全自动跟踪太阳辐射仪及其控制方法与流程
本发明涉及气象仪器领域，特别是一种全自动跟踪太阳辐射仪及其控制方法。
背景技术：
1、太阳辐射仪主要用于监测太阳辐射值，其中主要包括太阳总辐射值、太阳直接辐射值和太阳散射辐射值。目前为了能同时监测三种辐射，经常将太阳总辐射表、直接辐射传感器和散射辐射表分别设置，并分别监测，无法协同运行，集成度低，并且跟踪的控制方法单一，无法辨别晴天、多云、阴雨等天气状况，导致在多云及雨天监测的辐射值不准确。
2、本技术提供一种全自动跟踪太阳辐射仪，旨在提高设备集成度和监测准确性。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对上述技术中存在的缺陷，提供一种全自动跟踪太阳辐射仪及其控制方法，太阳辐射仪集成设有辐射总表、散射辐射表、直接辐射传感器，体积小，且能够同时监测多种太阳辐射值；提供一种太阳辐射仪控制方法，实现全自动运行，无需人工看管，且能够智能识别晴天、雨天等天气状况，实时调整跟踪方式。
2、本发明的目的是这样实现的：
3、提供一种全自动跟踪太阳辐射仪，包括：
4、云台，所述云台设有固定部、第一转动部、第二转动部，所述固定部固定设置，所述第一转动部与所述固定部转动连接，所述第二转动部与所述第一转动部转动连接；
5、辐射总表，所述辐射总表与所述第一转动部固定连接，用于监测太阳总辐射值；
6、散射辐射表，所述散射辐射表与所述第一转动部固定连接，用于监测太阳散射辐射值；
7、遮光部，所述遮光部与所述散射辐射表随动，并实时遮挡太阳对散射辐射表的直接照射；
8、直接辐射传感器，所述直接辐射传感器与所述第二转动部固定连接，用于监测太阳直接辐射值；
9、光跟踪器，所述光跟踪器与所述第二转动部固定连接，所述光跟踪器内部设有感光元件，通过所述感光元件确定太阳位置；
10、控制器，所述控制器与云台、辐射总表、散射辐射表、直接辐射传感器、光跟踪器电性连接，所述控制器内设有gps模块，通过所述gps模块获取所处位置的经、纬度及当地时间。
11、上述结构中，所述云台的第一转动部还连接有固定板，所述固定板通过立柱连接第一托板，所述第一托板两端分别连接辐射总表和散射辐射表；
12、进一步地，所述云台的第二转动部上部连接有第二托板，所述第二托板两端分别连接直接辐射传感器和光跟踪器，所述直接辐射传感器的轴线与光跟踪器的轴线平行，并且与第二转动部转轴的轴线垂直，三个轴线处于同一平面内。
13、上述结构中，所述遮光部包括连杆机构和遮光球，所述连杆机构包括：
14、与第一转动部固定连接的第一连杆；
15、与第一连杆铰接的第二连杆；
16、与第二连杆铰接的第三连杆；
17、以及固定设置的第四连杆，所述第四连杆的个数为两个，在两个第四连杆之间转动连接第五连杆；
18、具体地，所述第五连杆与所述第三连杆之间固定连接，所述第五连杆还连接有支杆，所述支杆端部与散射辐射表对应设有遮光球；
19、在连杆机构的正投影视图中，各连杆长度关系为：
20、设定所述第一连杆与所述第二连杆铰接点为a点，所述第二连杆与所述第三连杆铰接点为b点；所述第五连杆的转轴为c点，第二转动部的转轴轴线为d点，散射辐射表的玻璃罩中心点为e点，遮光球的球心为f点，其中，
21、a点和b点的连线长度与c点和d点的连线长度与e点和f点的连线长度相等；
22、a点和d点的连线长度与b点和c点的连线长度相等；
23、d点和e点的连线长度与f点和c点的连线长度相等；
24、并且a点、d点、e点三点共线，b点、c点、f点三点共线。
25、上述结构中，所述光跟踪器包括壳体，所述壳体顶部设有一凸透镜，壳体内部设有一电路板，所述电路板上沿凸透镜轴线圆周均置四个感光元件。
26、上述结构中，所述壳体为圆柱形并分为上段和下段，所述上段直径小于下段直径，上段顶部设有上盖，所述上盖与所述上段通过螺纹连接；所述凸透镜夹装在上盖与上段之间，所述上盖中间设有通孔，所述凸透镜与所述上段之间设有密封元件；
27、所述下段通过螺钉与第二托板连接，下段底部设有下盖，所述下盖镶嵌设置有航空插座，所述下盖与所述下段之间通过螺钉连接。
28、上述结构中，所述遮光球的直径最小为散射辐射表玻璃罩直径的1.4倍。
29、上述结构中，所述壳体的下段与第二托板之间还设有调平螺钉，所述调平螺钉与第二托板螺接，所述调平螺钉的一端抵靠壳体下段，所述调平螺钉个数为4个，沿壳体下段圆周均置。
30、提供一种控制方法，适用于上述的全自动跟踪太阳辐射仪，包括如下步骤:
31、s1:云台初始化动作，运行至零点；
32、s2：通过gps模块获取监测点经、纬度及时间信息；
33、s3：根据经、纬度及时间信息，计算太阳高度角与太阳方位角，确定监测点太阳位置信息；
34、当计算出的太阳高度角小于0度，则控制云台运行至初始零点位置，进入夜晚模式；
35、当计算出的太阳高度角大于0度，云台根据太阳位置信息自动运行，使太阳直接辐射传感器和光跟踪器对准太阳方向；
36、s4：判断光跟踪器是否监测到太阳光线:
37、如果监测到太阳光线，说明是晴天，如果光跟踪器监测到的太阳光线与云台当前位置有偏差，云台以光跟踪器监测结果为准实时调整，直至光跟踪器输出信号无偏差；
38、如果没有监测到太阳光线，说明是阴天或雨天等无太阳天气，云台继续根据经、纬度和时间确定的太阳位置进行跟踪；
39、s5：当计算出太阳高度角小于0度，则控制云台运行至初始零点位置，消除累计误差，进入夜晚模式，直至第二日太阳高度角大于0度后，再次控制云台进行跟踪。
