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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

张栋莉,杨万均,崔兵兵,等. 一种野外环境太阳辐射测量仪的信号处理方法[J]. 计量科学与技术,2022, 66(3): 34-40 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0679
引用本文: 张栋莉,杨万均,崔兵兵,等. 一种野外环境太阳辐射测量仪的信号处理方法[J]. 计量科学与技术,2022, 66(3): 34-40 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0679
ZHANG Dongli, YANG Wanjun, CUI Bingbing, YANG Wenxiang. A Signal Processing Method for Field Solar Radiation Measuring Instrument[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(3): 34-40. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0679
Citation: ZHANG Dongli, YANG Wanjun, CUI Bingbing, YANG Wenxiang. A Signal Processing Method for Field Solar Radiation Measuring Instrument[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(3): 34-40. 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
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

A Signal Processing Method for Field Solar Radiation Measuring Instrument

  • 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。
  • 图  1  太阳辐射测量仪总体框图

    Figure  1.  General block diagram of solar radiation measuring instrument

    图  2  信号调制电路原理图

    Figure  2.  Schematic diagram of the signal modulation circuit

    图  3  正弦波发生电路原理图

    Figure  3.  Schematic diagram of sine wave generating circuit

    图  4  正弦波滤波电路原理图

    Figure  4.  Schematic diagram of sine wave filter circuit

    图  5  放大滤波电路原理图

    Figure  5.  Schematic diagram of amplifier filter circuit

    图  6  解调电路原理图

    Figure  6.  Schematic diagram of demodulation circuit

    图  7  太阳总辐射照度测量结果

    Figure  7.  Total irradiance measurement results

    图  8  太阳红外辐射照度测量结果

    Figure  8.  Infrared irradiance measurement results

    图  9  太阳紫外辐射照度测量结果

    Figure  9.  Ultraviolet irradiance measurement results

    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%
    14464490.67133963980.51253903920.51
    24444460.45144004030.75263783810.79
    34364380.46154004030.75274064080.49
    44264290.70164374390.46284254280.71
    54134150.48174454470.45294404430.68
    63913930.51184424450.68304404430.68
    73913930.51194364380.46314594620.65
    83933950.51204334360.69324614630.43
    94304330.70214414440.68334584600.44
    104394420.68224324340.46344254290.94
    114434450.45234204230.71354254290.94
    124324350.69244184200.48363903930.77
    下载: 导出CSV

    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%
    11041040.001388891.142593941.08
    2104103−0.96149291−1.09268482−2.38
    31021030.981592920.00271021030.98
    41001011.0016106105−0.94281041040.00
    59695−1.04171061060.00291051060.95
    69190−1.1018106105−0.94301051050.00
    792920.00191001000.0031106105−0.94
    892931.0920102101−0.98321061060.00
    9103102−0.97211061070.94331061070.94
    10105104−0.95221031030.0034101100−0.99
    111051050.002397981.033596960.00
    121021030.98241041050.963693930.00
    1388891.142593941.08378887−1.14
    下载: 导出CSV

    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%
    19389400.21138388400.24258878890.23
    29339360.32148388400.24268388410.36
    39329350.32158118130.25278528540.23
    49169180.22168788800.23288928950.34
    58658680.35179139160.33298928950.34
    68218230.24189329350.32309229240.22
    78218230.24199319330.21319439470.42
    88038060.37209069100.44329599620.31
    98608630.35219239260.33339579600.31
    109019030.22229189200.22349319340.32
    119239250.22239189200.22358868880.23
    129219240.33248788810.34368448470.36
    138388400.24258878890.23378118150.49
    下载: 导出CSV
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  • 网络出版日期:  2022-03-12
  • 刊出日期:  2022-03-08

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