СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛЬБЕДО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля интегральных параметров лучистого теплообмена мобильных и стационарных техногенных объектов или природных образований с недостаточными размерами или одним из размеров в плоскости исследуемого фрагмента отражающей поверхности, необходимыми для получения репрезентативных результатов инструментальных замеров и/или при наличии сложного неорганизованного разнородно отражающего фона в окрестностях исследуемого фрагмента, и может быть использовано для определения альбедо - одной из важнейших характеристик внешнего лучистого теплообмена в поле солнечной радиации различных объектов, преимущественно в эксплуатационных условиях и наличии в ограниченном фрагменте центрального или расположенного относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, при этом эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона.

Исследование закономерностей радиационного теплообмена в первую очередь различных техногенных мобильных или стационарных объектов, например, гелиотехнических и других конструктивных элементов космических, летательных аппаратов либо зданий, сооружений и/или ландшафтных образований и лучистых характеристик материалов необходимо для правильного понимания, анализа и оценки работы объектов в поле солнечной радиации, выработки критериев эффективности, совершенствования теплотехнических расчетов и конструирования гелиоограждений, а также определения отдельных параметров радиационного баланса и теплового режима упомянутых категорий объектов прежде всего в эксплуатационных или натурных условиях.

Известные интегральные методы исследования отражательной способности различных поверхностей, разработанные и применяемые в актинометрии для регулярных сетевых и выборочных наблюдений, а также спектральные методы исследования коротковолновых и длинноволновых характеристик различных материалов не обеспечивают решения ряда задач, лучистого теплообмена космической, авиационной и строительной актинометрии и гелиотехники. Например, некритическое распространение биполусферического метода измерения отражательной способности пиранометром-альбедометром на различные обитаемые объекты, в том числе, на здания и их элементы приводит к грубым ошибкам, если такие наблюдения выполнять, в частности, на локальных участках ограждений со сложной системой светопроемов и других неоднородных участков, т.к. трудно, а подчас и просто невозможно определить долевое участие сложного фона в измеряемых показаниях пиранометра - альбедометра.

На неприменимость альбедометра для оценки локальных величин альбедо неоднородных (неорганизованных) участков поверхности указано, в частности, в книге Кедроливанский В.Н., Стернзат M.С. Метеорологические приборы, Гидрометеоиздат, М, 1953, с.231.

Одна из первых попыток определять альбедо круглых локальных участков (проталин) при бесконечном монотонном фоне описана в книге Березкин В. А. Руководство по актинометрии для полярных станций Главсевморпути, Л., 1937, вып. 1.

Аналогичные методические указания содержатся в Наставлении гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 5, Актинометрические наблюдения на станциях, М., Гидрометеоиздат, 1947. Все упомянутые работы рассматривали теоретические и методические аспекты определения альбедо, строго говоря, только плоских круговых объектов. И использовать их в развивающихся отраслях актинометрии без риска получения дополнительных неконтролируемых погрешностей нельзя, поскольку плоские круговые конструкции в современном машиностроении или в массовом жилищном и промышленном строительстве встречаются крайне редко, а фон, влияющий на показания альбедометра, например, у простенка между светопроемами, как правило, неоднороден по интенсивности отраженных потоков, спектральным и интегральным характеристикам, геометрии прилегающих участков. Эти обстоятельства объясняют объективную актуальность поиска и разработки специальных методов измерения альбедо локальных образцов отражающих материалов и фрагментов конструкций объектов с точностью, соответствующей точности прибора, либо характеру решаемой задачи.

Еще большие трудности возникают при попытках определить истинные значения коэффициента отражения или излучения различных покрытий материалов и композиционных гелиотехнических элементов в естественных условиях при конкретной сложившейся запыленности или окисленности поверхности отражающего (излучающего) слоя или при частичной неравномерной увлажненности (обледенелости) конструкции; общего коэффициента излучения квазимонотонных конструкций, например, волнистого гелиоприемника со стекающими по желобкам струями жидкости-теплоносителя, рельефных конструкций, частично покрытых снегом, либо несплошным солнцезащитным слоем растительности и т.д.

С другой стороны, в космическом строительстве крайне важное значение приобретает решение задач инсоляции инженерных сооружений и аппаратов, что необходимо для оценки их радиационного теплообмена, приобретающего исключительные функции в условиях отсутствия атмосферы.

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является способ определения альбедо, включающий актинометрические наблюдения измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый органический фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей (см. например, Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, выпуск 5, Актинометрические наблюдения, часть 1. Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, М., 1997, с.88-96).

