2012年02月24日

<続> 光センサの拡散板と遮光リングの相互的な位置関係、形状及び材質、入射角特性に関するお話

<続> 光センサの拡散板と遮光リングの相互的な位置関係、形状及び材質、入射角特性に関するお話

前回、拡散板の形状を確定するまでのお話で、フルフラット、つまり筐体のエッジとレベルが一緒というのが最悪な特性を持つと言うこと、その補正を目的として、エッジ面からの突き出し量を調整して追い込めるが、その際、拡散板の形状は平板でも球面でも大した違いは無く、どっちでも好きな形状を選べば良い、一方、その補正が可能な範囲は80度迄が限界だと、そして、それが理由でもう一言付け加えると、一般的に各メーカーが80度までの入射角特性データしか公開しない、その理由がココにあると、そういう事までがはっきり解りました段階です。

今回は入射角80度以上の特性の補正です。前回のグラフで縦軸の数字を見ていただければ解るのですが、±50%レンジで振り切ってます。これは論外な数値です。また、80度未満で理想を追うと、80度越えのレンジではプラス方向、つまり過大評価になってしまう傾向が見える。そりゃあそうです。フルフラットで過小評価する分を過大評価に持ち込んだ訳ですから、お釣りがどこかにでてしまう。今回はココをクリアするお話。遮光リングの出番です。遮光リングと呼ぶのか呼ばないのかは、良く知らないのですが、勝手に命名してます。

ここまでで、日射計には遮光リングが付いてない理由を理解いただけたと思います。フルフラットの黒体では反射が極小なので、過小評価にならないからです。もし、熱型で付いてるのがあれば、そんなセンサーは買ってはいけません。逆に遮光リングが付いていない光電タイプの拡散板付きセンサーも、その辺を考えてないか、コストと妥協したかのどちらかと言えます。

早速遮光リング付きと無しの比較データをご覧下さい。
DiffwRing.jpg

Y1軸が前回同様のエラー%、Y2軸がIDEALなコサイン特性にどの程度追従出来ているかを示します。

結果、遮光リングを装着すると、無限大に大きくなる80°以上の範囲での過大評価方向のエラーを抑制する方向に働き、同時に過小評価が最大20%出ていることも意味しています。で、現状の僕にはココまで、アイデア尽きたと言う段階で、結果という次第です。遮光リングに変形ギザギザを刻んで80-90度範囲をもっと突き詰める手法も考えましたが、切削費用が嵩むのが一つの理由、もう一つは遮光リングの別の役割を有効にしたかった、この2つの理由でココまでで止めました。樹冠内部でよく使われるPARセンサーを考えたとき、あちこちからやってくる反射光の影響を抑制するという役割も無視できないと判断しました。

余談ですが、Y2軸を見たときに、エラーが増える80度以上において、IDEALも、実測値もどちらも出力が当然ながら1/10に落ちています。こういうテストを実施するときの装置の光源は、なるべく遠方から時間的に安定した直線光を回転台に乗ったセンサーに照射するのですが、こういう光はあまり明るくできず、角度が増す毎にSNが悪くなるという問題が出ます。前々回でお話ししたSNのお話と同じ。各メーカーが80度までしか公開しないもう一つの理由として、シグナルがあまりに弱くなり、計測限界付近だったという事情もあるかも知れません。その点ではMIJ-14弐型シリーズはとっても楽でした。

同時に思ったのは、光関係の論文で、あらゆる問題をクリアできる魔法の呪文か?と思えるように登場するソーラーシミュレーターって機械の、一級品と呼ばれるレベルのを弊社も持ってはいますけど、この類のテストには全く用を成しません。放電型の光源は、実は、時間的に安定した光を得る事に対して、苦手としています。買う前に誰か正直に言って欲しかった。

放電なわけですからそりゃあそうでしょうと、今なら言えます。波長スペクトルの分布を太陽光に近づけたという意味では素晴らしい機材ですけど、応答速度が速いセンサーでこういう使い方をする場合には、特にアラが目立ちます。熱型であれば、100%応答に60秒程度は要し、アラが見えにくいので、逆になおさら注意でしょう。

このテスト以来、ソーラーシミュレーターって単語が論文に出てきて、かつ、キャリブレーション、テスト、入射角、なんかの単語と一緒に並んでいたら、疑問の目で見てしまう癖が付いてしまいました。いまどきそんないい加減な報告なんかは、上がってきてもリジェクトされると思いますけどね。

日本環境計測国産部門担当HK
http://www.environment.co.jp/


posted by EMJ-TM at 14:15| Comment(0) | TrackBack(0) | 日記
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