Устройство слежения за Солнцем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО СЛЕЖЕНИЯ ЗА СОЛНЦЕМ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич Казеев Юрий Иванович Карташев Георгий Владимирович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Устройство слежения за Солнцем, содержащее стойку с закрепленным на ней вертикальным валом, на котором установлен фланец с возможностью поворота вокруг его оси,блок ориентации, на корпусе которого закреплен столик для установки пиранометров, а внутри корпуса установлен с возможностью вращения горизонтальный вал, концы которого выступают за корпус, узел крепления для установки актинометра, блок затенителей,включающий П-образную стойку, к горизонтальному звену которой жестко присоединены держатели с шарообразными затенителями для пиранометров, при этом корпус блока ориентации жестко закреплен на фланце, П-образная стойка закреплена на торцах горизонтального вала, а узел крепления для установки актинометра закреплен на одном из его торцов, отличающееся тем, что в него введен узел крепления для установки балансомера,жестко соединенный со столиком, а к горизонтальному звену П-образной стойки прикреплена планка, к которой присоединен держатель с шарообразным затенителем для балансомера. Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и предназначена для непрерывного автоматического перемещения актинометрических приборов, установленных на устройстве слежения за Солнцем, и их затенителей, синхронно с изменением местоположения Солнца на небосводе. Известно устройство слежения за Солнцем, содержащее стойку с закрепленным на ней вертикальным валом, на котором установлен фланец с возможностью поворота вокруг его оси, блок ориентации, на корпусе которого закреплен столик для установки пиранометров, а внутри корпуса установлен с возможностью вращения горизонтальный вал, концы которого выступают за корпус, узел крепления для установки актинометра, блок затенителей, включающий П-образную стойку, к горизонтальному звену которой жестко присоединены держатели с шарообразными затенителями для пиранометров. При этом корпус блока ориентации жестко закреплен на фланце, П-образная стойка закреплена на торцах горизонтального вала, а узел крепления для установки актинометра закреплен на одном из его торцов 1. В известном устройстве слежения за Солнцем предусмотрена установка только двух видов актинометрических приборов - актинометра и пиранометров. С помощью актинометра измеряют прямую солнечную радиацию , т.е. радиацию, поступающую к земной поверхности непосредственно от Солнца и околосолнечной зоны в телесном угле 10. Она измеряется на поверхности, расположенной перпендикулярно направлению солнечных лучей. Прямая солнечная радиация , приходящая на горизонтальную земную поверхность, непосредственно не измеряется, а вычисляется по формуле(1),где- высота Солнца над горизонтом. С помощью пиранометров, закрытых от прямой солнечной радиации затеняющими элементами, измеряют рассеянную солнечную радиацию , т.е. радиацию, образующуюся в результате рассеяния излучения Солнца молекулами атмосферных газов, облаками и твердыми частицами, взвешенными в атмосфере. Она поступает на горизонтальную земную поверхность от всех точек небесного свода, за исключением диска Солнца и околосолнечной зоны в телесном угле 10. Таким образом, с помощью актинометрических приборов, устанавливаемых на известном устройстве слежения за Солнцем, можно измерять только два вида радиации прямую и рассеянную, а затем определять суммарную солнечную радиацию , приходящую к земной поверхности. Суммарная солнечная радиация вычисляется по формуле.(2) Кроме описанных выше видов солнечной радиации важнейшее значение в актинометрических наблюдениях имеет остаточная радиация или радиационный балансдеятельной земной поверхности. Величина радиационного балансаопределяется как разность между суммарной солнечной радиацией , дошедшей до земной поверхности и отраженной от нее радиацией--.(3) Необходимость получения информации о радиационном балансе обусловлена тем, что он представляет собой ту часть всей поступающей на Землю солнечной радиации, которая поглощается деятельной земной поверхностью и превращается в тепло. В дальнейшем эта информация практически используется в различных отраслях хозяйственной деятельности и для научных целей. 