Недостатком известного способа является невысокая точность получаемых результатов вследствие наличия искажающего влияния на результаты измерения отражения неорганизованного неопределенно дифференцированного по отражательным характеристикам фона и/или неустранимого инородного включения центрального или расположенного относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом в пределах малого условного круга, радиус которого составляет до половины радиуса круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона.

Задачей изобретения является исключение искажающего влияния на результаты измерения отражения неорганизованного, неопределенно дифференцированного по отражательным характеристикам фона и неустранимого центрального или расположенного относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в т.ч. когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона.

Задача решается за счет того, что согласно первому варианту в способе определения альбедо, включающем актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора о чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в т. ч. когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки с внешним радиусом R, внутренним радиусом r, и альбедо фона А_ф и расположенной в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки, полностью перекрывающей инородное включение, или совокупности центральной круговой и не менее одной дополнительной кольцевой фоновых накладок, совместно перекрывающих инородные включения, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круг радиусом не менее R и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют основную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения по крайней мере отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой или совокупностью накладок, ее образующих и перекрывающих инородные включения, и собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента и находят А_изм, равное отношению измеренного значения отраженной радиации к падающей, а затем, используя полученные результаты, определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

где h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом. При этом до начала актинометрических наблюдений могут организовывать, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевой накладки внешним радиусом, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

Согласно второму варианту задача решается за счет того, что в способе определения альбедо, включающем актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, при этом эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона и наличием неорганизованного фона в пределах требуемого радиуса и возможности его перекрытия кольцевой экранирующей фоновой накладкой с внешним радиусом R, равным или большим требуемого радиуса, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки с внешним радиусом R, равным требуемому радиусу, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона А_ф и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки с альбедо фона, внутренним радиусом, равным радиусу r центральной круговой накладки, и внешним радиусом, равным внутреннему радиусу r_ф основной кольцевой накладки, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круг радиусом не менее R_тр, и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента и основной кольцевой фоновой накладкой обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо A_изм по формуле:

где А_экр - альбедо экрана, образованного всеми накладками;
А_фр - альбедо исследуемого фрагмента;

r - радиус центральной круговой накладки;
h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом;
α₁ - угол между нормалью, соединяющей центр исследуемого фрагмента с центром приемной поверхности датчика прибора (пиранометра) и наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом r;
α₂ - то же, с наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом R, а затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

При этом до начала актинометрических наблюдений могут организовывать, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевых накладок внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений, и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

Согласно третьему варианту задача решается за счет того, что в способе определения альбедо, включающем актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в т. ч. когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона наличием неорганизованного фона в пределах требуемого радиуса и отсутствием возможности перекрытия его кольцевой экранирующей фоновой накладкой с внешним радиусом, меньшим требуемого радиуса, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой экранирующей фоновой накладки с внешним радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона, и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки с альбедо фона А_ф, внутренним радиусом r и внешним радиусом r_ф, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круговой экран радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, и определяют альбедо экрана, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, а затем определяют значение А_изм ^I по формуле:
AIизм

= A_экр•sin²α₃+A_нф•cos²α₃,
затем удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента, основной кольцевой фоновой накладкой и расположенным за ее пределами неорганизованным фоном, обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо А_изм ^II по формуле:

а затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

При этом до начала актинометрических наблюдений могут организовывать, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевых накладок внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений, и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

При этом для всех трех вариантов, по крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку могут выполнять составной из нескольких концентрических, или секторных, или секторно-концентрических, или сегментных частей или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей; по крайней мере, одну фоновую накладку могут выполнять с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента; изменение альбедо могут принимать с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента; накладки могут выполнять гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков всех трех вариантов способа, состоит в исключении искажающего влияния на результаты измерения отражения неустранимого, центрального или расположенного относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, при этом эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен исследуемый фрагмент с наложенными фоновыми накладками для осуществления первого варианта способа;
на фиг. 2 - выполнение кольцевой накладки составной из концентрических частей;
на фиг. 3 - то же, из секторных частей;
на фиг. 4 - то же, из секторно-концентрических частей;
на фиг. 5 - то же, из сегментных частей;
на фиг. 6 - то же, из сочетания различных частей;
на фиг. 7 - исследуемый ограниченный фрагмент с уложенными накладками и дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент);
на фиг. 8 - исследуемый фрагмент с уложенными накладками для осуществления способа по второму варианту;
на фиг. 9 - то же, по третьему варианту.

