаваемое от вала, передается корпусу датчика, причем шестерня перемещается вдоль первой оси.

Изобретение относится к промышленной безопасности. Система постоянного контроля концентрации паров углеводородов нефти и нефтепродуктов в воздухе рабочей зоны при проведении огневых и газоопасных работ включает в себя передвижной газоанализатор, блок контроля и управления и блок исполнения радиокоманд.

Фотометр // 2659977
Изобретение относится к устройствам для измерения яркости поверхностей пищевых продуктов, материалов, изделий, источников света, экранов мониторов. Фотометр содержит корпус, блок питания, осветительно-приемный блок и измерительную головку, программируемый микроконтроллер последовательно включает-выключает светодиоды, закрепленные в осветительно-приемном блоке, белого, красного, синего и зеленого цвета, которые освещают исследуемую поверхность, а отраженный свет улавливается светочувствительным датчиком, преобразуется пропорционально величине силы света в электрический ток, передается на анализ в программируемый микроконтроллер, который по алгоритму загруженной через USB-кабель от ЭВМ программы, передает данные на монитор в буквенно-цифровом формате как результат измерения яркости поверхностей, при этом корпус изготовлен из ударопрочной пластмассы, а блок питания состоит из четырех щелочных батарей АА по 1,5 В.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается квантового трап-детектора. Квантовый трап-детектор содержит два фотодиода, установленные под заданным углом в виде клина, причем длина каждого фотодиода и угол между ними обеспечивают рассчитанное, для заданной точности, количество отражений падающего излучения.

Изобретение относится к области световых измерений и может быть использовано для измерения освещенности улично-дорожной сети в темное время суток. Устройство для измерения освещенности улично-дорожной сети включает датчик освещенности, запоминающее устройство и приемник сигналов системы спутниковой навигации, связанные с контроллером цифровым интерфейсом.

Изобретение относится к электрохромным устройствам и контроллерам окон. Контроллер для окрашиваемого окна содержит процессор с инструкциями для активации определения уровня окрашивания окрашиваемого окна, вход для приема выходных сигналов от датчиков и выход для управления уровнем окрашивания в окрашиваемом окне.

Изобретение относится к инфракрасным сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам большого формата, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом и сканером, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа регистрации электромагнитного излучения в ИК, СВЧ и терагерцовом диапазонах длин волн. Способ включает в себя направление электромагнитного излучения на чувствительный элемент приемника излучения, преобразование его в тепловую или другой вид энергии и ее регистрацию.

Изобретение относится к области измерения интенсивности окружающего освещения и касается светочувствительной системы. Светочувствительная система включает в себя светочувствительное и калибровочное устройства.

Группа изобретений относится к медицине. В настоящем документе описана система датчиков положения века и/или система датчиков движения глаза для офтальмологической линзы, имеющей электронную систему, для регистрации данных, связанных со сном пользователя.

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа измерения характеристик солнечного излучения. Способ основан на измерении максимальных и минимальных значений солнечной радиации с помощью датчика, имеющего как минимум два измерительных элемента, находящихся под маскирующим элементом полусферической формы с прозрачными и непрозрачными для солнечного излучения областями. Прозрачные и непрозрачные области расположены таким образом, что в момент измерения, независимо от азимутальной ориентации датчика и положения Солнца, по крайней мере один измерительный элемент полностью открыт для прямой солнечной радиации и измеряет максимальное значение солнечной радиации, а другой по крайней мере один измерительный элемент полностью закрыт для прямой солнечной радиации и измеряет минимальное значение солнечной радиации. Кроме того, датчик включает в себя дополнительный измерительный элемент, расположенный над непрозрачной для солнечного излучения областью маскирующего элемента таким образом, что он непосредственно измеряет суммарную солнечную радиацию. При этом он не влияет на форму и не увеличивает общую площадь непрозрачных для солнечного излучения областей маскирующего элемента. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

Наверх