辐射自动观测传感器原理组成与检查维护

文章针对辐射自动观测传感器的原理类型,重点介绍了总辐射表、直接辐射表、长波辐射表、净全辐射表、紫外辐射表和光合有效辐射表的结构组成,分析了观测数据的采样算法,并列举出观测保障中传感器的日常维护和重点检查方法,确保辐射传感器稳定运行,为开展辐射自动观测提供理论与技术支撑。

320m气象塔太阳辐射梯度观测

该文介绍了利用北京 32 0m气象塔进行太阳辐射梯度测量的仪器装置和初步观测结果。实验表明 ,自行设计制造的太阳辐射自动观测系统 (包括自动太阳跟踪器和数据采集系统 )运行可靠 ,可满足观测要求。初步实验观测结果表明 ,地面与 32 0m高度之间的辐射衰减明显 ,在极晴好天气下太阳直接辐射在中午时段相差仅 10W/m2 左右 ,而在近地面污染严重的条件下其相对差值最大可达 14 0W/m2 左右。在晴好天气下总紫外辐射高空与地面相对差值很小 ;在大气能见度差时总紫外辐射值减少 ,但是高空与地面的差值相对加大。

直接辐射表性能测试研究

根据WMO关于直接辐射表性能指标的要求,提出了针对响应时间、零点偏置、温度响应、倾斜响应和非线性误差的测试方法。首先介绍了测试条件,然后利用测试设备,结合上述性能指标定义,详细分析了对应的测试方法过程,最后,对四种不同型号的直接辐射表的性能测试数据进行分析研究,结果显示,上述测试方法科学可行,被测直接辐射表均达到了ISO一级表的要求,研究成果对直接辐射表性能测试,了解仪器特性,改进产品质量和提高太阳辐射测量具有重要意义。

激光位敏探测器在三角测量中的应用研究

介绍了新型激光位敏探测器(PositionSensitiveDetector,PSD)的结构、特点及其工作原理;结合一维激光PSD在三角测量中的应用,给出了测量系统的主要组成;讨论了激光PSD在实际应用中的一些关键技术问题.最后给出了一个在线连续检测应用实例.应用结果表明,即使被测目标在运动状态下,这种检测系统仍然能获得非常满意的测量效果.

国家散射日射标准及其校准方法

标准总辐射应由标准直接日射表和标准散射日射表来测量。建立散射日射标准和校准方法,将世界辐射测量基准(WRR)从标准直接日射表直接传递给散射日射标准,以保证标准总日射表校准结果的准确性。通过对"遮/不遮"法的试验研究并与成分和法比较,前者校准的总日射表的灵敏度值不含有热偏移误差,测量的散射日射准确度较高。从减少不确定度的角度,"遮/不遮"法仅涉及一台标准仪器,且是直接日射表中不确定度最小的直接溯源到WRR的腔体直接日射表,其他方法涉及的标准器引入的误差都大于该方法。

论Eppley PIR精密红外辐射仪的测量精度

本文依据红外辐射表(PIR)的结构、性能和工作原理讨论了测量精度及有关影响因素,比较了粗测和精测两种方法的特点,在此基础上提出了各测量方法的适用范围和精度范围以及提高测量精度的措施,同时也给出了一些特定场合下的测量实例及提高测量精度的具体方法。分析表明:精测方法具有很好的测量精度以及很强的环境适应性。粗测在限定的温度范围内具有测量简单、换算方便、易于实现自动化等优点,精度尚能满足一般要求,但在限定的温度范围以外,测量精度急剧恶化。在影响测量精度的各因素中以温度响应中表体热辐射测量的影响最大,在粗测方法中表内电池的性能与测量精度关系重大。强烈日射对测量精度有一定影响,经订正后可基本消除。

太阳光度计校正系数对气溶胶光学厚度测量误差的影响(英文)