2 86662012.10.30 Невозможность установки других актинометрических приборов для получения более полной информации о солнечной радиации существенно ограничивает функциональные возможности известного устройства слежения за Солнцем. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства слежения за Солнцем. Поставленная задача решается тем, что устройство слежения за Солнцем, содержащее стойку с закрепленным на ней вертикальным валом, на котором установлен фланец с возможностью поворота вокруг его оси, блок ориентации, на корпусе которого закреплен столик для установки пиранометров, а внутри корпуса установлен с возможностью вращения горизонтальный вал, концы которого выступают за корпус, узел крепления для установки актинометра, блок затенителей, включающий П-образную стойку, к горизонтальному звену которой жестко присоединены держатели с шарообразными затенителями для пиранометров, при этом корпус блока ориентации жестко закреплен на фланце, Побразная стойка закреплена на торцах горизонтального вала, а узел крепления для установки актинометра закреплен на одном из его торцов, в отличие от прототипа введен узел крепления для установки балансомера, жестко соединенный со столиком, а к горизонтальному звену П-образной стойки прикреплена планка, к которой присоединен держатель с шарообразным затенителем для балансомера. Введение в конструкцию известного устройства слежения за Солнцем узла крепления для установки балансомера позволяет установить на этом устройстве балансомер на достаточном расстоянии от столика для установки пиранометров, чтобы, во-первых, нижняя приемная поверхность термоэлектрического преобразователя балансомера находилась над деятельной земной поверхностью, а во-вторых, чтобы на обе его приемные поверхности не попадало излучение, отраженное или рассеянное элементами конструкции самого устройства слежения за Солнцем. Для затенения термоэлектрического преобразователя балансомера от прямой солнечной радиации в конструкцию устройства слежения за Солнцем введен также держатель с шарообразным затенителем для балансомера, который присоединен к планке, прикрепленной к горизонтальному звену П-образной стойки блока затенителей. При этом рассеянная солнечная радиация , приходящая к деятельной земной поверхности, будет нагревать плоскую приемную поверхность термоэлектрического преобразователя балансомера, обращенную вверх, а все виды радиации , уходящей от деятельной земной поверхности, будут нагревать вторую плоскую поверхность термоэлектрического преобразователя, обращенную вниз. Разность температур этих поверхностей создает на выходе термоэлектрического преобразовареля балансомера термоЭДС,пропорциональную радиационному балансу деятельной поверхности земли. Таким образом, введение в конструкцию известного устройства слежения за Солнцем узла крепления для установки баланосмера и держателя с шарообразным затенителем для балансомера позволяет расширить функциональные возможности устройства слежения за Солнцем за счет получения информации о радиационном балансе деятельной земной поверхности. На фиг. 1 изображен вид сбоку схемы устройства слежения за Солнцем (штрихпунктирными линиями показаны положения П-образной стойки, штанг и шарообразных затенителей во время нахождения Солнца у линии горизонта). На фиг. 2 изображена схема устройства слежения за Солнцем (вид сверху). На фиг. 3 изображено расположение горизонтального вала внутри корпуса блока ориентации. Устройство слежения за Солнцем содержит стойку 1 с закрепленным на ней вертикальным валом 2. На вертикальном вале 2 соосно с ним установлен фланец 3, который с помощью подшипников имеет возможность поворота вокруг своей оси. К фланцу 3 жестко присоединен корпус 4 блока ориентации, на котором закреплен столик 5 для установки пиранометров. К столику 5 жестко присоединен узел крепления 6 для установки балансо 3 86662012.10.30 мера. Внутри корпуса 4 блока ориентации установлены горизонтальный вал 7, который с помощью подшипников имеет возможность поворота вокруг своей оси, а также два шаговых двигателя, два шестереночных передаточных механизма (на фигурах не показаны),один из которых механически связан с фланцем 3, а другой механически связан с горизонтальным валом 7, и электронная