便携式分光光度计以及太阳能集热管的表征方法技术

本发明专利技术涉及一种便携式分光光度计以及用于同步现场表征反射和透射系数的太阳能集热管的表征方法。该设备包括用于进行前述测量的所有必要组件，例如用于测量内管（1’）的反射系数（R）的模块、用于测量外管（1”）的透射系数（T）的模块、电子的数据采集和处理系统（12）、用于控制设备和输出测量数据（17）的外部计算机（13）以及允许设备和计算机（13）之间进行通讯的系统（15）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于光学測量设备或测量仪器的
更具体的讲，本专利技术涉及便携式设备，该便携式设备用于现场(in-field)光谱表征用于获得太阳能热量的集热器中所使用的管子的反射和透射系数。该设备包括用于进行测量的所有必要组件，这种测量包括对数据进行处理并通过无线发送到电脑中进行存储。
技术介绍
无论是从在家用水平的热水的加热或者制冷生产的观点出发，还是从太阳能热发电厂的电カ生产上来讲，在光热领域中的太阳能收集在技术和经济层面上都具有越来越高的重要性。这些系统要求获得最大限度的太阳能吸收，并且尽可能的得到最小的热能损失。为此，在真空管或者类似结构中完成相关配置以减少热传导和对流带来的损耗，并拥有强大的太阳能的吸收涂层，而且具有发射率低的特征，能够减少在远红外光区热辐射中的能量损失。 因此，无论是在家用方面还是在电能生产中，选择合适的吸收涂层都起到了至关重要的作用，且其正常的运作在很大程度上取决于这ー类型系统的性能。一个恰当的表征所述涂层的光学特征的方法在这个领域具有非常重要的意义。就电能生产设备来说，由于具有大量的要表征的吸收管，故能快速容易地进行测量也是很便捷的。鉴于这种类型管子的光学特征(最大的能量吸收和最小的能量损失)，通常在不利的环境条件下，由于从逻辑上讲环境光线总是高強度的，设备必须能够准确的测量反射和透射系数的极端值(接近0或I)。由于这些反射和透射系数強烈依赖于所使用的光线的波长，对这些系数本身的光谱进行表征是必不可少的。完成这ー类型测量的设备被称作是分光光度计。在ー个典型的分光光度计中使用的是宽谱光源和可变滤波器元件，就像是ー个跟随狭缝移动的衍射网格，允许顺序地选择不同的波长。这ー选择允许以几乎持续的方式改变波长，但是由于所获得的输入光的功率非常低，反而结果是在低动态测量范围内产生ー个更为复杂和精微的系统。专利US 4687329描述的是ー个使用宽谱光源的设备，在这种情况下，紫外线以及多个在固定位置上的过滤器，能够完成在一定数量的离散点上的光谱测量。分光光度计也有其历史背景，其中具有不同波长的光源的集合被用作光源。在专利US 2008/0144004中，几个发光二极管(LED)被同时使用来完成血液中不同分析物检测的透射測量。但是，并未进行真正的光谱测量，而是在ー些不同的波长上的几个同时的测量。另外，该专利不存在应对环境光线的保护，也不存在进行反射或參考测量的可能性。类似的情况发生在专利技术专利US 4286327中，在该专利中可以以不同波长(在远红外光区中)进行连续的测量，但是在这ー情况中所使用的LED是相同的，光谱选择是通过具有不同中心波长的固定滤波器完成的。这里既不存在任何应对环境光线的信号恢复机制，也不存在进行反射或參考测量的可能性。上述任何设备或其他类似设备无论是范围，灵敏度和/或机械结构都不满足太阳能集热器的吸收管的现场测量的需求。
技术实现思路
