氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)研究.pdf

1、氣象用太陽輻射計(jì)量儀表作為一種記錄某區(qū)域地面接收太陽輻照量的監(jiān)測設(shè)備，在全球地面輻射基準(zhǔn)站網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著我國氣象用觀測水平的提高，對太陽輻射計(jì)量儀表的測量精度提出了更高的要求，新型氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)的研究已迫在眉睫，氣象用太陽輻射計(jì)量儀表是為全球氣候變化提高準(zhǔn)確數(shù)據(jù)、對氣象做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)不可缺少的重要設(shè)備。因此氣象用太陽輻射計(jì)量儀表的檢定問題是太陽輻射計(jì)量儀表研制和生產(chǎn)中啜待解決的難題。而我國檢定設(shè)備的落后是制約我國

2、研制和生產(chǎn)太陽輻射計(jì)量儀表的瓶頸。為此本文在對太陽輻射計(jì)量儀表檢定的各種方法和解決途徑的研究基礎(chǔ)上，以提高檢定精度和檢定效率為目標(biāo)，研制了一種新型多功能氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)，以解決太陽輻射計(jì)量儀表投入使用前的等級檢定難題，其可用于高等級太陽輻射計(jì)量儀表的室內(nèi)檢定，對我國研制和生產(chǎn)高等級太陽輻射計(jì)量儀表具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　在對太陽輻射理論和太陽運(yùn)動理論的研究基礎(chǔ)上，采用太陽模擬器技術(shù)和多自由度工作臺，提出了一種新

3、型多功能氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對待檢儀表的靈敏度、非線性誤差、方位響應(yīng)誤差、余弦響應(yīng)誤差和傾斜響應(yīng)誤差等各項(xiàng)參數(shù)的檢定。氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)主要由太陽模擬器和多維工作臺組成。太陽模擬器為檢定系統(tǒng)提供均勻穩(wěn)定的模擬太陽光輻射；多維工作臺能夠?yàn)闄z定系統(tǒng)提供所需各種功能動作模擬不同的太陽角，兩者集成共同實(shí)現(xiàn)了對氣象用太陽輻射計(jì)量儀表的標(biāo)定。
　　為了獲得均勻穩(wěn)定并和太陽光譜相似的光輻射，設(shè)計(jì)了由短

4、弧氙燈、氙燈光源、橢球面聚光鏡、反射鏡、光學(xué)積分器、準(zhǔn)直物鏡、光學(xué)濾光片和光學(xué)衰減片所組成的同軸準(zhǔn)直式太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)一種全光譜濾光片對氙燈光譜進(jìn)行修正，以提高光譜匹配度；為了擴(kuò)大輸出輻照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍，采用光學(xué)衰減片以彌補(bǔ)氙燈低功率調(diào)節(jié)下影響輻照穩(wěn)定性的缺陷。并用Lighttools光學(xué)照明設(shè)計(jì)軟件對光學(xué)系統(tǒng)建模仿真與分析，得出了光學(xué)元件相互位置關(guān)系對輸出輻照均勻性的影響規(guī)律，對太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試具有指導(dǎo)意義

5、。
　　依據(jù)已確定的光學(xué)系統(tǒng)并結(jié)合要完成的檢定項(xiàng)目對氣象用太陽輻射計(jì)量儀表檢定系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對太陽模擬器工作時(shí)出現(xiàn)的熱集中現(xiàn)象，確定了采用雙風(fēng)道強(qiáng)迫空氣冷卻手段，以提高太陽模擬器內(nèi)外的熱交換能力。在對太陽模擬器關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元熱分析的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理改進(jìn)和優(yōu)化。通過對聚光鏡熱分析發(fā)現(xiàn)，位于第一焦點(diǎn)附近熱集中導(dǎo)致聚光鏡出瞳產(chǎn)生縮口變形，為此在鏡壁外側(cè)增加散熱片以提高散能力。經(jīng)對積分器和視場光闌進(jìn)行了熱變形分