一种宽光谱域的光辐射监测装置及监测方法与流程

本发明涉及电力行业光辐射监测，具体涉及一种宽光谱域的光辐射监测装置及监测方法。

背景技术：

1、目前市场上有多种光辐射监测技术，主要基于如下机理：

2、光辐射传感机理：光辐射传感器为热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷接点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号和太阳辐照度成正比。此种技术属于电子传感器，在较强的电磁场环境下其温差电势及信号传输会受干扰而紊乱，因此有必要研究非电子类光辐射传感技术。

3、目前有些高校或研究机构着手于光纤类光辐射计，如图4所示，光电热机理如下：通过太阳能电池板将光照强度转化为电流，电流流经电阻丝串绕的结构，将温度聚集在内侧的套管，利用光纤光栅温度传感器对管内的温度进行测量，根据温度及光照强度的对应关系，得知光照强度的大小。该方案的优点在于结构简单，电阻丝可以由优质铁铬铝或镍铬电热合金制成，这些合金材料具有电阻率稳定、使用寿命长等优点，内外侧的套管可以使用陶瓷，但方案缺点也较为明显，内侧的套管能的热量需要设计结构进行及时的导出，否则热量集聚会造成误差；但若导热性太好，热能又不易集聚令传感器感知。另外采用太阳能电池板转换成电能，光谱响应范围较小，晶体硅太阳能电池的光谱响应区域为800-900nm，非晶硅太阳能电池的光谱响应区域为500-600nm。

4、如图5所示，光电磁机理为：利用光电池产生电流，电流通过螺线管产生磁场，光纤光栅可以通过检测悬臂梁监测螺线管产生的磁场强弱，继而探测出外界的光照强度情况，该方案采用螺线管结构测量光照强度，由于太阳能电池板总体输出电流较小，产生的磁场强度有限，所以对悬臂梁的灵敏度要求较高，整体设计上会浪费掉更多的空间资源。此外该技术方案易受电磁场干扰，且采用太阳能电池板转换成电能，光谱响应范围较小，晶体硅太阳能电池的光谱响应区域为800-900nm，非晶硅太阳能电池的光谱响应区域为500-600nm。

5、如图6所示，光电机机理为：以太阳能电池板作为感知器，产生电流带动直流电机，而fbg悬臂梁结构在电机的一侧负责记录电机的转速情况。这样便巧妙地将光照转化为了应力的周期性变化进行测量。该技术的最大缺陷在于电机启动功率较高，当光辐射较低时传感无响应。此外通过悬臂梁弯曲次数计算光强，测量值是周期性的，不连续，测得的光辐射参数非真实值。另外采用太阳能电池板转换成电能，对于光谱的响应范围较小，晶体硅太阳能电池的光谱响应区域为800-900nm，非晶硅太阳能电池的光谱响应区域为500-600nm。

技术实现思路

1、为了解决目前的光辐射传感器抗电磁干扰能力不足，且测量精度不高、响应光谱范围小的问题，本发明提出了一种宽光谱域的光辐射传感器，所述光辐射传感器包括透光部、导热体和第一光纤光栅温度传感器；

2、所述透光部为中空结构，其材质为透光材质，设置在光源照射处；

3、所述导热体位于所述透光部内，其对着所述光源的照射方向的表面覆有黑色涂层，所述黑色涂层用于吸收光能，并将光能转化成热量；

4、所述导热体的材质为导热材质，所述第一光纤光栅温度传感器嵌装在所述导热体内部，用于测量所述导热体的温度变化，并将测得的温度变化参数传输给数据处理器。

5、优选的，所述黑色涂层的材质包括碳纳米管和石墨。

6、优选的，所述透光材质包括石英。

7、优选的，所述光辐射传感器还包括密闭箱体和设置于所述密闭箱体内的第二光纤光栅温度传感器；

8、所述透光部位于所述密闭箱体外；

9、所述第二光纤光栅温度传感器用于测量所述密闭箱体内的环境温度，并将测得的环境温度参数传输给所述数据处理器。

10、优选的，所述密闭箱体包括顶面、底面和至少一个侧面，所述侧面首尾连接，形成中空结构，所述顶面和所述底面分别连接于所述中空结构的两侧，所述顶面朝向所述光源的照射方向，所述透光部位于所述顶面外侧。

