移動式太陽輻射熱效應系統的設計與應用

楊明軍，趙家華，余云加，葉江勇

（廣州廣電計量檢測股份有限公司 ，廣州 510627）

引言

國內目前普遍采用的光輻照度檢測方法有兩種：一種是采用光輻照度計對自然環境下的太陽光進行光輻照度進行測量[1，2]，此方法能簡單的測量自然環境下的太陽光輻照度。由于方法功能單一，使用范圍非常有限。另一種是采用太陽光輻照度試驗裝置測量太陽光輻照度[3-5]，應用于戶外、航天器和小樣品陽光模擬試驗。不能滿足GJB 150.7A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第7部分：太陽輻射試驗》大型樣品第4.3.3.1條款“程序I” 試驗的要求。

本項目“移動式太陽輻射熱效應試驗系統”是通過光輻照度監測系統集成實驗室現有步入式高低溫濕熱試驗箱、整車紅外加熱系統、溫度數據采集儀，主要用于滿足GJB 150.7A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法第7部分：太陽輻射試驗》第4.3.3.1條款“程序I”的試驗要求，可進行汽車零部件、整車、大部件以及小型設備等太陽輻射熱效應試驗。

1 系統的組成

“移動式太陽輻射熱效應試驗系統”由光輻照度測量記錄儀、溫度數據采集儀、PLC報警裝置與安裝于PC機上的光輻照度監控軟件集成而成的光輻照度監控系統組成。移動式太陽輻射熱效應試驗系統工裝結構采用模塊化、抽屜式設計，該系統具有體積小、可隨時拆裝，移動，收起、組裝方面，便于攜帶，在不同地點使用。工裝結構設計圖見圖1所示。系統主要組成清單，見表1所示。

2 系統工作原理與設計

2.1 系統工作原理

“移動式太陽輻射熱效應試驗系統”由步入式高低溫濕熱試驗箱、整車紅外加熱系統和光輻照度檢測系統組成，并由整車紅外加熱系統提供紅外輻射光，以及步入式高低溫試驗室保障試驗時的環境溫濕度。步入式高低溫濕熱試驗室控制室內的溫度和濕度。溫濕度控制系統由新風處理機組和送風末端組成，采用新風作為能量輸入傳送的媒介，通過改變送風量來控制室內的濕度[6]。整車紅外加熱系統由紅外輻射燈和紅外加熱控制柜組成，光輻射照熱監控系統將樣品監測點反饋的實際溫度與設定值進行比較，通過紅外加熱控制柜控制紅外輻射燈溫度來調節對樣品的輻射能量，模擬樣品在真實環境中經歷的太陽輻射熱效應。用以滿足GJB 150.7A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第7部分：太陽輻射試驗》第4.3.3.1條款“程序I”的試驗要求。移動式太陽輻射熱效應試驗系統運行示意圖見圖2所示，其中黑色虛線框內為整車紅外加熱系統，紅色虛線框內為步入式高低溫試驗試驗室。

2.2 系統的設計

系統的設計包括硬件設計和軟件設計兩個部分。硬件部分包括光輻照度測量記錄儀、溫度數據采集儀、PLC報警裝置；光輻照度監控系統軟件設計采用MVC（Model-View-Controller）設計模式。通過控制層調用底層溫度數據采集儀讀寫驅動模型層、光輻照度測試記錄儀讀寫驅動模型層和磁盤文件讀寫驅動模型層，并與設備進行交互，獲取數據顯示到用戶界面。

2.2.1 硬件的設計

“移動式太陽輻射熱效應試驗系統”由光輻照度測量記錄儀、溫度數據采集儀、PLC報警裝置與安裝于PC機上的光輻照度監控軟件集成而成。紅外加熱系統提供紅外輻射光，步入式高低溫試驗室保障試驗時的環境溫濕度。光輻照度測量記錄儀是一種集氣象數據采集、存儲、傳輸和管理于一體的無人值守的智能光輻照度采集系統。其由光輻照度傳感器（多通道接口，最多可接16通道）、光輻照度數據采集儀和光輻照度控制軟件組成，具有光輻照度數據采集、實時時鐘、數據定時存儲、參數設定、友好的人機界面和標準通信功能。 PLC報警裝置通過光輻照度監控系統軟件設置溫度與光輻照度的上下限值，當實時采樣的溫度與光輻照度值超出上下限時，可顯示報警內容，并啟動聲光報警器。

2.2.2 軟件的設計

表1 系統主要組成清單

圖1 移動式太陽輻射熱效應試驗系統結構設計圖

用戶在界面上操作控制層完成對底層設備的控制。光輻照度監控系統軟件設計架構框圖見圖3所示。光輻照度監測軟件能將采集到的光輻照度值與溫度值同時實時顯示在同一個曲線圖和同一個數據表格中，并且曲線圖和表格中的光輻照度值與溫度值的通道、通道數量與顏色、采樣率等功能可進行選擇調整。

圖2 移動式太陽輻射熱效應試驗系統運行示意圖

圖3 軟件設計架構框圖

光輻照度監控系統軟件設計流程采用MVC設計思想，即先編寫底層：溫度數據采集儀讀寫驅動模型層、光輻照度測試記錄儀讀寫驅動模型層和磁盤文件讀寫驅動模型層，再編寫控制層，最后編寫視圖層。光輻照度監控系統軟件設計流程圖見圖4所示。

圖4 軟件設計流程圖

3 系統功能

本系統中ZRTH270U型步入式高低溫濕熱試驗室可以提供-60～90 ℃的環境溫度，保證長小于12 m，高低于4.5 m，寬窄于4.5 m，總重小于30 t的樣品能直接開進試驗室。另外，還可以根據樣品實際大小，提供不同容積的溫度箱。

本系統光輻照度測量記錄儀包含16個有效通道，可并行工作，同時開展試驗。系統紅外輻射燈可以保證長小于8.2 m，高低于3.8 m，寬窄于4.0 m的樣品進行試驗。其中3臺主燈架可以提供不小于76 kW的功率，8臺移燈架可以提供不小于80 kW的功率，最大輻照度可以達到2 000 W/m2。此外，給試驗樣品提供穩定的光輻照強度，并可根據樣品實際大小，提供不同尺寸大小，不同功率的紅外燈架。可進行汽車零部件、整車、大部件以及小型設備的太陽輻射試驗等的太陽輻射熱效應試驗。

4 結語

本文針對于此標準GJB 150.7A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第7部分：太陽輻射試驗》規定了軍用裝備實驗室太陽輻射，驗的要求設計出一款可靈活移動的新型移動式太陽輻射熱效應試驗系統。能滿足GJB 150.7A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第7部分：太陽輻射試驗》第4.3.3.1條款“程序Ⅰ”的試驗要求進行汽車零部件、整車、大部件以及小型設備的太陽輻射試驗等的太陽輻射熱效應試。同時因其參數可調整，也能滿足GB/T 2423等民用標準試驗要求。