氣象用太陽輻射計量儀表檢定系統(tǒng)研究.pdf

1、氣象用太陽輻射計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)測設備，在全球地面輻射基準站網(wǎng)中得到了廣泛應用。隨著我國氣象用觀測水平的提高，對太陽輻射計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量儀表檢定系統(tǒng)的研究已迫在眉睫，氣象用太陽輻射計量儀表是為全球氣候變化提高準確數(shù)據(jù)、對氣象做出準確預報不可缺少的重要設備。因此氣象用太陽輻射計量儀表的檢定問題是太陽輻射計量儀表研制和生產(chǎn)中啜待解決的難題。而我國檢定設備的落后是制約我國

2、研制和生產(chǎn)太陽輻射計量儀表的瓶頸。為此本文在對太陽輻射計量儀表檢定的各種方法和解決途徑的研究基礎上，以提高檢定精度和檢定效率為目標，研制了一種新型多功能氣象用太陽輻射計量儀表檢定系統(tǒng)，以解決太陽輻射計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)高等級太陽輻射計量儀表具有重要意義和應用價值。
　　在對太陽輻射理論和太陽運動理論的研究基礎上，采用太陽模擬器技術和多自由度工作臺，提出了一種新

3、型多功能氣象用太陽輻射計量儀表檢定系統(tǒng)的總體設計方案，實現(xiàn)了對待檢儀表的靈敏度、非線性誤差、方位響應誤差、余弦響應誤差和傾斜響應誤差等各項參數(shù)的檢定。氣象用太陽輻射計量儀表檢定系統(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；多維工作臺能夠為檢定系統(tǒng)提供所需各種功能動作模擬不同的太陽角，兩者集成共同實現(xiàn)了對氣象用太陽輻射計量儀表的標定。
　　為了獲得均勻穩(wěn)定并和太陽光譜相似的光輻射，設計了由短

4、弧氙燈、氙燈光源、橢球面聚光鏡、反射鏡、光學積分器、準直物鏡、光學濾光片和光學衰減片所組成的同軸準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)。設計一種全光譜濾光片對氙燈光譜進行修正，以提高光譜匹配度；為了擴大輸出輻照強度的調(diào)節(jié)范圍，采用光學衰減片以彌補氙燈低功率調(diào)節(jié)下影響輻照穩(wěn)定性的缺陷。并用Lighttools光學照明設計軟件對光學系統(tǒng)建模仿真與分析，得出了光學元件相互位置關系對輸出輻照均勻性的影響規(guī)律，對太陽模擬器光學系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試具有指導意義

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