УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИОЗОНДОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРЯМОЙ РАССЕЯННОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ Российский патент 1996 года по МПК G01J1/34 G01W1/00 

Техническое решение относится к области метеорологии, а также физики и химии атмосферы и предназначено для определения интенсивностей потоков прямой и рассеянной солнечной радиации.

Известны устройства для измерения потоков прямой и рассеянной солнечной радиации, содержащие заслонку, рассеиватель и фотоприемники [1]
К недостаткам известных аналогов относятся сложность конструкции и пониженная надежность работы, обусловленная необходимостью в системах слежения (наведения) за Солнцем.

Эти недостатки уменьшены в устройстве для измерения потоков прямой и рассеянной солнечной радиации [2] содержащем круглый фотоприемник и цилиндрический тубус, расположенный над фотоприемником, размеры которого связаны с максимально возможной высотой Солнца соотношением:
(1)
где Φ максимальная высота Солнца;
d диаметр тубуса;
l длина тубуса.

К недостаткам этого устройства (прототипа) также относятся сложность конструкции и пониженная надежность его работы, обусловленная наличием в устройстве заслонки с механизмом ее открытия и закрытия (2).

Целью технического решения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы путем устранения механических узлов в виде заслонки и механизма.

Указанная цель достигается тем, что устройство для радиозондовых измерений прямой и рассеянной радиации, содержащее круглый фотоприемник и цилиндрический тубус, расположенный над фотоприемником, размеры которого определены из соотношения (1), снабжено дополнительно кольцевым фотоприемником, с внутренним диаметром, равным диаметру круглого фотоприемника, который в свою очередь равен диаметру цилиндрического тубуса, причем круглый фотоприемник расположен внутри кольцевого фотоприемника в одной плоскости и оба фотоприемника направлены в одну сторону, при этом основание тубуса расположено по месту сопряжения обоих фотоприемников перпендикулярно основанию.

Та же цель достигается в устройстве, в котором оба фотоприемника выполнены полупроводниковыми и объединены общей подложкой, а приемные поверхности круглого и кольцевого фотоприемников разделены электрически изолирующей бороздкой. А также в устройстве, в котором внешний диаметр кольцевого фотоприемника связан с размером тубуса соотношением:
(2)
где D внешний диаметр кольцевого фотоприемника;
d диаметр круглого фотоприемника;
l длина тубуса;
Φ угловая высота Солнца.

Отличительные признаки кольцевой фотоприемник вокруг круглого фотоприемника с тубусом для измерения прямой и рассеянной радиации не известны. Но их наличие позволяет решить поставленную задачу измерять раздельно потоки радиации, и в то же время отказаться от механических узлов, что позволяет достичь поставленной цели упрощение конструкции и повышение надежности.

Таким образом отличительные признаки являются существенными, а совокупность признаков обладает новизной.

На фиг.1 представлен внешний вид устройства для радиозондовых измерений прямой и рассеянной солнечной радиации. На фиг.2 и 3 показано устройство в разрезе: с двумя фотоприемниками, с общей основой (подложкой) фотоприемников; на фиг.4 соотношение размеров.

Устройство для радиозондовых измерений прямой и рассеянной солнечной радиации содержит тубус 1, круглый фотоприемник 2, кольцевой фотоприемник 3 и электроды фотоприемников 4. Тубус 1 направлен вертикально вверх, а поверхности фотоприемников 2 и 3 расположены в одной горизонтальной плоскости.

Примером конкретного исполнения может быть следующий.

Длина тубуса l=1,5 см, его диаметр d=1 см. В качестве фотоприемника использован полупроводниковый фотоэлемент, вырабатывающий под действием света ЭДС, выполненный в виде шайбы диаметром 2 см. Внутренность тубуса зачернена с тем, чтобы не было бликов света. На поверхности шайбы процарапана борозда. К верхним поверхностям фотоприемников (фиг.3) прикреплены электроды 4. К нижней поверхности прикреплен и общий электрод.

Устройство работает следующим образом.

Ориентируют тубус вертикально вверх. На круглый фотоприемник 2 через тубус 1 попадает только рассеянная радиация, поскольку из соотношения его размеров прямая солнечная радиация не доходит до основания тубуса. На кольцевой фотоприемник 3 попадает как прямая, так и рассеянная радиация. Вследствие симметричности относительно центральной оси тубуса тень при повороте Солнца вокруг оси занимает одну площадь, что достигается при выполнении соотношения 2, которое следует из рисунка на фиг.3.

Таким образом, имея два сигнала о рассеянной и с рассеянной вместе с прямой радиацией можно легко вычислить, зная соотношение размеров и градуировочные коэффициенты, вычислить прямую и рассеянную радиации раздельно.

Технико-экономическая эффективность устройства по сравнению с прототипом заключается в удешевлении изделия на базе этого устройства. Так у прототипа имеется полусферический рассеиватель и заслонка с механизмом стоимостью в серийном производстве 10 руб. и выше. Тогда как кольцевой фотоприемник в техническом решении в серийном производстве, особенно в случае выполнения на одной подложке с круглым фотоприемником не превысит 5 руб.

Таким образом, при потребности в устройствах около 1000 штук в год годовой экономический эффект составит 5000 рублей.

Использование: в метеорологии. Сущность изобретения: устройство содержит тубус, круглый и кольцевой фотоприемники, при этом диаметр кольцевого фотоприемника связан с длиной тубуса и угловой высотой Солнца соотношением:

где D - внешний диаметр кольцевого фотоприемника, l - длина тубуса, Φ - угловая высота Солнца, d - диаметр круглого фотоприемника. 4 ил.

Устройство для радиозондовых измерений прямой и рассейной солнечной радиации, содержащее круглый прямой и рассейной солнечной радиации, содержащее круглый фотоприемник и расположенный над фотоприемником цилиндрический тубус, отношение диаметра которого к длине больше котангенса угловой высоты Солнца, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства и повышения надежности работы за счет устранения механических элементов и узлов, оно снабжено дополнительным кольцевым фотоприемником с внутренним диаметром, равным диаметру круглого фотоприемника, диаметр которого в свою очередь равен диаметру тубуса, причем круглый фотоприемник расположен внутри кольцевого в одной плоскости и оба фотоприемника направлены в одну сторону, при этом основание тубуса расположено по месту сопряжения фотоприемников, а диаметр кольцевого фотоприемника связан с длиной тубуса и угловой высотой Солнца соотношением

где D внешний диаметр кольцевого фотоприемника;
l длина тубуса;
Φ угловая высота Солнца;
d диаметр круглого фотоприемника.