40、上述方法中，步骤s3中，太阳高度角用公式（1）计算：
41、 （1）
42、公式（1）中，为太阳高度角（°）；为太阳赤纬（°）；为监测地点的地理纬度（°）；为观测时刻太阳时角（°）；
43、公式（1）中的赤纬用公式（2）计算：
44、（2）
45、公式（2）中，（°）用公式（3）计算：
46、 （3）
47、公式（3）中，n（d）为按天数顺序排列的积日，1月1日为0，2日为1，其余类推；
48、（d）为积日修正值，用公式（4）计算：
49、 （4）
50、公式（4）中,d 为监测点经度的度值，m为分值，东经取负号，西经取正号；s为监测时刻的小时值，f为分钟值；
51、公式（3）中的（d）用公式（5）计算：
52、 （5）
53、公式（5）中，为年份；
54、公式（1）中时角用公式（6）计算：
55、 （6）
56、公式（6）中，（h）为以时间表示的经度修正值，每15度对应的时间为1小时，可用公式（7）计算：
57、 （7）
58、公式（7）中，d为监测点经度的度值，m为分值，如果地方子午圈在标准子午圈的东边，则为正，反之为负；
59、（min）为真太阳时与地方平均太阳时之差，用公式（8）计算：
60、（8）
61、公式（8）中，（°）用公式（3）计算。
62、上述方法中，所述太阳方位角计算方式为：
63、。
64、上述方法中，步骤s3中还包括：
65、判断监测地点所处位置是否为赤道或南、北极极圈，具体包括：
66、当纬度信息为南纬时，并大于66度34分，判定当前位置为南极圈，云台根据南极圈太阳位置信息进行跟踪；
67、当纬度信息为北纬时，并大于66度34分，判定当前位置为北极圈，云台根据北极圈太阳位置信息进行跟踪；
68、当所处纬度信息为南纬23度26分至北纬23度26分，判定当前位置为赤道地区，云台根据赤道地区太阳位置信息进行跟踪。
69、本发明的有益效果：在太阳辐射仪结构方面，在同一个云台上集成设有辐射总表、散射辐射表和直接辐射传感器，可同时对多种太阳辐射值进行监测，体积小、集成度高；散射辐射表通过连杆机构设置遮光球，利用平行四边形原理，伴随着云台的运动，使遮光球始终能够实时遮挡太阳对散射辐射表的照射，有效减小了遮光球的体积，从而减小了遮光球对阳光的遮挡面积，如果遮光球遮挡面积过大，在遮挡直接辐射的同时也会遮挡住一部分其他辐射，影响散射辐射表测量的准确性。
70、在控制方法方面，同时设有gps跟踪和光跟踪两种跟踪模式，通过光跟踪器是否受到阳光照射判断天气情况，无阳光照射的阴雨天，通过gps获取的数据进行跟踪；有阳光照射的晴天，利用光跟踪器对gps跟踪准确性进行矫正，提高监测数据准确性，且完成当日监测工作后自动初始化，消除当天累计误差。
技术特征：
1.全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述云台的第一转动部还连接有固定板，所述固定板通过立柱连接第一托板，所述第一托板两端分别连接辐射总表和散射辐射表；
3.根据权利要求2所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述遮光部包括连杆机构和遮光球，所述连杆机构包括：
4.根据权利要求2所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述光跟踪器包括壳体，所述壳体顶部设有一凸透镜，壳体内部设有一电路板，所述电路板上沿凸透镜轴线圆周均置四个感光元件。
5.根据权利要求4所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述壳体为圆柱形并分为上段和下段，上段直径小于下段直径，上段顶部设有上盖，所述上盖与所述上段通过螺纹连接；所述凸透镜夹装在上盖与上段之间，所述上盖中间设有通孔，所述凸透镜与上段之间设有密封元件；
6.根据权利要求3所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述遮光球的直径最小为散射辐射表玻璃罩直径的1.4倍。
7.根据权利要求5所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，所述壳体的下段与第二托板之间还设有调平螺钉，所述调平螺钉与第二托板螺接，所述调平螺钉的一端抵靠壳体下段，所述调平螺钉个数为4个，沿壳体下段圆周均置。
8.一种控制方法，适用于权利要求1-7任一项所述的全自动跟踪太阳辐射仪，其特征在于，包括如下步骤:
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤s3中，太阳高度角用公式（1）计算：
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤s3中还包括：
技术总结
本发明提供一种全自动跟踪太阳辐射仪及其控制方法，太阳辐射仪集成设有辐射总表、散射辐射表、直接辐射传感器，体积小，且能够同时监测多种太阳辐射值；提供一种太阳辐射仪控制方法，通过GPS定位和光跟踪器实现全自动运行，无需人工看管，能够智能识别晴天、雨天等天气状况，实时调整跟踪方式，并且能够智能识别赤道、南、北极极圈等特殊地理位置，根据当地太阳位置特点控制云台运行，适合在全球范围内使用。
技术研发人员：闻涛,谢萌,闻宝民,何丽,闻春英,王勇
受保护的技术使用者：锦州阳光气象科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23