Устройство для измерения составляющих радиационного баланса Советский патент 1979 года по МПК G01W1/12 

Т1зобретеиие относится к гидрометеорологическому приборостроению и предаазиачено для измерения составляющих радиационного баланса лугастой энергии (Солнца.

Известны устройства, позволяющие производить измерение отдельных компонентов срставляющих радиационного баланса лучистой Miepтии Солнца 1,2, а также приспособление для установки датчиков - актинометрическая стойка М-13-а 3.

Применение актинометрической стойки предполагает использование одновременно нескольких устройств, позволяющих измерять отдельные составляющие радиационного баланса, которые располагаются на ней. Поэтому актниометрическая стойка с укрего1е1шыми на ней измерительными устройствами - наиболее близкое к йзобретенню техническое решение. Стойк представляет собой вертикальную опору, выполненную в виде полой трубы, нижний конец которой закапывают в землю. На опоре крепится верхняя часть стойки, состоящая из вертикальной и горизонтальной труб. Вертикальная труба своим нижним концом yKpeiuieHa

на подшипниках, вследствие чего обе трубы могут быть вручную nt)BepHyTbi вокруг неподвижного основания. На горизонтальной трубе устанавливают различные актинометрические датчики и теневые экраны. Однако это устройство, во-первых, позволяет производить измерение потока лучистой энергии Солнца толь ко в фиксированной точке; производство наблюдений этим устройством с двиясущегося объекта, например с дрейфующего льда, сопряжено с определеняы.мн трудностями, поскольку оно не позволяет учитывать изменения высоты Солнца и его Азимут при движении объекта. Следует добавить,гго высота Солнца и его азимут №1 дрейфующем льду быстро меняются при движении и вращении льдины; во-вторых устройство позволяет производить измерения : составлякнцих радиационного баланса в ручном режиме, что значительно снижает возможность его широкого использования как на сети Гидрометслужбы, так и для производства специальных наблюдений, а также обуславливает определенную погрепшость из1мерений; кроме того, постоянно момется расстояние между акпшометрическими датчиками и подстилающей поверхностью в ЗИМ1ШХ условиях, тогда как актинометрические измерения должны произвоЙиться всегда на одной и той же высоте над под стилающей поверхностью - 1,5 м. Это требование не всегда может быть выполнено. В жмний период, когда подстилающая поверхность под стойкой заносится снегом, расстояние между ней и датчиками постоянно уменьшается, вследствие чего измерения не соответствуют истинным значениям интенстности солнечной радиации. Целью изобретения является -автоматизация процесса измерения составляющих радиационного баланса и повьшюние точности. В/ вписываемом устройстве это достигается тем, что оно снабжено двумя фотоэлектрическими гфеобразователями слежения за высотой и азимутом Солнца, каждый с двумя диаметрально расположенными и встречно включенными фото элементами, связанными через усилитель с механизмом поворота стержня, причем актино1уретр для измерения прямой солнечной ,радиации устайовлен на стержне параллельно оптическим плоскостям этих преобразователей, а теневые экраны кинематически связаны споворотным стержнем. При этом механизм поворота стержня снабжен узлом двустороннего реверса, что обеспечивает плавный автоматический поворот корпуса по азимуту на 360° и возвращение его в исходное положение. В итог это позволяет избегать порчи кабельных линий. Кроме того, для достижения постоянства расстояния Между актинометрическими датчиками и подстилающей поверхностью стойка-опора вы полнена разъемной в виде двух полых труб, вставленных одна в другую. Трубы снабжены сквознь1ми отверстиями для их фиксации ЩПЛИНТО1Й.. . На чертеже схематически показано описываемое устройство. Оно содержит ра зъемную вертикальную стой ку-опору 1, корпус 2 с размещенным внутри него стержнем 31На стержне 3, кинематически связанном с. механизмом поворота (узлом 4 поворота по азимуту, узлом 5 поворота по вы соте Солнца и двусторонним реверсом 