專利名稱：熱紅外下行輻射測定裝置及其測定方法
技術領域：
本發明屬于定量紅外遙感檢測領域，具體涉及一種熱紅外下行輻射測定裝置及其測定方法。
背景技術：
熱紅外下行輻射分為以下兩種，I)天空熱紅外下行輻射；測定裝置設置在在無遮蔽環境中，測定裝置周圍沒有高大的樓房和樹木等遮蔽物，這種環境下測得的熱輻射稱為天空熱紅外下行輻射。
2)環境輻射照度；測定裝置設置在郁閉環境中，即測定裝置與天空之間存在遮蔽物，此時測得的熱輻射稱為環境輻射照度，它包括天空的熱紅外下行輻射，還有周圍郁閉物體的下行輻射。目前，熱紅外下行輻射的測定方法包括如下幾種I)以裸亞光鍍金蓋板進行測定，然后用熱電偶溫度計在裸亞光鍍金蓋板表面測定表面溫度，再扣除鍍金版的自身發射值。該方法的缺點是表面溫度測量精度較低。2)用紅外測溫儀對天空不同角度測定值得積分或對37度天頂角進行測定。該方法的缺點是當天空有云或有高大建筑或樹木遮蔽天空時，將引起很大的測量誤差。3)運用地面氣象臺站的空氣溫度和空氣濕度的經驗公式進行推算。該方法是一種反演方法，不是直接測量，是在缺乏觀測數據時所采用的方法，測量精度較低。
發明內容
本發明為了解決現有技術中采用裸亞光鍍金蓋板直接進行溫度測量的方法精度較低的問題，提供了一種熱紅外下行輻射測定裝置及其測定方法。測定裝置的設計思路如下熱紅外下行輻射測定裝置，其包括容水器5，亞光鍍金蓋板I、熱電偶放置槽2、熱電偶傳感器4、熱電偶測溫儀主機11以及熱紅外輻射計；所述熱電偶傳感器4通過導線與所述熱電偶測溫儀主機11相連接，所述容水器5為一個頂部敞開的盒狀結構，所述亞光鍍金蓋板I設置在所述容水器5上表面，作為所述容水器5的蓋板；所述熱電偶放置槽2設置在所述亞光鍍金蓋板I下表面，所述熱電偶傳感器4固定設置在所述熱電偶放置槽2內；為了達到更好的測量效果，熱電偶傳感器4設置在熱電偶放置槽2的槽面頂端。所述熱電偶傳感器4輸出的電信號通過導線傳輸至所述熱電偶測溫儀主機11 ；
所述熱紅外輻射計對準所述亞光鍍金蓋板I上表面，且所述熱紅外輻射計與所述亞光鍍金蓋板I的夾角為30 45度。在測量過程中，與熱電偶傳感器4緊密接觸的鍍金壓板3完全浸泡在具有大熱容量的水里，使得鍍金壓板3的溫度不隨大氣湍流影響而波動，提高了測量亞光鍍金鈑I出射輻射的精度。所述亞光鍍金蓋板I的形狀為四邊形；
所述熱電偶放置槽2的數量為2個，2個所述熱電偶放置槽2在所述亞光鍍金蓋板I下表面的分布方式為平行分布，或十字交叉分布；所述熱電偶傳感器4的數量可以設計為3 6個。在具體實施中，所述亞光鍍金蓋板I的形狀為正方形；所述熱電偶傳感器4的數量為4個，每個所述熱電偶放置槽2上均設置有2個所述熱電偶傳感器4 ;4個所述熱電偶傳感器4分別設置在與所述亞光鍍金蓋板I的中心等距離位置處，且相鄰2個所述熱電偶傳感器4之間的距離為所述亞光鍍金蓋板I邊長的1/3。各所述熱電偶放置槽2的形狀均相同，且所述熱電偶放置槽2的深度小于或等于所述亞光鍍金蓋板I厚度的1/2 ；所述熱電偶傳感器4設置在所述熱電偶放置槽2內，且貼緊所述亞光鍍金蓋板I的下表面。所述測定裝置包括壓片3 ;所述壓片3的形狀與所述熱電偶放置槽2的槽型相匹配，所述壓片3設置在所述熱電偶放置槽2的槽面上，并與所述熱電偶放置槽2緊密配合連接;為了確保熱電偶傳感器4測得的溫度與亞光鍍金蓋板蓋I的上表面溫度一致，壓片3緊頂住熱電偶傳感器4，并將所述熱電偶傳感器4固定在所述熱電偶放置槽2底面上。即是使熱電偶傳感器4的靈敏點緊壓在熱電偶放置槽2的槽面上，由于亞光鍍金蓋板I下表面浸泡在容水器5里，且熱電偶放置槽2的槽面與亞光鍍金蓋板I的上表面的間距很小，加上大熱容量水的浸泡，能夠保持亞光鍍金蓋板I上表面與熱電偶放置槽2的槽面溫度相