本专利技术考虑到上面列出的问题的具体特点，所作出的设计满足便携性、測量速度、足够的灵敏度以及动态范围的要求。为了得到一个简单而强大的系统，将通过覆盖波长范围的发光二极管(LED)来实现玻璃照明，在此波长范围内想要获得其特征。这使得需要廉价且具有高耐用性和高稳定性的光源。存在很多波长范围在300到2500nm (从紫外线到近红外线)之间的商业性的LED,这使得针对每个问题的具体特点通过简单地选择所需LED的数量，能够使用所需的分 辨率进行光谱测量。根据太阳热能生产设备的光谱表征的一般需求，拥有大约十二个测量波长就足够了。为了实现足够快速测量的目的，除了完成允许对光源射出的光強度的瞬时值作出独立测量的參考测量之外，设备应同时进行每个玻璃管的透射和反射系数的測量。除了设备的机械结构之外，要求针对每个被表征的波长安装四个光检测器和两个LED发射器，该设备允许进行这四项測量，而不需要作任何类型的位置调整。为了获得高灵敏度的測量，从而能够非常准确地获得反射和透射系数的数值，这ー数值非常小或者非常接近I，这需要采集系统具备足够大的信噪比。由于背景光信号主要来自环境太阳光，也就是说，它是一种高强度的信号，为了实现达到高信噪比，对所述信号进行ー些类型的处理是必不可少的。在这种情况下最为合适的是通过应用ー些去除算法进行数字信号处理，例如同步或锁定检測。为了进行这样的处理，将要被测量的信号很容易地从噪声背景区分出来是必要的，通常是通过应用某类型的调制来实现。这种设备的另ー个必不可少的特点是以容易且灵活的方式将数据发送至个人电脑的可能性，其中以被认为是最为合适的方式处理和存储数据。在使用本专利技术的情况下，可以通过使用常规网络协议的无线通信解决这个问题，这就为系统提供了额外的灵活性。测量设备的总体结构框架如下-数个可以覆盖波长范围的发光二极管或者LED，在此波长范围内吸收管想要被表征,在一个优选实施例中,将对每一个波长使用ー对LED。-对每对LED使用四个光检测器，可以获取每个波长的反射、透射和參考信号。-数字电路，实现对感兴趣信号的采集功能以及模拟和数字之间的转换功能。-数字处理卡，用于从可能存在光学和电学噪声的环境背景中提取信号。如果有必要，此卡也负责将所选择的调制应用于LED光源中。-与任何具有适当测量软件的个人电脑相连的无线通讯系统。-中央处理单元，通过选择与时时使用的信道相对应的电子组件以及控制内部与外部通信来控制系统的整体运行。-为系统的电子和光学组件提供适当绝缘的外壳，使得易于运输，能够以简单和可重复的方式连接到被测量的管子上。-安装到与设备一起使用的电脑上的软件，需要完成与设备之间的通讯连接以及对所获取信息的进ー步处理。本专利技术提出的一大优点和进步就在于系统能够在具有环境光线和现场条件下进行測量，而不需要黑暗或者有保护等特定条件。相对于已知的现有技木，另ー项重要的进步在于，本专利技术的系统能够同时进行透射和反射測量，而不需要在其中做任何的调整。附图说明为了有助于更好的理解本专利技术的特点，提供了附在说明书之后的一系列图表，这些图表仅为示例，并不作限制，说明如下图I示出了与測量波长相对应的光学系统的示意图，其中 包括用于反射和透射的发射器、四个相关的检测器以及关于被测量管的空间排布。图2示出了机械外壳，其中包括系统的光电组件以及它们相对表征管的调整。图3示出了推荐实施例的完整示意图，包括光学系统和电子组件，以及数字信号处理(DSP)卡,该卡能够实现调制、控制和同步检测的功能。图4示出了抛物柱面集热器的吸收管的测量的具体实例。所使用的附图标记如下(I)表征管 (I’ )内管 (I”)外管(2)包含用于反射测量的发射器和检测器的部件(3)包含用于透射测量的检测器的部件(4)用于透射测量的LED光束发射器(5)用于反射测量的LED光束发射器(6)透射检测器(7)反射检测器(8)透射參考检测器(9)反射參考检测器(10)部分反射薄片(11)部分反射薄片(12)数据的采集和处理系统(13)电脑(14)数字信号处理(DSP)卡(15)无线路由器(16)指令(17)数据(18) LED 调制信号(19)由数字输出的控制信号(20)被测量的模拟电信号(21)放大器具体实施方式光学系统是所提出的设备的关键部分，这是因为应尽可能的使在透射和反射中的管的測量同步进行，并满足精确度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·阿隆索·埃斯特万，C·赫拉斯·维拉，I·萨利纳斯·艾瑞斯，D·伊斯基耶多·努涅斯，J·戈麦斯·波罗，A·吉米诺·梅林多，F·威伦达斯·雅斯特，N·马丁内斯·桑斯索，
申请(专利权)人：阿文戈亚太阳能新技术公司，
类型：
国别省市：