光电式日照计定标系统研究

发布时间：2020-07-04 18:16

【摘要】：日照计观测日照时数是气象工作者研究气象学和气候学的主要手段之一。随着光电技术发展,光电式日照计已经成为日照时数观测仪器的研究热点,但针对光电式日照计的现有定标方法(室外进行对比测量法),受天气影响常需较长时间完成,且定标结果精度低、难以复现,由此定标方法的落后制约了光电式日照计的发展。本文以提高光电式日照计定标精度与效率为目标,开展了光电式日照计定标技术研究,设计了光电式日照计定标系统,重点研究了太阳直接辐射模拟方法和定标系统校准方法。本文设计的定标系统不仅可用于现有光电式日照计性能测试与精度标定,还可用于未来其它新型光电式日照计性能测试与精度标定。阐述了太阳及太阳辐射、太阳辐射强度、大气质量、太阳常数、太阳位置角以及太阳光谱等太阳辐射相关理论;研究了光电式日照计基本结构、工作原理与校准方法;并结合直接辐射模拟技术、散射辐射模拟技术与日地位置调节技术,确定了定标系统各组成部分的实现方法与主要技术指标,完成了光电式日照计定标系统总体方案设计。针对直接辐射模拟系统的技术指标,结合辐射光源、光路转向装置、光斑整形均束系统以及准直光学系统等相关设计技术,完成了直接辐射模拟光学系统总体设计;研究了一种辐射光源能量分布调制方法,提升了光学系统的能量利用率;通过建立光谱修正模型,计算出光谱修正不同波段对应的透过率;提出了一种直接辐射模拟系统光轴调整方法,并设计了误差补偿结构,解决了光学系统光轴一致性的问题,完成了直接辐射模拟系统装调。研究了直接辐射模拟系统、散射辐射模拟系统与日地位置调节系统的校准方法,建立了光电式日照计定标系统的校准链,保证了系统定标结果的可溯源性。并通过实验对直接辐射模拟系统、散射辐射模拟系统、日地位置调节系统以及光电式日照计定标系统的性能进行了验证。实验结果表明,光电式日照计定标系统480分钟内的日照时数模拟误差为3.75%,满足光电式日照计定标需求。综上所述,本文研究的光电式日照计定标系统,可用于光电式日照计性能测试与精度标定,解决了现行光电式日照计定标过程繁琐、严重依赖气象环境以及耗时长等问题,实现了光电式日照计高精度、高效率的室内定标,对光电式日照计的推广和自动日照时数观测网络的建立具有重要的现实意义。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH765.22
【图文】：

日照纸,日照计,聚焦式

（a）聚焦式日照计结构（b）日照纸图 1.1 聚焦式日照计结构与日照纸暗筒式日照计结构如图 1.2 所示，太阳辐射经过接收孔照射在仪器内日照纸上，由于日照纸上涂有感光剂，因此根据感光痕迹来记录日照时数。该日照计的准确度受感光剂的优劣及涂药方法等影响，而且涂抹了感光剂的日照纸不宜长时间保存，因此要现用现涂，另外感光剂含有有毒成分赤血盐。暗筒式日照计适用纬度范围：0°~60°，在真太阳时，精度不超过±3 分钟[3]。

日照计,筒式

2图 1.2 暗筒式日照计结构器主要通过一对双金属黑化元件记录数W/m2时，由于金属的热胀冷缩，会在其动，形成接触闭合，接触闭合的瞬间及值由双金属片的间隙决定，但是金属元隙变化，测量结果准确度降低，因此该自动跟踪装置配套使用，其结构如图 1.，其中 FS-D1 型是研究级直接辐射表，测量 2000W/m2，灵敏度可达到 10μV/ W跟踪装置造价昂贵，很难普及到基层

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