схема управления работой устройства слежения за Солнцем (на фигурах не показана). Основным элементом электронной схемы является процессор. К торцу горизонтального вала 7 жестко присоединен узел крепления 8 для установки актинометра. Блок затенителей включает в себя штанги 9, 10 и П-образную стойку, состоящую из горизонтального 11 и двух одинаковых вертикальных 12 звеньев(одно из них на фигурах не показано). Штанги 9 и 10 одним концом шарнирно соединены между собой. Второй конец штанги 9 шарнирно связан с корпусом 4 блока ориентации, а второй конец штанги 10 шарнирно присоединен к горизонтальному звену 11 П-образной стойки. К горизонтальному звену 11 жестко присоединены также держатели 13, 14 с шарообразными затенителями 15, 16 для пиранометров и планка 17, на которой закреплен дополнительный держатель 18 с шарообразным затенителем 19 для балансомера. На стойке 1 закреплен также силовой электронный блок, обеспечивающий электропитание устройства слежения за Солнцем (на фигурах не показан). Взаимное конструктивное расположение и размеры держателей 13, 14 и 18, планки 17,а также шарообразных затенителей 15, 16, 19 столика 5 для пиранометров и узла крепления для балансомера изначально рассчитано таким образом, чтобы при нахождении Солнца в зенитной точке траектории тень от шарообразных затенителей падала точно на термоэлектрические преобразователи пиранометров и балансомера (фиг. 1, 2). В специально разработанное программное обеспечение, предназначенное для работы с устройством слежения за Солнцем, заложены географические координаты места, где установлено устройство, его высота над уровнем моря, а также траектория Солнца на небосводе в каждый момент времени от восхода до заката. Устройство слежения за Солнцем работает следующим образом. Стойку 1 прибора слежения за Солнцем неподвижно закрепляют на бетонированной площадке. Столик 5, присоединенный к корпусу 4 блока ориентации, и узел крепления 6 для установки балансомера располагают строго горизонтально относительно земной поверхности. При этом термоэлектрические преобразователи пиранометров, установленных на столике 5, и балансомера, установленного в узел крепления 6, также оказываются расположенными строго горизонтально относительно земной поверхности. В начале работы устройства слежения за Солнцем установленный на нем актинометр нацеливают точно на солнечный диск и закрепляют в этом положении. В каждый последующий момент времени процессор в соответствии с изменяющимися координатами Солнца, которые заложены в него программным обеспечением, вырабатывает и передает управляющие сигналы в виде команд, обеспечивающих с помощью электронной схемы включение в работу двух шаговых двигателей - азимутального и зенитного. Азимутальный шаговый двигатель через азимутальный передаточный механизм вращает фланец вокруг вертикального вала. При этом корпус блока ориентации, закрепленный на нем столик с пиранометрами, жестко соединенный со столиком узел крепления с балансомером и установленный в корпусе горизонтальный вал имеют возможность перемещения в горизонтальной плоскости. Зенитный шаговый двигатель через зенитный передаточный механизм вращает горизонтальный вал, при этом закрепленные на нем узел крепления с актинометром и П-образная стойка с шарообразными затенителями могут перемещаться в двух плоскостях - горизонтальной и вертикальной. Вследствие этого происходит непрерывное автоматическое нацеливание на солнечный диск актинометра и постоянное измерение им прямой солнечной радиации . Одновременно с этим за счет движения шарообразных затенителей в двух плоскостях, а пиранометров и балансомера в горизонтальной плоскости обеспечивается непрерывное автоматическое 4 86662012.10.30 затенение термоэлектрических преобразователей этих приборов от прямой солнечной радиации. Это позволяет измерять рассеянную солнечную радиациюс помощью пиранометров, а с помощью балансомера - разность между рассеянной солнечной радиациейи отраженной солнечной радиацией , что в соответствии с формулами 1 и 3 позволяет рассчитать радиационный балансдеятельной земной поверхности. Возможность определения радиационного баланса деятельной земной поверхности расширяет измерительные функции устройства слежения за Солнцем. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5