一种野外环境太阳辐射测量仪的信号处理方法

张栋莉; 杨万均; 崔兵兵; 杨文祥

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0679

一种野外环境太阳辐射测量仪的信号处理方法

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0679

1.
重庆大学，重庆 400044
2.
西南技术工程研究所，重庆 400039

基金项目: 国防科工技术基础科研项目(JSHS2018209C001-1)。

详细信息

作者简介:
张栋莉（1997- ），重庆大学硕士研究生，研究方向：测试计量仪器等，邮箱：zhangdongli_1@163.com

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出版历程
- 网络出版日期: 2022-03-12
- 刊出日期: 2022-03-08

A Signal Processing Method for Field Solar Radiation Measuring Instrument

1.
Chongqing University, Chongqing 400044, China
2.
Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China

摘要

摘要: 在农业生产、气象与环境等领域，测量太阳辐射有着很强的现实意义。主要介绍了一种面向野外环境下太阳辐射测量仪的信号处理方法。该辐射测量仪使用太阳能供电和无线通讯的方式以解决野外环境下无市电、上下位机通讯距离远的问题。信号处理过程主要包括对传感器的输出信号进行信号调制、对信号进行放大、带通滤波滤除噪声以及信号解调。最后使用辐射测量仪进行试验，通过测量数据证明了该信号处理方式的合理性。
- 太阳辐射测量 /
- 信号处理 /
- 太阳能供电 /
- 野外环境
Abstract: It is of great practical significance to measure solar radiation in agricultural production, meteorology, and the environment. This paper mainly introduces a signal processing method of solar radiation measuring instrument suitable for the field environment. The radiation measuring instrument uses solar power to solve the problem of no mains electricity in the field environment and uses wireless communication to solve the problem of long communication distance between the upper and lower computers. Signal processing mainly includes signal modulation, signal amplification, bandpass filtering, and signal demodulation. Finally, the radiation measuring instrument is used to test the signal processing method, and the rationality of the signal processing method is proved by the measured data.
- solar radiation measurement /
- signal processing /
- solar power /
- field environment

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图 1 太阳辐射测量仪总体框图

Figure 1. General block diagram of solar radiation measuring instrument

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图 2 信号调制电路原理图

Figure 2. Schematic diagram of the signal modulation circuit

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图 3 正弦波发生电路原理图

Figure 3. Schematic diagram of sine wave generating circuit

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图 4 正弦波滤波电路原理图

Figure 4. Schematic diagram of sine wave filter circuit

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图 5 放大滤波电路原理图

Figure 5. Schematic diagram of amplifier filter circuit

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图 6 解调电路原理图

Figure 6. Schematic diagram of demodulation circuit

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图 7 太阳总辐射照度测量结果

Figure 7. Total irradiance measurement results

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图 8 太阳红外辐射照度测量结果

Figure 8. Infrared irradiance measurement results

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图 9 太阳紫外辐射照度测量结果

Figure 9. Ultraviolet irradiance measurement results

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表 2 红外辐射照度测量结果分析

Table 2. Analysis of infrared irradiance measurement results

序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%
1	446	449	0.67	13	396	398	0.51	25	390	392	0.51
2	444	446	0.45	14	400	403	0.75	26	378	381	0.79
3	436	438	0.46	15	400	403	0.75	27	406	408	0.49
4	426	429	0.70	16	437	439	0.46	28	425	428	0.71
5	413	415	0.48	17	445	447	0.45	29	440	443	0.68
6	391	393	0.51	18	442	445	0.68	30	440	443	0.68
7	391	393	0.51	19	436	438	0.46	31	459	462	0.65
8	393	395	0.51	20	433	436	0.69	32	461	463	0.43
9	430	433	0.70	21	441	444	0.68	33	458	460	0.44
10	439	442	0.68	22	432	434	0.46	34	425	429	0.94
11	443	445	0.45	23	420	423	0.71	35	425	429	0.94
12	432	435	0.69	24	418	420	0.48	36	390	393	0.77

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表 3 紫外辐射照度测量结果分析

Table 3. Analysis of ultraviolet irradiance measurement results

序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%
1	104	104	0.00	13	88	89	1.14	25	93	94	1.08
2	104	103	−0.96	14	92	91	−1.09	26	84	82	−2.38
3	102	103	0.98	15	92	92	0.00	27	102	103	0.98
4	100	101	1.00	16	106	105	−0.94	28	104	104	0.00
5	96	95	−1.04	17	106	106	0.00	29	105	106	0.95
6	91	90	−1.10	18	106	105	−0.94	30	105	105	0.00
7	92	92	0.00	19	100	100	0.00	31	106	105	−0.94
8	92	93	1.09	20	102	101	−0.98	32	106	106	0.00
9	103	102	−0.97	21	106	107	0.94	33	106	107	0.94
10	105	104	−0.95	22	103	103	0.00	34	101	100	−0.99
11	105	105	0.00	23	97	98	1.03	35	96	96	0.00
12	102	103	0.98	24	104	105	0.96	36	93	93	0.00
13	88	89	1.14	25	93	94	1.08	37	88	87	−1.14

