[发明专利]一种自动追踪型太阳散辐射测量仪及测量方法

说明书

本发明涉及一种自动追踪型太阳散辐射测量仪及测量方法。本发明装置包括太阳散辐射测量装置、控制器、上位机，太阳散辐射测量装置与控制器无线连接，控制器与上位机无线连接。本发明通过控制器的北斗定位授时模块获取测量地点的经纬度、当地时间和自动追踪型太阳散辐射测量仪的初始摆放方位，通过太阳几何光学原理，计算出太阳的赤纬角、高度角和方位角；将日子数n时各时刻下的太阳的赤纬角、高度角和方位角并控制太阳散辐射测量装置追踪太阳进行位置变化，太阳散辐射测量装置获得辐射电压，通过控制器计算出太阳散辐射值并传递给上位机进行显示和数据存储。本发明太阳散辐射测量装置可精确自动运行，不需要昂贵的光学跟踪装置。

技术领域

本发明涉及一种自动追踪型太阳散辐射测量仪及测量方法，属于太阳辐射强度测量技术领域。

背景技术

太阳辐射强度一直是新能源利用、气象监测和建筑设计等领域中的重要参数。比如，在气象监测站等数据采集现场，需要实时测量环境温度、风速及太阳辐射辐照度等数据。太阳辐射可分为直辐射与散辐射，在测得太阳总辐射强度后，可通过直辐射或散辐射数据，获得另一者数据。从而为新能源系统的设计，气象分析和预测及建筑保温设计等提供数据参照。

太阳散辐射强度测量仪主要通过环形遮光环遮挡感光元件达到消除太阳直辐射影响的目的。当前散辐射测量仪的遮光环的面积普遍较大，这在遮挡住太阳直辐射的同时，也遮挡住了相当一部分的太阳散辐射，进而导致辐射数据采集精度较差。减小遮光环的面积虽然可以有效提升采集精度，但是这会使得操作的难度上升。这是因为太阳的位置是在天空中实时变化的，在长时间的检测过程中，很容易由于阳光角度变化导致辐射测量仪的感光元件脱离遮光环阴影区域。为了避免测量数据的精准性和连贯性受到影响，在采集过程中操作人员需要对遮光环的位置进行多次调节。而在烈日当空的条件下，测量仪的实时调节需求会给操作人员造成极大的身体负担和安全风险。并且遮光环为简单机械架构，其初始放置角度需要根据太阳赤纬角进行每日调节，这在规模化的监测中也消耗了大量宝贵的人力。

发明内容

本发明针对现有技术中太阳散辐射测量设备的问题，提供一种自动追踪型太阳散辐射测量仪及测量方法，本发明自动追踪型太阳散辐射测量仪的操作简易，携带轻便，对工作环境要求不高；数据采集与传输装置可以独立自动运行，通过太阳几何光学原理，计算出太阳的赤纬角、高度角和方位角；将日子数n时各时刻下的太阳的赤纬角、高度角和方位角并控制太阳散辐射测量装置追踪太阳进行位置变化，太阳散辐射测量装置获得辐射电压，通过控制器计算出太阳散辐射值并传递给上位机进行显示和数据存储。本发明太阳散辐射测量装置可精确自动运行，不需要昂贵的光学跟踪装置。

一种自动追踪型太阳散辐射测量仪，包括太阳散辐射测量装置2、控制器3、上位机5，太阳散辐射测量装置2与控制器3无线连接，控制器3与上位机5无线连接。

所述太阳散辐射测量装置2包括圆形遮光板2.1、角度调节电机2.2、圆弧形支撑杆2.3、圆弧形套筒2.4、步进电机2.5、支撑架2.6、驱动电机2.7、高度调节脚撑2.8、转动圆环2.9、太阳辐射辐照计2.10，支撑架2.6的顶端中心嵌设太阳辐射辐照计2.10，太阳辐射辐照计2.10外设置有转动圆环2.9，转动圆环2.9与太阳辐射辐照计2.10位于同一水平面上且转动圆环2.9的圆心与太阳辐射辐照计2.10的中心点重叠，转动圆环2.9与驱动电机2.7传动连接，转动圆环2.9的外壁水平设置有水平连杆，水平连杆的端头固定设置有圆弧形套筒2.4，圆弧形支撑杆2.3穿过圆弧形套筒2.4的中心孔，圆弧形支撑杆2.3的竖直方向上均匀设置有卡齿I，步进电机2.5固定设置在水平连杆上，步进电机2.5的输出轴水平设置且输出轴延伸方向与水平连杆延伸方向垂直，步进电机2.5的输出轴上固定设置有主动齿轮I，圆弧形套筒2.4的侧壁开设有矩形口，主动齿轮I穿过圆弧形套筒2.4的矩形口，主动齿轮I与圆弧形支撑杆2.3的卡齿I啮合传动；角度调节电机2.2固定设置在圆弧形支撑杆2.3的顶端，圆形遮光板2.1设置在角度调节电机2.2的输出轴上，太阳辐射辐照计2.10的感光区域位于圆形遮光板2.1的阴影区域4内，驱动电机2.7、角度调节电机2.2、步进电机2.5、太阳辐射辐照计2.10均与控制器3无线连接。