Cảm biến bức xạ ròng được sử dụng để đo sự trao đổi năng lượng bức xạ giữa bề mặt và khí quyển, và phạm vi dữ liệu của nó bao gồm hai dải chính của bức xạ sóng ngắn và sóng dài, cụ thể như sau:I. Phạm vi dữ liệu bức xạ sóng ngắn
Phạm vi phổ
Bức xạ sóng ngắn chủ yếu đến từ Mặt trời, với dải phổ từ 0,3 đến 3 micron (300nm đến 3000nm), chiếm khoảng 99,5% tổng năng lượng bức xạ mặt trời. Dải sóng này bao gồm các vùng tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy và gần hồng ngoại và là nguồn cung cấp năng lượng chính cho bề mặt.
Phạm vi đo
Giá trị điển hình: Phạm vi đo bức xạ sóng ngắn của hầu hết các cảm biến bức xạ ròng là 0~2000W/m², có thể bao gồm cường độ bức xạ mặt trời trong các điều kiện thời tiết khác nhau như ngày nắng và ngày nhiều mây.
Ở những vùng có ánh sáng mặt trời mạnh như cao nguyên và sa mạc, bức xạ sóng ngắn có thể nhanh chóng vượt quá 2.000 W/m², nhưng các cảm biến thường đảm bảo độ chính xác của dữ liệu bằng cách thiết kế các thuật toán dự phòng hoặc hiệu chuẩn.
Ứng dụng thực tế
Dữ liệu bức xạ sóng ngắn, được sử dụng để tính toán độ phản xạ bề mặt, tiềm năng bức xạ mặt trời (ví dụ: đánh giá nhà máy quang điện) và bức xạ hiệu quả quang hợp thực vật (PAR), là các thông số chính trong nông nghiệp, khí tượng, năng lượng.
II. Phạm vi dữ liệu bức xạ sóng dài
Phạm vi phổ
Bức xạ sóng dài được phát ra từ bề mặt và khí quyển, có phổ từ 3 đến 100 micron (3.000 nm đến 100.000 nm) và liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ của vật thể. Bề mặt giải phóng năng lượng vào khí quyển thông qua bức xạ sóng dài, trong khi các khí nhà kính như hơi nước, carbon dioxide trong khí quyển trả lại năng lượng cho bề mặt thông qua bức xạ sóng dài.
Phạm vi đo
Giá trị điển hình: Phạm vi đo bức xạ sóng dài thường là -200~200 W/m². Giá trị âm chỉ ra rằng bức xạ sóng dài phát ra từ bề mặt lớn hơn bức xạ trở lại khí quyển (như làm mát bề mặt vào ban đêm), và giá trị dương cho thấy bức xạ ngược khí quyển mạnh hơn (như khi lớp mây bao phủ).
Giá trị cực đoan: Trong môi trường cực lạnh hoặc cực nóng, bức xạ sóng dài có thể vượt quá phạm vi này, nhưng cảm biến sửa lỗi bằng thuật toán bù nhiệt độ, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ kháng bạch kim tích hợp, đảm bảo tính ổn định dữ liệu.
Ứng dụng thực tế
Dữ liệu bức xạ sóng dài, được sử dụng để phân tích sự cân bằng năng lượng bề mặt, cường độ hiệu ứng nhà kính và hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, là cơ sở quan trọng cho nghiên cứu khí hậu, giám sát sinh thái và thiết kế nhiệt xây dựng.
III. Phạm vi dữ liệu bức xạ ròng
Bức xạ ròng là tổng đại số của bức xạ sóng ngắn so với bức xạ sóng dài, và phạm vi dữ liệu của nó được xác định bởi công thức sau:
Bức xạ ròng=(sóng ngắn tới - sóng ngắn phản xạ)+(sóng dài xuống - sóng dài lên)
Điển hình: Phạm vi đo bức xạ ròng thường là -300~2000W/m², tùy thuộc vào loại bề mặt, điều kiện thời tiết và thay đổi ngày/đêm.
Ánh sáng ban ngày: Mặt trời có bức xạ mạnh và bức xạ ròng thường là dương, có nghĩa là bề mặt hấp thụ nhiều năng lượng hơn giải phóng.
Ban đêm: Không có bức xạ mặt trời, bức xạ ròng thường là âm, cho thấy bề mặt giải phóng năng lượng vào khí quyển thông qua bức xạ sóng dài.
Giá trị cực đoan: Trong các môi trường đặc biệt như băng cao nguyên và sa mạc, bức xạ ròng có thể vượt quá phạm vi điển hình do suất phản chiếu bề mặt cao hoặc thấp, nhưng các cảm biến đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thông qua máy dò nhiệt điện có độ chính xác cao và hệ thống quang học phủ nhiều lớp.
IV. Ảnh hưởng của thiết kế cảm biến đối với phạm vi dữ liệu
Loại máy dò: Máy dò nhiệt điện hai kênh có thể đo bức xạ sóng ngắn và sóng dài tương ứng, bao gồm toàn bộ dải phổ (0,3~50 μm hoặc rộng hơn), tránh lỗi cắt ngắn phổ của cảm biến một kênh truyền thống.
Bù nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ tích hợp (chẳng hạn như điện trở bạch kim) theo dõi nhiệt độ máy dò trong thời gian thực, điều chỉnh ảnh hưởng của độ trôi nhiệt độ đối với độ chính xác đo bằng thuật toán phần mềm, đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường -40 ° C đến+70 ° C.
Thiết kế bảo vệ: Vỏ bọc polyethylene hình bán cầu hoặc vỏ silicon có thể chống lại thời tiết, nhiễu cát và bụi, giảm tác động của các yếu tố môi trường lên phạm vi dữ liệu.