高精度太阳辐射监测站　型号：TP-SMS-22G  品牌：EKO

1、产品简介

旗云高精度太阳辐射观测自动站（TP-SMS-22G）参照世界气象组织世界气候研究计划（WCRP）下垫面辐射基准站网（BSRN）的要求建立起来的。TP-SMS-22G能满足观测数据的高精度和高稳定性要求。同时，TP-SMS-22G不仅可以作为高精度辐射站的样板和辐射科研的基地，而且还兼备评价现存辐射数据的参照标准，为改进区域辐射观测工作发挥应有的作用。  

图1. 太阳辐射测量系统实例

TP-SMS-22G测光站主要包括太阳总辐射、散射辐射、反射辐射、直接辐射、长波辐射、净辐射、水平光谱辐射、天空亮度/辐照度以及云况/云量的测量，除此之外，根据需要还可以增加同步的其他常规气象要素。目前该高精度太阳辐射监测站已超过上千个科研和应用项目。产品具有如下特点：

(1)辐射传感器：国际最高精度和最快的响应速度；

(2)太阳追踪系统：GPS定位，四象限修正，双轴全自动追踪精度<0.01°；

(3)多用途：可选副基准、一级、二级辐射表、光谱辐射表及气象监测；

(4)易维护，低功耗：Harmonic技术，长时期免维护；

(5)可远程操作，适合野外长期观测；

(6)符合国际辐射观测网络（BSRN）和国际气象组织（WMO）技术标准；

(7)品质保证：拥有ISO9001，ISO17025，ISO14001，ISO9060，CE国际认证，可用于科学研究和气象服务等领域。

2、设备选型及主要技术参数

TP-SMS-22G测光站采用世界顶级辐射传感器和太阳追踪系统，严格满足WMO对于辐射测量精度和稳定性的要求，具备高可靠性、高准确性、易维护、易备份等特点。系统的配置可根据用户的实际测量需求进行增减，该系统由全自动太阳跟踪器、各种辐射传感器（长波辐射表、总辐射表、净辐射、散射辐射表和直接辐射表）、天空扫描仪、全天空成像仪、采集系统、无线数传系统以及供电单元等辅助设备组成。

图2. 辐射测量站系统组成

2.1、太阳追踪系统

图3. STR-22G太阳追踪系统

为了测量直接辐射和散射辐射，需要将直接辐射表和总辐射表安装于太阳追踪器之上。追踪器的性能是影响直接辐射测量的关键因素。本测量系统采用日本EKO-STR双轴跟踪式太阳追踪系统（STR-22G），此系统具有世界上最优秀的追踪精度，可搭载各种类型的太阳辐射表。由于采用了闭路双轴追踪单元，即便在追踪系统未能安装在水平面上的情况下，也能准确的找到太阳的位置。

为便于安装和实现精确的太阳追踪，所有的STR太阳追踪器都有一个内置的GPS接收器。自动设置的位置坐标和时间信息可用来计算和控制其精确的对准太阳。标准的四象限太阳传感器可以补偿任何几何定位偏差，这也使得测量更为精确。

【STR-22G太阳追踪器主要优点】：

Ø高精度：拥有世界上最高的追踪精度（0.01°）和响应速度；

Ø自带偏差补偿：标准四象限太阳传感器，可以补偿几何定位偏差，使得测量更为精确；

Ø自动定位：自带GPS接收器，自动设置位置坐标和时间信息，使其精确的对准太阳；

Ø时刻对准太阳：当太阳被云等遮挡时，追踪器通过计算准确的对准太阳运行路径；在太阳出现时，使得直射表随时对准太阳；

Ø操作灵活：可以通过PC指令完全控制或监控追踪器运行状态；

Ø免维护：拥有世界上最先进的动力传递装置，可长期免维护；由于采用无动力带传递，系统不会因为环境温度变化引起过紧或者松弛而无法正常工作；

Ø高适应性：全天候，高稳定性；

Ø低功耗：可使用太阳能板供电。

【主要性能指标】：

Ø定位准确度：＜0.01°

Ø时钟实时准确度：2×10-6s

Ø工作温度： -40~50℃

Ø驱动电机：步进电机

Ø控制：开环控制系统

Ø重复性：＜0.01°

Ø光电瞄准器：4象限光电传感器

Ø定位与时间校准：全自动GPS

2.2、直接辐射测量

直接辐射测量采用日本EKO最新推出的MS-56直接辐射传感器，该产品遵循国际标准化组织（ISO）和国际气象组织（WMO）的相关标准，拥有世界上领先的响应速度。每一个MS-56在出厂时都会进行严格的标定。它能够测量200~4000nm波长的太阳辐射，配备的高品质连接装置使仪器的安装与维护都十分方便。出色的设计、优良的制造工艺、出众的性能使MS56成为测量太阳直接辐射的理想仪器。

图4. 直接辐射传感器

MS56直接辐射表的视场角为5度（符合WMO对直接辐射的测量要求），其瞄光孔用于在太阳追踪器上更好的对准太阳；表面高精度高透光学玻璃和极低反射率的探测器保证了对特定波段太阳辐射的精确监测。