分析了太阳光度计测量大气气溶胶光学厚度时,由于校正系数的不确定性而产生的误差。利用推导的误差分析公式,模拟了校正系数在不同相对误差的情况下导致的气溶胶光学厚度的绝对误差;模拟结果显示,校正系数的相对误差小于+2%时可以满足气溶胶光学厚度的测量精度。

净全辐射表性能的测试研究

根据ＷＭＯ对全波辐射表规定的性能指标，对国产净全辐射表进行了逐项测试，着重研究辐照度大小、环境温度、光线的不同入射角度、零点漂移、罩形变化等对仪器性能的影响。再一次验证了仪器的全波和长波灵敏度之间存在着差异，阐述了测试前对半球罩充气的必要性。结果表明，国产净全辐射表的性能并不比进口仪器差。

总日射表光谱选择性的测定

根据WMO《气象仪器和观测方法指南》中有关辐射仪器性能指标的要求,实际测量了3家国产辐射仪器的光谱选择性。在300～2400nm波段基本可达到一级表指标的要求;大于2400nm波段则基本无法达到WMO的要求,甚至于国际知名品牌的光学玻璃也无法达到。因此应向WMO提出建议,对具体指标进行修订。

利用360 GHz辐射计高空探测目标研究

亚毫米波会被大气严重吸收,因此在底层大气中进行金属目标的被动探测很困难。提出了一种利用360 GHz亚毫米波辐射计在高空探测目标的方法。介绍了360 GHz辐射计系统的结构。利用MPM模型计算了大气辐射温度和目标的天线温度对比度。在地面温度为0℃、相对湿度为20%的天气条件下对辐射计进行了定标实验,并对地面上方3 m处的0.5 m×1m金属目标进行了探测试验。计算和试验结果表明,天线温度对比度的计算模型是可行的。在地面温度为20℃、相对湿度为20%的天气条件下,处于5 km高度的360 GHz辐射计对1 m×5 m目标的探测高度为0.3 km,而对10 m×20 m大目标的探测高度为2 km。

太阳辐射仪器的常见故障及排除

太阳辐射仪是我国地面气象观测最早的遥测仪器，由室外和室内两部分组成。室外感应部分包括总辐射表、直接辐射表、反辐射表、散射辐射表和净辐射表。室内是自动辐射记录仪，其功能是采集、显示、打印数据。要获得正确的资料就必须使仪器能正常工作。

一种新型的直接日射表

由厚度８０μｍ的高度氧化的不锈钢箔片制成半径各为Ｒ１、Ｒ２的两只圆盘，其四周被焊在圆筒形的紫铜管上。当阳光同时垂直照射在该两圆盘表面并达到热平衡时，测定圆盘中心点温度Ｔ１（０）、Ｔ２（０），紫铜管温度Ｔｃ及环境温度Ｔａ，则可确定太阳直射辐射量及自然对流的换热系数。与标准级的直接日射表──美国ＴＭＩ公司的ＭａｒｋⅣ比对测试表明，其平均偏差和标准差分别小于０．３％和３．３％。试验结果证明，这是一台操作简便，价格便宜，能满足太阳辐照度常规测定的直接日射表。

四种太阳辐射仪器性能比较

本文通过对Eppley黑白片辐射表、Li-cor辐射传感器、EKO精密分波长辐射仪和长春天空辐射表的对比观测实验,分析对比了这四种太阳总辐射仪器的技术性能及测量误差。为正确选用仪器、合理分析观测资料提供依据。

总辐射表灵敏度检测系统的研究

灵敏度是总辐射表最主要的技术指标,依据我国关于总辐射表灵敏度的技术要求,使用中和维修后的总辐射表灵敏度允许范围在6.00~15.00μVW^(-1) m^2。我们在总辐射表灵敏度检测系统中引入了通道连接器的设计,方便了待检表与Keithley 2000-20型数据采集器的连接,减少了检定人员的工作量,提高了工作效率。通过一次检定过程及结果可以看出,改进后的灵敏度检测系统可以较好地反映出待检总辐射表的灵敏度性能。