6),укреп лены устройство для. измерения прямой радиации (актинометр) 7, теневые экраны 8 и фот э ектрический преобразователь 9 слежения по :вь1соте СЬлнца. На корпусе 2 установлены устройство 10 для измерения суммарной радиации (пиранометр), устройство 11 - для рассеянной радиации (пиранометр), устройство 12 - для отраженной радиации (пиранометр), устройство 13 - для радиационного баланса (балансомер) и фотоэлектрический преобразователь 14 слеже ния по азимуту. Кроме того, устройство сиабжено электронным усилителем 15, блоком 16 1шгания, а также ручным пультом 17 управления, являющимся частью механизма поворота, -кабельными линиями 18 и 19 соответственно для системы слежения и для актинометрических датчиков. Для установки корпуса в горизонтальной плоскости устройство снабжено пузырьковым уровнем 20 и регулировочными винтами 21. При освещении Солнцем преобразователя 9, yi-Ол обзора которого более полусферы, на его диаметрально расположенных встречно включенных фотоэлементах возникает напряжение, величина и знак которого зависят от преобладания освещенности каждого из них. Это напряжение по кабельной линии 18 поступает на вход электронного усилителя 15, где усиливается, инвертируется, ограничивается по дарогу (триггер Шмидта), после чего через ключ управления вращения электродвигателя и кабельную линию поступает на электродвигатель, которьгй расположен в стойке и кинематичесйи связан с преобразователем 9. Электродвигатель при наличии сигнала с преобразователем 9 начинает вращать (металлический стержень, на котором укреплены актинометр и теневые экраны, обеспечивая наведение его оптической плоскости и теневых экранов на СЬлнцё. Аналогично работает и канал с преобразователем 14 по азимуту. Разница лигш. в том, что он дает сигнал для вращения корпуса стойки в сторону больщей освещенности до тех пор, пока Солнце не оказьшается в оптимальной плоскости этого датчика, т.е. пока напряжения на фотоэлементах датчика не становятся равными. В момент ориентации преобразователей 9 и 14 на Солнце напряжение на фотоэлементах становится равным нулю, электродвигатели обесточиваются и корпус с установленными на нем актинометрическими датчиками останавливается. Приборы готовы к снятию с них показаний. Устройство снабжено также ручным пультом управления, что позволяет менять режим измерений, т.е: переходить с автоматического режима на ручной и обратно. Оно обеспечивает сохран юсть кабельных линий от перетирания при повороте корпуса, так как снабжено узлом автоматического двустороннего реверса, который фабатьтает, после полного оборота корпуса устройства по азимуту (360°), и возвращает его в исходное положение. Формула изобретения 1.Устройство для измерения составляющих адиационного баланса, содержащее стойкурпору, горизонтально установленный поворотный

стержень, актинометрические устройства и теневые экраны, отличагошееся тем, что, с целью повышения ючности к автоматизации |Измерений, оно снабжено двумя фотоэлектрическими преобразователями слежения за высотой и азимутом Солнца, каждый с двумя диаметрально расположенными и встречно включенными фотоэлементами, связанными через усилитель с механизмом поворота стержня, причем актинометр для измерения прямой солнечной радиации установлен на стержнепараллельно оптическим плоскостям этих преобразователей, а теневые экраны кинематически связаны с поворотным стержнем.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в нем механизм поворота стержня снабжен углом автоматического двустороннего реверса.

3, Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что, с целью обеспечения постоянства расстояния между измерительными устройствами и подсталаюшей поверхностью, стойка-опора выполнена в виде вставленных одна в .другую полых труб с приспособлением для их взаимной фиксации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство N 308399, кл. G 01 W 1/12, 1973.

2.Патент Франции N 2267558, кл.СО W 1/12 1975.

3. Руководство гидрометеостанциями по акпснометрическим наблюдениям. Гидрометиздат:. Л., 1971, с. 48-51.