【MS-56直接辐射表优点】：

Ø在世界同类产品中，拥有最快的响应速度；

Ø自带温度补偿，观测精度更高；

Ø热平衡探测器使得系统更稳定；

Ø带有12V窗口加热，防止结霜和凝结；

Ø优秀的设计和制备工艺使得产品拥有非常可靠的稳定性。

【主要性能指标】：

Ø反应时间：<1秒

Ø温度偏移：<1W/m2

Ø年误差：<0.5%/年

Ø线性误差：<0.5%

Ø温度依赖性：<0.5%（-20~50℃）

Ø灵敏度：6～10μV/W/m2

Ø工作温度：-40～80℃

Ø光谱波长：200～4000nm

Ø信号输出：0～15mV

Ø全向视角：5º±0.2º

2.3、总辐射测量

总辐射表采用EKO MS-802系列辐射表，其中MS-802/802F拥有质量最高的玻璃罩以及创新的技术设计，并具备温度补偿功能，具有极高的相应速度和精度，能满足高级别应用到要求。该产品适用于对精度和稳定性要求极高的科学研究、气象监测网络、光伏电站太阳能监测和研究和极端恶劣环境下的测量。

其中，MS-802F是带有通风装置的产品，可以有效降低结霜、降雪和灰尘的影响。

图5. MS系列总辐射表

【MS系列辐射表优点】：

Ø响应速度快；

Ø宽温补偿，观测精度高；

Ø高品质玻璃罩，0偏移极低；

Ø体积小，重量轻，便于应用集成；

Ø均通过ISO9001，ISO17025，ISO14001，ISO9060，CE国际认证，性能可靠。

主要性能指标

MS802

2.4、长波辐射测量

在气象应用中，红外辐射或者长波辐射指的是波长大于3.0μm的电磁辐射。长波辐射在物理上与温度有关，并且在地球上所有物体都会发出长波辐射。而太阳的短波辐射的光谱范围则为300nm-3μm（占太阳辐射总能的的99.5%）。

日本EKO MS-202/202F地球长波辐射表用于测量4~50 µm波段的大气长波辐射，探测器内部嵌入了温度补偿电路，使得探测精度和稳定性有了极大提升。可选择性探测和输出辐射表穹顶温度和探测器温度。该探测器可用于大气辐射（云层/水蒸气和二氧化碳等发出的辐射）和地球与大气之间的净辐射交换的气象观测。在许气象/光伏/园艺/农业和工业等领域得到了广泛的使用。

图6. MS系列长波辐射表

【系列传感器优点】：

Ø精度高，响应快；

Ø全天候，高稳定性；

Ø高度集成，易于集成到任何类型的应用中；

Ø均通过ISO9001，ISO17025，ISO14001，ISO9060，CE国际认证，性能可靠。

【应用领域/Applications】：

Ø气象观测

Ø大气环境监测和研究

Ø农业气象及生态研究

【主要性能指标】：

2.5、数据采集单元

数据采集器是高精度测光站系统的核心，所有气象传感器均需接入数据采集单元，来实现数据的采集、处理、分析及存储，可以通过无线传输模块，来实现数据的无线远程传输。CR3000是一款结构紧凑、性能先进、运行可靠的数据采集器，为世界著名仪器生产商Campbell 公司生产。它由测量与控制设备、通讯端口、供电系统以及抗紫外ABS轻质量外壳组成。具有RS-232/485接口，支持Modbus RTU协议，能够利用以太网、CDMA/GPRS和卫星等多种通讯方式进行数据传输，也可以直接与计算机或专用PDA连接（需相关硬件支持）。CR3000具备符合欧盟CE、EMC标准的过压保护功能，能够防止瞬时过大电流对设备产生损害。

【主要性能指标】：

Ø最大扫描速率：100KHz

Ø模拟输入：24个单端通道（14个差分）

Ø内存：标准为4M内存，可扩展至2G

ØA/D转换：16位数模转换；

Ø4个独立的COM端口或者SDI-12测量串口传感器

Ø温度补偿实时时钟，随着时间过去和温度的变化，系统可后台标定

ØGDT输入保护

Ø电池支持的SRAM和时钟确保当CR3000与电源断开后，程序和数据不会丢失，时钟保持精确时间

Ø连续脉冲通道：4个24位脉冲通道测量开关量，高频脉冲，或者低位交流

Ø数字控制口：8个多功能数字控制口，包括数字控制输出，接口，连续脉冲，开关量，频率/周期测量，定时采集，SDI-12通讯，115.2kbps串口传感器通讯。3个附加SDM设备测量端口。

Ø连续模拟输出：2个连续模拟输出，提供电位显示或者比例控制器

Ø开关激发输出：4个开关电压输出和3个开关电流输出，为比率传感器/桥测量提供精确激发

Ø连接电源：连续5伏和12伏端子，可连接传感器和非Campbell设备，2个12伏端子控制程序。

Ø恶劣环境操作：标准操作范围是-25~50℃；可扩展至-40~85℃。

Ø采集器程序：使用CRBasic进行编程，可以使用Short Cut程序生成器或者CRBasic灵活编辑器创建CR3000的程序灵活程序结构创建更多的CR3000程序。

Ø通讯协议：支持PAKBUS协议，PAKBUS网络具有分布式路由功能，可优化传输的时间，在传输失败的情况下，允许自动开关去配置一个备份路由。