Способ по первому варианту осуществляют следующим образом.

При актинометрических наблюдениях по всем вариантам осуществления способа проводят измерения с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации, или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации.

Перед измерениями фиксируют центр О исследуемого ограниченного фрагмента 1, имеющего неустранимое инородное включение 2 центральное или расположенное относительно центра О исследуемого фрагмента 1 с эксцентриситетом в пределах малого условного круга, радиус которого составляет до половины радиуса круга, вписанного в исследуемый фрагмент 1 с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона. Концентрично центру О располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки 3 с внешним радиусом R, внутренним радиусом r и альбедо фона А_ф и расположенной в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки 4, полностью перекрывающей инородное включение, или совокупности центральной круговой 3 и не менее одной дополнительной кольцевой фоновых накладок (на чертежах не показано), совместно перекрывающих инородное включение 2. При производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках 3 и 4, образующих в совокупности сплошной круг радиусом не менее R и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют основную кольцевую фоновую накладку 3 и производят повторные измерения по крайней мере отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой 4 или совокупностью накладок, ее образующих и перекрывающих инородное включение 2, и собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента и находят А_изм, равное отношению измеренного значения отраженной радиации к падающей. Используя полученные результаты, определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

где h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом.

При этом, до начала актинометрических наблюдений могут организовывать, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений 5 (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте 1, при этом на дополнительном посту 5 наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша 6 радиусом r и кольцевой накладки 7 внешним радиусом, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками, идентичными отражательным характеристикам накладок 3, 4 на исследуемом фрагменте 1, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

По крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку могут выполнять составной из нескольких концентрических 8, или секторных 9, или секторно-концентрических, или сегментных 10 частей или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей.

По крайней мере, одну фоновую накладку могут выполнять с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента.

Изменение альбедо могут принимать с увеличением от центра О исследуемого фрагмента 1 к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента.

Накладки могут выполнять гибкими, например, из пленки, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо.

Способ по второму варианту осуществляют следующим образом:
Перед измерениями фиксируют центр О исследуемого фрагмента 1, концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки 11 с внешним радиусом R, равным требуемому радиусу, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки 12, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки 13 с альбедо фона, внутренним радиусом, равным радиусу r центральной круговой накладки, и внешним радиусом, равным внутреннему радиусу r_ф основной кольцевой накладки. При производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круг радиусом не менее R, и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку 13 и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента, и основной кольцевой фоновой накладкой обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо А_изм по формуле:

где А_экр - альбедо экрана, образованного всеми накладками;
А_фр - альбедо исследуемого фрагмента;

r - радиус центральной круговой накладки;
h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом;
α_1/ - угол между нормалью, соединяющей центр исследуемого фрагмента с центром приемной поверхности датчика прибора (пиранометра) и наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом r;
α₂ - то же, с наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом R,
затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

При этом до начала актинометрических наблюдений могут организовывать по крайней мере один дополнительный контрольный пост наблюдений 5 (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту 5 наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша 6 радиусом r и кольцевых накладок 7 внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте 1, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений. Затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

По крайней мере одну кольцевую фоновую накладку могут выполнять составной из нескольких концентрических 8, или секторных 9, или секторно-концентрических, или сегментных 10 частей или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей.

По крайней мере одну фоновую накладку могут выполнять с концетрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента,
Изменение альбедо могут принимать с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента.

Накладки могут выполнять гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем, или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо (на чертежах не показано).

Способ по третьему варианту осуществляют следующим образом.

Перед измерениями фиксируют центр О исследуемого ограниченного фрагмента 1. Концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой экранирующей фоновой накладки 14 с внешним радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки 15, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки 16 с альбедо фона А_ф, внутренним радиусом r и внешним радиусом r_ф. При производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круговой экран радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, и определяют альбедо экрана, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, а затем определяют значение А_изм ^I по формуле
AIизм

= A_экр•sin²α₃+A_нф•cos²α₃,
затем удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку 16 и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента, основной кольцевой фоновой накладкой и расположенным за ее пределами неорганизованным фоном, обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо А_изм ^II по формуле:

а затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле:

При этом до начала актинометрических наблюдений могут организовывать, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений 5 (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша 6 радиусом r и кольцевых накладок 7 внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений; и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений, и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента.

По крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку могут выполнять составной из нескольких концентрических 8, или секторных 9, или секторно-концентрических, или сегментных 10 частей или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей.

По крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку могут выполнять с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента.

Изменение альбедо могут принимать с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента.

Накладки могут выполнять гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем, или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо.

Способ обеспечивает возможность получения достоверных значений альбедо ограниченного исследуемого фрагмента при расположении неустранимого инородного включения в пределах ограниченного фрагмента и наличия неорганизованного фона за пределами требуемого радиуса по условиям репрезентативности измерений (I вариант способа); при расположении неорганизованного фона за пределами радиуса центральной круговой накладки, перекрывающей инородное включение полностью, но в пределах требуемого радиуса, за пределами которого влияние фона меньше собственной погрешности приборов (II вариант способа); наличии неорганизованного фона в пределах требуемого радиуса, но невозможности его полного перекрытия до требуемого радиуса накладками по тем или иным конкретным условиям (III вариант способа).

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля интегральных параметров лучистого теплообмена мобильных и стационарных объектов окружающей среды. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в исключении искажающего влияния неустранимых инородных включений центрального или расположенного относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками. Варианты способа включают актинометрические наблюдения с измерением падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей. Измеряют по крайней море отраженную радиацию при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круговой экран радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, и определяют альбедо экрана, а затем определяют значение А_изм ^I по приведенной зависимости, затем удаляют фоновую накладку и производят повторные измерения и определяют значение альбедо А_изм ^II, а затем истинное значение альбедо по приведенным зависимостям. 3 с. и 15 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Способ определения альбедо, включающий актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, отличающийся тем, что при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в т.ч. когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки с внешним радиусом R, внутренним радиусом r и альбедо фона A_ф и расположенной в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона A_ф накладки, полностью перекрывающей инородные включения, или совокупности центральной круговой и не менее одной дополнительной кольцевой фоновых накладок, совместно перекрывающих инородное включение, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круг радиусом не менее R, и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют основную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой или совокупностью накладок, ее образующих и перекрывающих инородное включение, и собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента и находят А_изм, равное отношению измеренного значения отраженной радиации к падающей, а затем, используя полученные результаты, определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле
А_ист= А_изм+r²/h²( А_изм- А_экр),
где h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до начала актинометрических наблюдений организуют, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевой накладки и внешним радиусом, не меньшим требуемого радиуса и отражательными характеристиками, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку выполняют составной из нескольких концентрических, или секторных, или секторно-концентрических, или сегментных частей или из сочетаний, или комбинаций перечисленных выше частей. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что изменение альбедо принимают с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну фоновую накладку выполняют с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента. 6. Способ по любому из пп. 1- 5, отличающийся тем, что накладки выполняют гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем, или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо. 7. Способ определения альбедо, включающий актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, отличающийся тем, что при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в т.ч. когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона и возможности его перекрытия кольцевой экранирующей фоновой накладкой с внешним радиусом, равным или большим требуемого радиуса, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой фоновой накладки с внешним радиусом R, равным требуемому радиусу, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки с альбедо фона, внутренним радиусом, равным радиусу r центральной круговой накладки, и внешним радиусом, равным внутреннему радиусу r_ф основной кольцевой накладки, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круг радиусом на менее R, и определяют альбедо экрана А_экр, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, после чего удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента и основной кольцевой фоновой накладкой обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо А_изм по формуле

где А_экр - альбедо экрана, образованного всеми накладками;
А_фр - альбедо исследуемого фрагмента;