净辐射通量观测方法及观测精度的不确定性研究

净辐射通量观测方法和观测精度的不确定性已日益被人们所认识和了解,除了各种净辐射通量观测方法自身存在的一些问题外,还涉及太阳辐射表的标定方法(特别是长波辐射表的标定)、各种辐射表的技术指标及正确使用和维护等问题。通过在野外对国产全波段净辐射表(Net pyrradiometer下称净辐射表)和“四路法”(4-waycomponent system)2种常用的净辐射通量观测方法进行对比试验,结果表明,净辐射通量观测精度随时间和天气状况变化有不确定性,温度变化和辐射表防风罩透过光谱的不一致性是导致辐射表测量不确定性的主要原因。

地基太阳光谱辐照度计的余弦误差影响及其校正方法

针对自研的太阳光谱辐照度计入射光学系统的结构特征,分析了引入余弦误差的因素,研究了直、漫射辐照度以及漫射-总辐射比的余弦校正方法,开展了实验室余弦响应特性测量和多种仪器的敦煌外场比对试验.结果显示,余弦误差与积分球入口黑色阳极化内壁及结构有关,在入射角为60°时,440nm、500nm、670nm和870nm波段太阳光谱辐照度计的余弦误差为4.3%～9.1%;由太阳光谱辐照度计获取的直射辐照度反演得到的大气光学厚度受到余弦误差的严重影响,余弦校正前后与CE318太阳光度计反演结果相比,偏差分别为0.11～0.13和小于0.012;基于天空辐亮度各向同性分布假设,余弦校正后四个波段漫射辐照度数值提升6.8%～10%.基于天空辐亮度分布数据,提出了一种漫射辐照度的精确校正方法,仿真结果显示,余弦校正后的漫射辐照度与理论数据一致,初步验证了该方法的可行性.

太阳辐照度绝对辐射计的光电不等效性修正

针对绝对辐射计光电不等效性来源复杂、实验测量难度大的特点,提出了修正太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)光电不等效性的有限元单元法。结合SIAR的测量方法,对真空中辐射计的腔温响应进行了实验测试。基于有限元单元法,建立了与实验腔温度响应相对误差仅为0.14%的有限元模型,对接收腔的温度响应进行了实验测试。测试结果显示:入射光功率为73.8mW时,接收腔与热沉之间的温度差异约为0.85K,响应的时间常数为29.8s。运用建立的有限元模型对SIAR的光电不等效性进行了评估和修正。结果表明:太阳辐照度绝对辐射计的光电不等效性来源主要为不同加热途径和不同加热区域引起的偏差,SIAR的光电不等效性因子N为0.999 621±0.000 004。该修正模型完善了仪器的修正体系,提高了测量精度,为绝对辐射计的发展提供了可靠的数据来源。

太阳辐照度绝对辐射计吸收腔结构优化

为了获得太阳辐照度绝对辐射计中吸收腔的最优结构参数,需要对结构中吸收腔-热连接-热沉构成的传热链进行热分析。基于Ansys软件的有限元方法,给出了上述传热链的仿真模型,并计算得到了仿真结构的温度响应曲线;通过改变吸收腔的结构参数(尺寸、材料等),探究了不同参数下传热状态的变化及其原因;通过分析仿真结果确定了吸收腔最优结构参数。仿真结果表明:在环境温度为常温(298K)、加热功率为50mW的情况下,吸收腔最优结构参数为壁厚0.07mm/锥顶角30°/帽檐宽度2.2mm/银质,此时辐射计的时间常数为11.501s、响应度为1.391K;同等条件下进行实验,测得时间常数为11.487s,响应度为1.397K,与仿真结果相比,误差分别为0.12%和0.43%。仿真结果基本符合理论推导,所得数据具有足够的可靠性,证明该模型可以指导绝对辐射计优化设计,提高其工作性能。