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NPL 报告 ENG 59 对使用... 的初步调查
1 简介 三维 (3D) 激光扫描仪多年来一直用于文化遗产、法医、3D 土地（地形）和“竣工”测量等应用。三维激光扫描仪使用安装在快速旋转头上的高速激光测距仪扫描环境，从而产生场景的高密度数字点云表示，可以根据需要进行存档和分析。通常，同轴安装的相机会同时记录全彩信息，以提供更逼真的 3D 图像。近年来，激光扫描仪的测距能力得到了提高，可以在数十米或更长的距离上实现亚毫米级精度和测距噪声。事实上，美国国家标准与技术研究所 (NIST) 最近报告称，他们开发了一款精度为 10 µm、测量范围为 10.5 m 1 的 3D 扫描仪。精度的提高，加上高价值制造业以及逆向工程和工厂维护等应用对以相对较低的成本快速获取高质量数据的要求不断提高，促使三维激光扫描仪从测量应用转向工程应用。随着 3D 激光扫描仪技术的普及和对精度要求的不断提高，对校准、性能验证和测量可追溯性的需求也随之增加。非接触式光学测量系统的校准和可追溯性问题非常复杂，不仅限于仪器本身系统误差的校准和补偿。例如，由于扫描激光与被扫描物体的材料和表面特性之间的相互作用以及激光束与表面的入射角，可能会出现显著的系统误差。然而，对于本文考虑的 3D 激光扫描仪类别，测距精度水平取决于仪器的几何误差和激光测距系统的精度。激光测距系统的校准相对简单，可以使用例如校准的长度工件或更精确的坐标测量系统（如激光跟踪器）或通过与参考干涉仪进行比较来进行。但是，没有涵盖激光扫描仪校准或性能验证的文献标准。在本报告的第 2 部分中，我们简要描述了激光扫描仪几何误差的数学模型。此外，NIST 进行的体积性能测试表明，校准后系统误差仍然很明显，这些误差可以归因于对几何对准误差的不完全补偿 2, 3 。因此，需要改进这些设备的校准方式，以充分发挥其潜力。因此，国家物理实验室 (NPL) 对使用“网络方法”校准 3D 扫描仪几何误差的可行性进行了初步调查 - 该方法之前由 NPL 为激光跟踪器校准而开发 4, 5 。在第 3 节中，我们总结了用于校准仪器误差的网络方法。在第 4 节中，我们介绍了用于测试激光扫描仪的方法。第 5 节介绍了结果和观察结果，第 6 节介绍了最后的总结和结论。2 激光扫描仪的几何误差模型 图 1 显示了激光扫描仪内部几何形状的理想表示。安装在固定底座上的旋转平台承载着激光源和旋转镜组件；平台绕着竖轴 Z 旋转。激光源的对准方式是使激光束与旋转镜的旋转轴（称为过境轴 T ）同轴对准。激光束在点 O 处从旋转镜反射，该点位于镜面与旋转轴 T 和 Z 的交点处。镜子相对于轴 T 倾斜 45°，使得激光束从镜子反射到 NZ 平面上的点 P，其中 ON 垂直于 OT。
光伏性能测试的辐射测量仪器和测量指南
2.1 典型的太阳光谱分布显示 PV 感兴趣的区域 。.....................3 2.2 各种 PV 材料的相对光谱响应函数。.....................4 2.3 用于光伏材料评估的不同实验室灯的光谱分布。...........5 2.4 太阳光谱分布随大气质量增加的变化 M ......................6 2.5 太阳几何定义，包括法线角、天顶角、入射角和方位角 ............7 3.1 光学滤波器参数 ....................。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.......11 3.2 使用公式 (4) 时指示辐照度与真实辐照度变化示意图 ..........14 3.3 使用二极管阵列和扫描光栅光谱仪测量的 Spire 2 40A 的相对光谱分布与校准灯光谱的比较 ....................15 3.4 阵列光谱辐射计数据收集时序图 .........................16 3.5 带有 3 个误差线的光谱辐照度灯数据标准 ........................19 3.6 NREL 光谱辐射校准照片 ...............................2 2 3.7 NREL 光谱辐射计相隔六个月的校准文件比率 ..........2 3 3.8 汞氩灯的发射光谱显示用于波长校准的线条 .2 4 3.9 由于校准期间过量的（反射的）辐射到达输入光学器件导致白炽灯的光谱分布失真 ......................... ; .......2 5 4.1 氙源的光谱分布、ASTM E-892 全局光谱以及 CIS 和非晶硅电池的光谱响应，用于光谱失配计算 .............2 6 4.2 白炽灯源的CIS和非晶硅光谱响应和光谱辐照度曲线 ............。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..29 4.3 NREL 参考电池校准测量系统框图 ...............3 2 4.4 NREL 样品光谱响应报告 ..。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.................3 3 4.5 用于 Sandia/NIST 校准程序的设备示意图 ...................3 4 5.1 典型的绝对腔辐射计设计 .........。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.4 1 5.2 使用绝对腔辐射计参考的典型日射计响应度与一天中的时间。注意响应度有 1.2% 的差异... ................................... 44 5.3 遮光-非遮光日射强度计校准信号时间序列 .......< div> 。。。。。。。。。...... div>......4 5 5.4 示意图日射强度计的分量总和校准。................. div>....4 6 5.5 ' 典型太阳辐射计响应度响应与天顶角 . < /div>................. div>.........4 7 5.6 与图相同型号太阳辐射计的响应度与天顶角的关系。5.5 ........... div>....4 8 5.7 三纬度倾斜 NREL 光伏系统太阳辐射计与四季晴空的纬度倾斜参考太阳辐射计。.........。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.49 5.8 与 5.7 类似，但适用于部分多云条件 .....................................50 5.9 与图 5.7 和 5.8 类似，但阴天条件除外。.........................5 1 5.10 由晴空分量总和（直射光计/漫反射）数据生成的 NREL 太阳辐射计方位角-仰角响应图 ..。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.......5 2 5.11 未补偿的 50 结 T 型热电偶的温度响应非线性。还显示了补偿网络的响应。.................5 3 5.12 Eppley Laboratories 温度补偿网络示意图 ...................5 4 5.13 典型的 Eppley PSP 和 Kipp 和 Zonen 温度响应数据 ................5 4 5.14 单个 Eppley PSP 日射强度计的重复温度响应结果 ............5 5 6.1 用于 NREL 标准化室外测量系统的日射强度计支架，用于 PV 模块性能测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..5 8 6.2 NREL 户外测试设施使用的光伏系统日射强度计安装方案示例 ..60 6.3 用于评估光伏模块能量生产能力的拟议方法流程图 ........6 1 6.4 辐射数据的月/小时平均数据报告样本 .........................6 3 6.5 NSRDB 每小时数据格式注释示例 ...。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 4