r - радиус центральной круговой накладки;
h - высота превышения приемной поверхности датчика над исследуемым фрагментом;
α₁ - угол между нормалью, соединяющей центр исследуемого фрагмента с центром приемной поверхности датчика прибора (пиранометра), и наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом r; α₂ - то же, с наклонной линией, соединяющей центр приемной поверхности датчика с точкой окружности радиусом R,
а затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что до начала актинометрических наблюдений организуют, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевых накладок внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку выполняют составной из нескольких концентрических, или секторных, или секторно-концентрических, или сегментных частей или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей. 10. Способ по любому из пп.7 - 9, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну фоновую накладку выполняют с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что изменение альбедо принимают с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента. 12. Способ по любому из пп.7 - 11, отличающийся тем, что накладки выполняют гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем, или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо. 13. Способ определения альбедо, включающий актинометрические наблюдения с измерением с помощью, по крайней мере, одного прибора с чувствительным термоэлектрическим датчиком падающей на исследуемый ограниченный фрагмент отражающей поверхности с дифференцированно отражающим фоном суммарной радиации или с помощью не менее чем двух приборов - ее составляющих - прямой и рассеянной радиации и отраженной от этого фрагмента радиации и определение альбедо по отношениям отраженной радиации к падающей, отличающийся тем, что при определении альбедо ограниченного фрагмента с неустранимым центральным или расположенным относительно центра исследуемого фрагмента с эксцентриситетом инородного по отражательным характеристикам включения и различными вариантами сложного неорганизованного отражающего фона с неопределенно дифференцированными отражательными характеристиками, в том числе когда эксцентриситет инородного включения составляет не более половины радиуса малого условного круга, вписанного в исследуемый фрагмент с внутренним касанием не менее чем к трем точкам наиболее близких к центру исследуемого фрагмента границ обрамляющего его неорганизованного фона и отсутствием возможности перекрытия его кольцевой экранирующей фоновой накладкой с внешним радиусом, меньшим требуемого радиуса, перед измерениями фиксируют центр исследуемого ограниченного фрагмента и концентрично ему располагают приспособление для стабилизации отражения в виде основной кольцевой экранирующей фоновой накладки с внешним радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, внутренним радиусом r_ф, равным расстоянию от центра исследуемого фрагмента до ближайшей точки неорганизованного фона, и альбедо фона и расположенных в ее проеме фоновой центральной круговой радиусом r и альбедо фона А_ф накладки, полностью перекрывающей инородное включение, и дополнительной кольцевой фоновой накладки с альбедо фона А_ф, внутренним радиусом r и внешним радиусом r_ф, а при производстве актинометрических наблюдений измерение, по крайней мере, отраженной радиации производят при установленных накладках, образующих в совокупности сплошной круговой экран радиусом R_ф, меньшим требуемого радиуса, и определяют альбедо экрана, равное отношению отраженной экраном радиации к падающей, а затем определяют значение A_изм ^I по формуле
AIизм

= A_экр•sin²α₃+A_нф•cos²α₃,
затем удаляют дополнительную кольцевую фоновую накладку и производят повторные измерения, по крайней мере, отраженной радиации, включающей потоки радиации, отраженной центральной круговой накладкой, перекрывающей инородное включение, собственно отражающей поверхностью исследуемого фрагмента, основной кольцевой фоновой накладкой и расположенным за нее пределами неорганизованным фоном, обрабатывают результаты измерений и определяют значение альбедо A_изм ^II по формуле

где A_нф - альбедо неорганизованного фона,
а затем определяют истинное значение альбедо исследуемого фрагмента по формуле

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что до начала актинометрических наблюдений организуют, по крайней мере, один дополнительный контрольный пост наблюдений (фрагмент), на котором производят измерения отраженной радиации параллельно измерениям на исследуемом фрагменте, при этом на дополнительном посту наблюдений перед измерениями укладывают сплошной круг из фоновых центрального вкладыша радиусом r и кольцевых накладок внешним радиусом наибольшей, не меньшим требуемого радиуса, и отражательными характеристиками накладок, идентичными отражательным характеристикам накладок на исследуемом фрагменте, и по результатам измерений определяют уточненное значение альбедо экрана по состоянию отражающей поверхности фоновых накладок, по крайней мере, к началу серии наблюдений, и/или на различных этапах наблюдений, и/или с учетом влияния облачности и высоты солнца в момент производства измерений и затем используют полученное уточненное значение альбедо экрана при определении истинного значения альбедо исследуемого фрагмента. 15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку выполняют составной из нескольких концентрических, или секторных, или секторно-концентрических, или сегментных частей, или из сочетаний или комбинаций перечисленных выше частей. 16. Способ по любому из пп.13 - 15, отличающийся тем, что, по крайней мере, одну кольцевую фоновую накладку выполняют с концентрически неоднородным альбедо - плавно или ступенчато изменяющимся по радиусу, исходящему из центра исследуемого фрагмента. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что изменение альбедо принимают с увеличением от центра исследуемого фрагмента к его периферии или наоборот в зависимости от соотношения отражательных характеристик альбедо фона и альбедо исследуемого фрагмента. 18. Способ по любому из пп.13-17, отличающийся тем, что накладки выполняют гибкими, или жесткими, или полужесткими, или комбинированными, или гибкими с контурным и/или внутренним каркасом, или композиционными по структуре, или с накладным отражающим слоем, или с комплектом сменных отражающих слоев с различным альбедо.