坐寸ο在具體實施中，使熱電偶傳感器4緊密接觸熱電偶放置槽2底面，可以迅速測出熱電偶放置槽2的底面溫度，由于大熱容量的水，也就迅速測出亞光鍍金蓋板I的下表面溫度。所述測定裝置包括溢水存放槽10以及水平儀8 ；所述溢水存放槽10包圍設置在所述容水器5外側。所述水平儀8與所述亞光鍍金蓋板I處于同一水平面上，以保持鍍金亞光鈑I的上表面水平，提高測量大氣下行輻射的精度。所述測定裝置包括空心轉動軸6以及導線集合轉向管7 ；所述空心轉動軸6與所述亞光鍍金蓋板I相連接，所述亞光鍍金蓋板I以所述空心轉動軸6為軸心轉動；所述熱電偶傳感器4上分別引出正極導線和負極導線，所述正極導線、負極導線通過所述空心轉動軸6以及導線集合轉向管7與熱電偶測溫儀主機11相連接。
所述測定裝置包括防溢水漏斗9 ；所述防溢水漏斗9與所述溢水存放槽10頂端相連通，所述防溢水漏斗9底部設有排水孔。所述熱電偶測溫儀主機11包括顯示屏12、量程轉換按鈕13、正負極接線孔14以及電源開關；所述顯示屏12、量程轉換按鈕13分別與所述電源開關相連接，所述熱電偶傳感器4的正極導線、負極導線分別與所述正負極接線孔14相連接；在具體實施中，為了便于設備的攜帶，本測定裝置還包括機座15，亞光鍍金蓋板
I、容水器5、防溢水漏斗9、溢水存放槽10以及所述熱電偶測溫儀主機11分別嵌入設置在所述機座15中，整個測定裝置為一體結構；所述機座15下表面設有4個調平螺絲腳。
利用熱紅外下行輻射測定裝置實現的測定方法，利用所述熱電偶測溫儀主機11采集所述熱電偶傳感器4的熱信號，將熱信號通過熱電信號轉換和處理后，得到所述亞光鍍金蓋板I上表面的黑體輻射B ；采用熱紅外輻射計測得所述亞光鍍金蓋板I的輻射溫度M，根據公式計算出天空下行輻射E或環境輻射照度E ；所述測定方法的步驟為，步驟1，測定環境設定步驟，將所述測定裝置安裝在無遮蔽環境或郁閉環境中；若安裝在無遮蔽環境中，測得的是天空熱紅外下行輻射；若安裝在郁閉環境中，測得的是天空以及郁閉環境的下行輻射，即環境輻射照度；步驟2,設置裝置步驟，將所述熱電偶傳感器4正、負極導線插入所述熱電偶測溫儀主機11的正負極接線孔14 ;調節所述調平螺絲腳，使所述水平儀8指向水平位置；將所述熱紅外輻射計安裝在三腳架上，并對準所述亞光鍍金蓋板I ;步驟3，注水步驟，轉動所述空心轉動軸6以打開所述容水器5頂部的亞光鍍金蓋板1，并向容水器5中注水，直至所述容水器5中的水滿溢并充滿所述溢水存放槽10為止；將所述亞光鍍金蓋板I蓋封住所述容水器5，使所述熱電偶傳感器4的壓片3完全浸泡在水中；注入水的溫度與所述步驟I中測得的現場環境溫度相等或相近；浸泡所述熱電偶傳感器10 20分鐘，使所述熱電偶傳感器4的溫度與所述亞光鍍金蓋板I的上表面溫度均與水溫相等；步驟4，測量步驟，測量所述亞光鍍金蓋板I上表面的溫度值；測量過程為，啟動所述熱電偶測溫儀主機11，所述熱電偶傳感器4采集到所述亞光鍍金蓋板I下表面溫度后，在所述顯示屏12上輸出所述亞光鍍金蓋板I下表面的黑體溫度值，從而得到與所述亞光鍍金蓋板I下表面溫度相等的上表面溫度，即得到所述亞光鍍金蓋板I上表面的黑體輻射B;步驟5,分析計算步驟，
計算天空下行輻射E或環境輻射照度E ；計算過程為，開啟所述熱紅外輻射計，測得所述亞光鍍金蓋板I的出射輻射度M，并通過公式I計算出天空下行輻射E或環境輻射照度E ；
權利要求
1.熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述裝置包括容水器(5)，亞光鍍金蓋板(I)、電偶放置槽(2)、熱電偶傳感器(4)、熱電偶測溫儀主機(11)以及熱紅外輻射計；所述熱電偶傳感器(4)通過導線與所述熱電偶測溫儀主機(11)相連接； 所述容水器(5)為一個頂部敞開的盒狀結構，所述亞光鍍金蓋板(I)設置在所述容水器(5)上表面，作為所述容水器(5)的蓋板； 所述熱電偶放置槽(2 )設置在所述亞光鍍金蓋板(I)下表面，所述熱電偶傳感器(4 )固定設置在所述熱電偶放置槽(2)內； 所述熱電偶傳感器(4)輸出的電信號通過導線傳輸至所述熱電偶測溫儀主機(11);所述熱紅外輻射計對準所述亞光鍍金蓋板(I)上表面，且所述熱紅外輻射計與所述亞光鍍金蓋板(I)的夾角為30 45度。
