移动式太阳辐射热效应系统的设计与应用

杨明军，赵家华，余云加，叶江勇

（广州广电计量检测股份有限公司 ，广州 510627）

引言

国内目前普遍采用的光辐照度检测方法有两种：一种是采用光辐照度计对自然环境下的太阳光进行光辐照度进行测量[1，2]，此方法能简单的测量自然环境下的太阳光辐照度。由于方法功能单一，使用范围非常有限。另一种是采用太阳光辐照度试验装置测量太阳光辐照度[3-5]，应用于户外、航天器和小样品阳光模拟试验。不能满足GJB 150.7A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第7部分：太阳辐射试验》大型样品第4.3.3.1条款“程序I” 试验的要求。

本项目“移动式太阳辐射热效应试验系统”是通过光辐照度监测系统集成实验室现有步入式高低温湿热试验箱、整车红外加热系统、温度数据采集仪，主要用于满足GJB 150.7A-2009 《军用装备实验室环境试验方法第7部分：太阳辐射试验》第4.3.3.1条款“程序I”的试验要求，可进行汽车零部件、整车、大部件以及小型设备等太阳辐射热效应试验。

1 系统的组成

“移动式太阳辐射热效应试验系统”由光辐照度测量记录仪、温度数据采集仪、PLC报警装置与安装于PC机上的光辐照度监控软件集成而成的光辐照度监控系统组成。移动式太阳辐射热效应试验系统工装结构采用模块化、抽屉式设计，该系统具有体积小、可随时拆装，移动，收起、组装方面，便于携带，在不同地点使用。工装结构设计图见图1所示。系统主要组成清单，见表1所示。

2 系统工作原理与设计

2.1 系统工作原理

“移动式太阳辐射热效应试验系统”由步入式高低温湿热试验箱、整车红外加热系统和光辐照度检测系统组成，并由整车红外加热系统提供红外辐射光，以及步入式高低温试验室保障试验时的环境温湿度。步入式高低温湿热试验室控制室内的温度和湿度。温湿度控制系统由新风处理机组和送风末端组成，采用新风作为能量输入传送的媒介，通过改变送风量来控制室内的湿度[6]。整车红外加热系统由红外辐射灯和红外加热控制柜组成，光辐射照热监控系统将样品监测点反馈的实际温度与设定值进行比较，通过红外加热控制柜控制红外辐射灯温度来调节对样品的辐射能量，模拟样品在真实环境中经历的太阳辐射热效应。用以满足GJB 150.7A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第7部分：太阳辐射试验》第4.3.3.1条款“程序I”的试验要求。移动式太阳辐射热效应试验系统运行示意图见图2所示，其中黑色虚线框内为整车红外加热系统，红色虚线框内为步入式高低温试验试验室。

2.2 系统的设计

系统的设计包括硬件设计和软件设计两个部分。硬件部分包括光辐照度测量记录仪、温度数据采集仪、PLC报警装置；光辐照度监控系统软件设计采用MVC（Model-View-Controller）设计模式。通过控制层调用底层温度数据采集仪读写驱动模型层、光辐照度测试记录仪读写驱动模型层和磁盘文件读写驱动模型层，并与设备进行交互，获取数据显示到用户界面。

2.2.1 硬件的设计

“移动式太阳辐射热效应试验系统”由光辐照度测量记录仪、温度数据采集仪、PLC报警装置与安装于PC机上的光辐照度监控软件集成而成。红外加热系统提供红外辐射光，步入式高低温试验室保障试验时的环境温湿度。光辐照度测量记录仪是一种集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的智能光辐照度采集系统。其由光辐照度传感器（多通道接口，最多可接16通道）、光辐照度数据采集仪和光辐照度控制软件组成，具有光辐照度数据采集、实时时钟、数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能。 PLC报警装置通过光辐照度监控系统软件设置温度与光辐照度的上下限值，当实时采样的温度与光辐照度值超出上下限时，可显示报警内容，并启动声光报警器。

2.2.2 软件的设计

表1 系统主要组成清单

图1 移动式太阳辐射热效应试验系统结构设计图

用户在界面上操作控制层完成对底层设备的控制。光辐照度监控系统软件设计架构框图见图3所示。光辐照度监测软件能将采集到的光辐照度值与温度值同时实时显示在同一个曲线图和同一个数据表格中，并且曲线图和表格中的光辐照度值与温度值的通道、通道数量与颜色、采样率等功能可进行选择调整。

图2 移动式太阳辐射热效应试验系统运行示意图

图3 软件设计架构框图

光辐照度监控系统软件设计流程采用MVC设计思想，即先编写底层：温度数据采集仪读写驱动模型层、光辐照度测试记录仪读写驱动模型层和磁盘文件读写驱动模型层，再编写控制层，最后编写视图层。光辐照度监控系统软件设计流程图见图4所示。

图4 软件设计流程图

3 系统功能

本系统中ZRTH270U型步入式高低温湿热试验室可以提供-60～90 ℃的环境温度，保证长小于12 m，高低于4.5 m，宽窄于4.5 m，总重小于30 t的样品能直接开进试验室。另外，还可以根据样品实际大小，提供不同容积的温度箱。

本系统光辐照度测量记录仪包含16个有效通道，可并行工作，同时开展试验。系统红外辐射灯可以保证长小于8.2 m，高低于3.8 m，宽窄于4.0 m的样品进行试验。其中3台主灯架可以提供不小于76 kW的功率，8台移灯架可以提供不小于80 kW的功率，最大辐照度可以达到2 000 W/m2。此外，给试验样品提供稳定的光辐照强度，并可根据样品实际大小，提供不同尺寸大小，不同功率的红外灯架。可进行汽车零部件、整车、大部件以及小型设备的太阳辐射试验等的太阳辐射热效应试验。

4 结语

本文针对于此标准GJB 150.7A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第7部分：太阳辐射试验》规定了军用装备实验室太阳辐射，验的要求设计出一款可灵活移动的新型移动式太阳辐射热效应试验系统。能满足GJB 150.7A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第7部分：太阳辐射试验》第4.3.3.1条款“程序Ⅰ”的试验要求进行汽车零部件、整车、大部件以及小型设备的太阳辐射试验等的太阳辐射热效应试。同时因其参数可调整，也能满足GB/T 2423等民用标准试验要求。