ЛБ / LB_3
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение |
высшего образования |
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа новых производственных технологий Направление подготовки 12.03.02 Оптотехника Отделение материаловедения
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРЫ
по дисциплине: Оптико-электронные системы
Выполнили: |
|
Яковлев Р.Н. |
студенты группы 4В91 |
_________ |
Васильев М.А. |
|
|
|
Проверил: |
|
|
Доктор ф.-м. наук, |
__________ |
Корепанов В. И. |
профессор ОМ ИШНПТ |
|
|
|
|
Томск – 2023
Цели работы:
•Измерить спектральные и энергетические характеристики солнечной радиации после прохождения атмосферы в разных участках неба.
•Измерить индикатрису яркости неба
Ход работы
Спектрометр UPRtek использовался для измерения спектральных и энергетических характеристик. Лабораторные работы были проведены в солнечную погоду на Лагерном саду г. Томск, где наблюдалась легкая дымка.
Рис.1 Небо в Лагерном саду г.Томск
Измерения проводились в 2-х разных установках спектрометра по отношению к Солнцу.
1)Поворот 00 по отношению к Солнцу;
2)Поворот 450 по отношению к Солнцу;
На основе полученных данных была построена индикатриса яркости (рассеяния) при разных поворотах прибора относительно расположения Солнца. Результаты приведены на рисунках 2, 3. Стоит отметить, что углы были нормализованы по максимальной освещенности при азимуте 0. Таким
образом, горизонт расположен в полярных координатах в положении -300, а положение Солнца – 00.
Рис. 2 Индикатриса яркости (рассеяния) при отсутствии отклонения положения оптической оси прибора от Солнца
Рис. 3 Индикатриса яркости (рассеяния) при отклонении положения оптической оси прибора от Солнца на 45°
Помимо этого, были записаны спектры излучения Солнца под разными углами и с разной установкой спектрометра по отношению к излучателю. Спектры излучения собраны в одно изображение и приведены на рисунках 4 и 5. Стоит уточнить, что угол поворота спектрометра – это угол, лежащий в плоскости xOy (азимут), а угол наклона спектрометра – это угол, лежащий в плоскости xOz (угол места).
Рис. 4 Спектры излучения Солнца под углом поворота спектрометра 0°
Рис. 5 Спектры излучения Солнца под углом поворота спектрометра 45°
Кроме спектров излучения были измерены и другие характеристики:
1.Коррелированная цветовая температура или CCT (Рис. 6). При наведении спектрометра на солнце CCT близок к температуре белого
источника света. Чем дальше от солнца, тем CCT выше (температура холодного источника света)
Рис. 6 Коррелированная цветовая температура
2.Освещённость (Рис. 7). Освещённость неба находится в пределах от 100 до 400 лк. Вблизи солнца освещённость резко возрастает вплоть до 47 клк.
Рис. 7 Освещённость
3.Доминирующая длина волны (Рис. 8). У прямой солнечной радиации (непосредственно солнце) доминирующая длина волны лежит в зелёной и жёлтой областях. Рассеянная солнечная радиация (небесный свод), по сравнению с прямой, смещается в более коротковолновую голубую область.
Рис. 8 Доминирующая длина волны
4.Индекс цветопередачи или CRI (Рис. 10 – Рис. 11). CRI во всей области небосвода очень близок к 100, однако чем ближе к солнцу, тем сильнее падает CRI. Лучший CRI равный 99,8 наблюдается при угле поворота 45° с углом наклона 60°.
Рис. 10 Индекс цветопередачи (CRI) при угле поворота спектрометра 0°
Рис. 11 Индекс цветопередачи (CRI) при угле поворота спектрометра 45
Вывод:
В ходе проведенной лабораторной работы была изучена зависимость спектральных и энергетических характеристик солнечной радиации от
направления обзора. При отведении обзора от Солнца спектр излучения смещается в коротковолновую область из-за рассеяния света на парах воды и углекислом газе в небесной сфере. Индикатриса распределения яркости указывает на то, что яркость неба возрастает при приближении к Солнцу. Индекс цветопередачи солнечного света близок к 100, но в прямых лучах солнца он немного падает. Коррелированная цветовая температура Солнца соответствует белому источнику света, однако она становится более холодной с увеличением расстояния от Солнца, что проявляется в голубой окраске неба. Наконец, освещенность возрастает по мере приближения к Солнцу.