2.根據權利要求I所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述亞光鍍金蓋板(I)的形狀為四邊形； 所述熱電偶放置槽(2 )的數量為2個，2個所述熱電偶放置槽(2 )在所述亞光鍍金蓋板(I)下表面的分布方式為平行分布，或十字交叉分布； 所述熱電偶傳感器(4)的數量為3 6個。
3.根據權利要求2所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述亞光鍍金蓋板(I)的形狀為正方形； 所述熱電偶傳感器(4)的數量為4個，每個所述熱電偶放置槽(2)上均設置有2個所述熱電偶傳感器(4)； 4個所述熱電偶傳感器(4)分別設置在與所述亞光鍍金蓋板(I)的中心等距離位置處，且相鄰2個所述熱電偶傳感器(4)之間的距離為所述亞光鍍金蓋板(I)邊長的1/3。
4.根據權利要求1、2、3之一所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 各所述熱電偶放置槽(2)的形狀均相同，且所述熱電偶放置槽(2)的深度小于或等于所述亞光鍍金蓋板(I)厚度的1/2 ； 所述熱電偶傳感器(4 )設置在所述熱電偶放置槽(2 )內，且貼緊所述亞光鍍金蓋板(I)的下表面。
5.根據權利要求4所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述測定裝置包括壓片(3);所述壓片(3)的形狀與所述熱電偶放置槽(2)的槽型相匹配，所述壓片(3 )設置在所述熱電偶放置槽(2 )的槽面上，并與所述熱電偶放置槽(2 )緊密配合連接； 所述壓片(3 )緊頂住所述熱電偶傳感器(4 )，并將所述熱電偶傳感器(4 )固定在所述熱電偶放置槽(2)底面上。
6.根據權利要求I所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述測定裝置包括溢水存放槽(10)以及水平儀(8)； 所述溢水存放槽(10)包圍設置在所述容水器(5)外側； 所述水平儀(8 )與所述亞光鍍金蓋板(I)處于同一水平面上。
7.根據權利要求6所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述測定裝置包括空心轉動軸(6)以及導線集合轉向管(7)；所述空心轉動軸(6 )與所述亞光鍍金蓋板(I)相連接，所述亞光鍍金蓋板(I)以所述空心轉動軸(6)為軸心轉動； 所述熱電偶傳感器(4)上分別引出正極導線和負極導線，所述正極導線、負極導線通過所述空心轉動軸(6)以及導線集合轉向管(7)與熱電偶測溫儀主機(11)相連接。
8.根據權利要求6所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述測定裝置包括防溢水漏斗(9)； 所述防溢水漏斗(9)與所述溢水存放槽(10)頂端相連通，所述防溢水漏斗(9)底部設有排水孔。
9.根據權利要求8所述的熱紅外下行輻射測定裝置，其特征在于 所述熱電偶測溫儀主機(11)包括顯示屏(12)、量程轉換按鈕(13)、正負極接線孔(14)以及電源開關； 所述顯示屏(12)、量程轉換按鈕(13)分別與所述電源開關相連接，所述熱電偶傳感器(4)的正極導線、負極導線分別與所述正負極接線孔(14)相連接； 本測定裝置還包括機座(15),亞光鍍金蓋板(I)、容水器(5)、防溢水漏斗(9)、溢水存放槽(10 )以及所述熱電偶測溫儀主機(11)分別嵌入設置在所述機座(15 )中，整個測定裝置為一體結構；所述機座(15)下表面設有4個調平螺絲腳。
