Radiômetro espectral utilizando diodos emissores de luz (LEDs) como sensores seletivos de radiação

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um radiômetro espectral com anel de sombra rotativo capaz de realizar medidas das componentes global-horizontal, difusa-horizontal e direta-normal da irradiância solar. Utilizam-se diodos emissores de luz (LEDs) como sensores espectrais seletivos em substituição aos filtros de interferência acoplados a fotodiodos. Projetado para atuar como emissor de luz, o LED pode desempenhar o papel de dispositivo semicondutor sensível à radiação luminosa em um comprimento de onda e largura espectral próxima da sua faixa de emissão. A resposta angular do detector foi verificada experimentalmente para cada canal do dispositivo. Os efeitos da variação térmica sobre os sensores podem ser compensados através da medida da temperatura por um sensor eletrônico instalado junto ao detector. Os resultados obtidos pelos vários canais do radiômetro espectral possibilitam determinar os seguintes parâmetros atmosféricos: espessura da camada de ozônio, água precipitável, coeficientes α e β de Ångströn. Estes dados são utilizados para caracterizar o espectro solar através de um modelo paramétrico de irradiância solar abrangendo o segmento de 300 nm até 4000 nm.

This article presents the development of a spectral rotating shadowband radiometer for measuring the direct-normal, globalhorizontal and diffuse-horizontal irradiance. The system uses light-emitting diodes (LEDs) as spectrally selective detectors in place of optical interference filters and photodiodes. Although LEDs are designed to emit quasi-monochromatic light, they can also detect a relatively narrow spectral band of wavelengths near the emission peak. The instrument uses five commercially available LEDs with response peaks at 375 nm, 525 nm, 625 nm, 815 nm and 920 nm, and a broadband silicon photodiode with sensitive wavelength range of 350-1000 nm. The cosine responses of five LED sensors and photodiode were measured. A temperature sensor was installed within the sensor housing so that the temperature error can be corrected. Results from sensors provide information on atmospheric parameters as follows: ozone optical depth, precipitable water, α and β Ångströn coefficients. These parameters are input data on parameterized transmittance model to predict solar spectral irradiance.