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表 1 总辐射照度测量结果分析

Table 1. Analysis of total irradiance measurement results

序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%	序号	标准值/ (W·m⁻²)	测量值/ (W·m⁻²)	相对误差%
1	938	940	0.21	13	838	840	0.24	25	887	889	0.23
2	933	936	0.32	14	838	840	0.24	26	838	841	0.36
3	932	935	0.32	15	811	813	0.25	27	852	854	0.23
4	916	918	0.22	16	878	880	0.23	28	892	895	0.34
5	865	868	0.35	17	913	916	0.33	29	892	895	0.34
6	821	823	0.24	18	932	935	0.32	30	922	924	0.22
7	821	823	0.24	19	931	933	0.21	31	943	947	0.42
8	803	806	0.37	20	906	910	0.44	32	959	962	0.31
9	860	863	0.35	21	923	926	0.33	33	957	960	0.31
10	901	903	0.22	22	918	920	0.22	34	931	934	0.32
11	923	925	0.22	23	918	920	0.22	35	886	888	0.23
12	921	924	0.33	24	878	881	0.34	36	844	847	0.36
13	838	840	0.24	25	887	889	0.23	37	811	815	0.49

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参考文献(18)

[1]	刘赓. 光伏发电用太阳追踪系统的研究[D]. 大连: 大连理工大学电气工程系, 2019.
[2]	袁雅迪. 太阳能光伏发电的并网控制技术研究[D]. 北京: 中国矿业大学电气工程系, 2020.
[3]	ATSU D, AGYEMANG E O, TSIKE S A K. Solar electricity development and policy support in Ghana[J]. RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS, 2016, 53: 792-800. doi: 10.1016/j.rser.2015.09.031
[4]	吕贝, 邱河梅, 张宇. 太阳能光伏发电产业现状及发展[J]. 华电技术, 2010, 32(1): 73-76. doi: 10.3969/j.issn.1674-1951.2010.01.025
[5]	李艳坤, 周荣斌. 光伏发电的现状及发展前景[J]. 现代工业经济和信息化, 2021, 11(1): 53-54.
[6]	李晓桥, 陈晨, 孙远义, 等. 基于光伏发电对光伏路面现况与发展前景的研究[J]. 科技经济导刊, 2021, 29(11): 116-117.
[7]	徐涛,赵亚如. 基于斩光取样与衰减技术的CO₂激光功率校准装置[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(8): 15-18,54.
[8]	胡恒武, 查旭东, 吕瑞东, 等. 基于光伏发电的道路能量收集技术研究进展[J]. 材料导报, 2022(20): 1-23.
[9]	谢彤, 李可成, 马昭键, 等. 光伏阵列倾角及方位角的最优化研究[J]. 计量学报, 2020, 41(1): 22-25. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.01.05
[10]	邱宗旭, 杨琳, 李兴荣, 等. 从辐射强度变化分析深圳太阳辐射气象条件[J]. 太阳能学报, 2019, 40(3): 724-732.
[11]	汪宏宇, 龚强, 付丹丹. 沈阳空气质量对到达地面太阳辐射的影响分析[J]. 中国环境科学, 2020, 40(7): 2839-2849. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2020.07.007
[12]	黄浩. 太阳能电池组件失效原因分析与工艺优化改进研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2011.
[13]	刘怀广, 刘安逸, 周诗洋, 等. 基于深度神经网络的太阳能电池组件缺陷检测算法研究[J]. 应用光学, 2020, 41(2): 327-336.
[14]	TOSHIHITO O, ANDHIKA K. Possible nonlinear anomalous thermoelectric effect in organic massive dirac fermion system[J]. Journal of the Physical Society of Japan, 2021, 90(5): 43-46.
[15]	李硕, 郭涛, 姚雅萱, 等. 热电材料塞贝克系数的准确测量方法研究[J]. 计量科学与技术, 2020(9): 29-34. doi: 10.3969/j.issn.1000-0771.2020.09.07
[16]	ANDRZEJ S. Enabling covariational reasoning in Einstein’s formula for photoelectric effect[J]. Physics Education, 2021, 56(3): 77-81.
[17]	罗宇鹏, 吕亮, 林晓峰. 便携式照度计的设计与实现[J]. 计量技术, 2020(4): 6-10.
[18]	阮慧, 郭少艾, 房思超, 等. 用于激光酒精气体检测的程控信号调制电路设计[J]. 激光杂志, 2014, 35(11): 48-50.