11、优选的，所述顶面的材质为不透光的材质。

12、基于同一发明思路，本发明还提出一种宽光谱域的光辐射监测装置，所述监测装置包括光辐射传感器、光纤光栅解调仪和监测平台；

13、所述光辐射传感器设置在光源照射处，且与所述光纤光栅解调仪连接，用于将所述光源的光能转化成热量，测量温度变化参数，并将所述温度变化参数传输给所述光纤光栅解调仪；

14、所述光纤光栅解调仪与所述监测平台电连接或通信连接，用于将所述温度变化参数解调为所述光源的波长信息，并将所述温度变化参数和波长信息传输给所述监测平台；

15、所述监测平台用于基于所述温度变化参数和波长信息，利用参数计算式计算所述光源的光辐射参数；

16、其中，所述光辐射传感器采用本发明提供的一种宽光谱域的光辐射传感器。

17、优选的，所述监测装置还包括第一光纤，所述第一光纤光栅温度传感器的一端与所述第一光纤的一端连接，所述第一光纤的另一端穿过所述透光部与所述光纤光栅解调仪连接。

18、优选的，所述监测装置还包括第二光纤，所述光辐射传感器的第二光纤光栅温度传感器与所述第二光纤的一端连接，所述第二光纤的另一端穿过所述光辐射传感器的密闭箱体与所述第一光纤光栅温度传感器的另一端连接。

19、优选的，所述参数计算式如下式所示：

20、i＝δt*c*m/at

21、其中，i表示光辐射强度，t表示时间间隔，a表示照射区域面积，δt表示导热体受辐射前后的温度变化，c表示导热体的比热容，m表示导热体的质量。

22、基于同一发明思路，本发明还提出一种宽光谱域的光辐射监测方法，所述监测方法包括：

23、利用光辐射监测装置的光辐射传感器将光源的光能转化为热量，测量温度参数，并将所述温度参数传输给所述光纤光栅解调仪；

24、利用所述光纤光栅解调仪将所述温度参数解调为所述光源的波长信息，并将所述温度参数和波长信息传输给所述监测平台；

25、利用所述监测平台基于所述温度参数和波长信息，利用参数计算式计算所述光源的光辐射参数；

26、其中，所述光辐射监测装置采用本发明提供的一种宽光谱域的光辐射监测装置。

27、优选的，所述温度参数包括所述光辐射传感器的导热体的温度变化参数和所述光辐射传感器的密闭箱体的环境温度参数。

28、优选的，所述参数计算式如下式所示：

29、i＝δt*c*m/at

30、其中，i表示光辐射强度，t表示时间间隔，a表示照射区域面积，δt表示导热体受辐射前后的温度变化，c表示导热体的比热容，m表示导热体的质量。

31、基于同一发明思路，本发明还提出一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现本发明提供的一种宽光谱域的光辐射监测方法。

32、基于同一发明思路，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现本发明提供的一种宽光谱域的光辐射监测方法。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

34、(1)本发明提供的一种宽光谱域的光辐射传感器，使用黑色涂层实现光热转化，通过导热体将热量传递给光纤光栅温度传感器感知温度变化，该光辐射传感器的传感过程不受电磁干扰，且光谱响应范围宽，光辐射转化效率高，精准采集光辐射强度；

35、(2)本发明提供的一种宽光谱域的光辐射监测装置，使用本发明的光辐射传感器将光能转化成热量，测量温度参数，进而通过光纤光栅解调仪的解调和监测平台的计算对光辐射参数进行监测，该监测装置不受电磁干扰，可测量的光谱范围宽，光辐射捕捉率高，可实现光辐射参数的连续测量和精准监测；

36、(3)本发明提供的一种宽光谱域的光辐射监测方法，利用本发明的光辐射监测装置将光能转化为热量，测量温度参数，并基于温度参数对光辐射参数进行计算和监测，该监测方法不受电磁干扰，可测量的光谱范围宽，光辐射捕捉率高，能够实现光辐射参数的连续测量和精准监测，可广泛应用于电力行业强电磁场景。