專利名稱：熱紅外下行輻射測定裝置及其測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于定量紅外遙感檢測領(lǐng)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(shù)：
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(shè)置在在無遮蔽環(huán)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(huán)境下測得的熱輻射稱為天空熱紅外下行輻射。
2)環(huán)境輻射照度；測定裝置設(shè)置在郁閉環(huán)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(huán)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(fā)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?qū)?7度天頂角進行測定。該方法的缺點是當(dāng)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(jīng)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(shù)據(jù)時所采用的方法，測量精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)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(shè)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，所述亞光鍍金蓋板I設(shè)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(shè)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(shè)置在所述熱電偶放置槽2內(nèi)；為了達到更好的測量效果，熱電偶傳感器4設(shè)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(dǎo)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(zhǔn)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(shù)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(shù)量可以設(shè)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(shù)量為4個，每個所述熱電偶放置槽2上均設(shè)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(shè)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(shè)置在所述熱電偶放置槽2內(nèi)，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(shè)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(shè)置在所述容水器5外側(cè)。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(zhuǎn)動軸6以及導(dǎo)線集合轉(zhuǎn)向管7 ；所述空心轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸6為軸心轉(zhuǎn)動；所述熱電偶傳感器4上分別引出正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線，所述正極導(dǎo)線、負(fù)極導(dǎo)線通過所述空心轉(zhuǎn)動軸6以及導(dǎo)線集合轉(zhuǎn)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(shè)有排水孔。所述熱電偶測溫儀主機11包括顯示屏12、量程轉(zhuǎn)換按鈕13、正負(fù)極接線孔14以及電源開關(guān)；所述顯示屏12、量程轉(zhuǎn)換按鈕13分別與所述電源開關(guān)相連接，所述熱電偶傳感器4的正極導(dǎo)線、負(fù)極導(dǎo)線分別與所述正負(fù)極接線孔14相連接；在具體實施中，為了便于設(shè)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(shè)置在所述機座15中，整個測定裝置為一體結(jié)構(gòu)；所述機座15下表面設(shè)有4個調(diào)平螺絲腳。
利用熱紅外下行輻射測定裝置實現(xiàn)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(zhuǎn)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(jù)公式計算出天空下行輻射E或環(huán)境輻射照度E ；所述測定方法的步驟為，步驟1，測定環(huán)境設(shè)定步驟，將所述測定裝置安裝在無遮蔽環(huán)境或郁閉環(huán)境中；若安裝在無遮蔽環(huán)境中，測得的是天空熱紅外下行輻射；若安裝在郁閉環(huán)境中，測得的是天空以及郁閉環(huán)境的下行輻射，即環(huán)境輻射照度；步驟2,設(shè)置裝置步驟，將所述熱電偶傳感器4正、負(fù)極導(dǎo)線插入所述熱電偶測溫儀主機11的正負(fù)極接線孔14 ;調(diào)節(jié)所述調(diào)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(zhǔn)所述亞光鍍金蓋板I ;步驟3，注水步驟，轉(zhuǎn)動所述空心轉(zhuǎn)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(xiàn)場環(huán)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(huán)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(huán)境輻射照度E ；
權(quán)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，所述亞光鍍金蓋板(I)設(shè)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(shè)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(shè)置在所述熱電偶放置槽(2)內(nèi)； 所述熱電偶傳感器(4)輸出的電信號通過導(dǎo)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(zhǔn)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(jù)權(quán)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(shù)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(shù)量為3 6個。
3.根據(jù)權(quán)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(shù)量為4個，每個所述熱電偶放置槽(2)上均設(shè)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(shè)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(jù)權(quán)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(shè)置在所述熱電偶放置槽(2 )內(nèi)，且貼緊所述亞光鍍金蓋板(I)的下表面。
5.根據(jù)權(quán)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(shè)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(jù)權(quán)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(shè)置在所述容水器(5)外側(cè)； 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(jù)權(quán)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(zhuǎn)動軸(6)以及導(dǎo)線集合轉(zhuǎn)向管(7)；所述空心轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸(6)為軸心轉(zhuǎn)動； 所述熱電偶傳感器(4)上分別引出正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線，所述正極導(dǎo)線、負(fù)極導(dǎo)線通過所述空心轉(zhuǎn)動軸(6)以及導(dǎo)線集合轉(zhuǎn)向管(7)與熱電偶測溫儀主機(11)相連接。
8.根據(jù)權(quán)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(shè)有排水孔。
9.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)換按鈕(13)、正負(fù)極接線孔(14)以及電源開關(guān)； 所述顯示屏(12)、量程轉(zhuǎn)換按鈕(13)分別與所述電源開關(guān)相連接，所述熱電偶傳感器(4)的正極導(dǎo)線、負(fù)極導(dǎo)線分別與所述正負(fù)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(shè)置在所述機座(15 )中，整個測定裝置為一體結(jié)構(gòu)；所述機座(15)下表面設(shè)有4個調(diào)平螺絲腳。
10.利用權(quán)利要求I 9之一所述的熱紅外下行輻射測定裝置實現(xiàn)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(zhuǎn)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(jù)公式計算出天空下行輻射E或環(huán)境輻射照度E ； 所述測定方法的步驟為， 步驟I，測定環(huán)境設(shè)定步驟， 將所述測定裝置安裝在無遮蔽環(huán)境或郁閉環(huán)境中； 若安裝在無遮蔽環(huán)境中，測得的是天空熱紅外下行輻射； 若安裝在郁閉環(huán)境中，測得的是天空以及郁閉環(huán)境的下行輻射，即環(huán)境輻射照度； 步驟2，設(shè)置裝置步驟， 將所述熱電偶傳感器(4)正、負(fù)極導(dǎo)線插入所述熱電偶測溫儀主機(11)的正負(fù)極接線孔(14);調(diào)節(jié)所述調(diào)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(zhǔn)所述亞光鍍金蓋板(I); 步驟3，注水步驟， 轉(zhuǎn)動所述空心轉(zhuǎn)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(xiàn)場環(huán)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(huán)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(huán)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(fā)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(fā)明為環(huán)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(shè)置在熱電偶放置槽中；亞光鍍金蓋板設(shè)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(zhuǎn)換公式得到天空熱紅外下行輻射或環(huán)境熱紅外輻射照度；本發(fā)明是直接測量天空半球積分下行輻射的唯一裝置，本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者張仁華, 邵全琴, 樊江文, 邴龍飛 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所