10.利用權利要求I 9之一所述的熱紅外下行輻射測定裝置實現的測定方法，利用所述熱電偶測溫儀主機(11)采集所述熱電偶傳感器(4 )的熱信號，將熱信號通過熱電信號轉換和處理后，得到所述亞光鍍金蓋板(I)上表面的黑體輻射B ; 采用熱紅外輻射計測得所述亞光鍍金蓋板(I)的出射輻射度M，根據公式計算出天空下行輻射E或環境輻射照度E ； 所述測定方法的步驟為， 步驟I，測定環境設定步驟， 將所述測定裝置安裝在無遮蔽環境或郁閉環境中； 若安裝在無遮蔽環境中，測得的是天空熱紅外下行輻射； 若安裝在郁閉環境中，測得的是天空以及郁閉環境的下行輻射，即環境輻射照度； 步驟2，設置裝置步驟， 將所述熱電偶傳感器(4)正、負極導線插入所述熱電偶測溫儀主機(11)的正負極接線孔(14);調節所述調平螺絲腳，使所述水平儀(8)指向水平位置； 將所述熱紅外輻射計安裝在三腳架上，并對準所述亞光鍍金蓋板(I); 步驟3，注水步驟， 轉動所述空心轉動軸(6)以打開所述容水器(5)頂部的亞光鍍金蓋板(1)，并向容水器(5)中注水，直至所述容水器(5)中的水滿溢并充滿所述溢水存放槽(10)為止；將所述亞光鍍金蓋板(I)蓋封住所述容水器(5)，使所述熱電偶傳感器(4)的壓片(3)完全浸泡在水中； 注入水的溫度與所述步驟I中測得的現場環境溫度相等或相近； 浸泡所述熱電偶傳感器(4) 10 20分鐘，使所述熱電偶傳感器(4)的溫度與所述亞光鍍金蓋板(I)的上表面溫度均與水溫相等； 步驟4，測量步驟，測量所述亞光鍍金蓋板(I)上表面的溫度值； 測量過程為，啟動所述熱電偶測溫儀主機(11)，所述熱電偶傳感器(4)采集到所述亞光鍍金蓋板(I)下表面溫度后，在所述顯示屏(12 )上輸出所述亞光鍍金蓋板(I)下表面溫度值，從而得到與所述亞光鍍金蓋板(I)下表面溫度相等的上表面溫度，即得到所述亞光鍍金蓋板(I)上表面的黑體輻射B ； 步驟5，分析計算步驟， 計算天空下行輻射E或環境輻射照度E ； 計算過程為，開啟所述熱紅外輻射計，測得所述亞光鍍金蓋板(I)的出射輻射度M，并通過公式(I)計算出天空下行輻射E或環境輻射照度E ；h/i — εΒ· Ε=^Γ ⑴； 其中，ε為測得的所述亞光鍍金蓋板(I)的發射率;M為測得的所述亞光鍍金蓋板(I)的出射輻射度；Β為測得的所述亞光鍍金蓋板(I)上表面的黑體輻射。
全文摘要
本發明為環境熱紅外輻射照度測定裝置及其測定方法，該測定裝置包括亞光鍍金蓋板、熱電偶放置槽、熱電偶傳感器、容水器、熱電偶測溫儀主機及熱紅外輻射計；熱電偶放置槽在亞光鍍金蓋板下表面銑出，其開口向下，熱電偶傳感器設置在熱電偶放置槽中；亞光鍍金蓋板設置在容水器頂部，熱電偶放置槽的頂端高度低于水容器上沿；熱電偶傳感器與熱電偶測溫儀電連接；該測定方法是運用熱電偶采集并計算亞光鍍金蓋板上表面黑體輻射，運用紅外輻射計測定亞光鍍金蓋板的出射輻射度，并通過轉換公式得到天空熱紅外下行輻射或環境熱紅外輻射照度；本發明是直接測量天空半球積分下行輻射的唯一裝置，本發明極大提升了裸亞光鍍金蓋板外表面溫度測量的精確度。
文檔編號G01J5/12GK102879107SQ20121036246
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者張仁華, 邵全琴, 樊江文, 邴龍飛 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所