CN102368160B - 布式太阳俯仰角跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种布式太阳俯仰角跟踪装置，包括转动部和利用太阳光直射光线来检测太阳俯仰角的检测部，其中，转动部包括外壳体和设置在其内部的内壳体，外壳体和内壳体之间通过转轴连接，内壳体能够在外壳体内转动，检测部设置在转轴的轴线上；外壳体上沿所述转轴的轴向设置有若干个长条形通孔，内壳体上沿所述转轴的轴向设置有一个长条形镂槽，转动内壳体，镂槽与若干个通孔逐次一一对应来形成若干个入射通道，若干个入射通道使太阳光线逐次入射到检测部上。本发明测量数据直接、精度相对高，得到的测量结果具有相对高的可靠性，采用单频接收有利于提高信噪比及灵敏度。

Description

布式太阳俯仰角跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种太阳角度传感装置，尤其是一种布式太阳俯仰角跟踪装置。

背景技术

现有的太阳跟踪传感器，其采集信号的种类有以下几种：一是采用光敏芯片作为核心器件，接收太阳光的照度，利用象限分析的方法由计算机计算得到太阳的方向角度信息。再有就是图像法，即根据太阳所成光斑像在图像接收屏上的位置反向推算出太阳的方向角度信息，还有其它类别的传感器与上述两种基本大同小异。

以上传感器只适合特定的使用环境，所得到的数据并非是直接测得，需要采用软件进行模糊数学计算和判断，由此多重计算后方能得到所需数据。在相关的运算过程中，由于计算误差的累计效应会产生更大的误差，因此，多重计算产生的不可靠性问题，大大影响了系统的稳定，此外，大气透明度也对测量产生一定影响。有鉴于此，行业及专业上需要有另一套测量数据更直接、精度相对高、对多云及阴天有一定适应性的系统来实现太阳跟踪的功能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、布鲁斯特角原理结构而相对可靠的布式太阳俯仰角跟踪装置。

为实现上述目的，本发明布式太阳俯仰角跟踪装置，包括转动部和利用太阳光直射光线来检测太阳俯仰角的检测部，其中，转动部包括外壳体和设置在其内部的内壳体，外壳体和内壳体之间通过转轴连接，内壳体能够在外壳体内转动，检测部设置在转轴的轴线上；外壳体上沿所述转轴的轴向设置有若干个长条形通孔，内壳体上沿所述转轴的轴向设置有一个长条形镂槽，转动内壳体，镂槽与若干个通孔逐次一一对应，镂槽与一个通孔重合正对来形成一个入射通道，若干个入射通道使太阳光线逐次入射到检测部上。

进一步，所述外壳体为空心结构的圆柱筒，所述内壳体为空心圆柱状结构的转筒，所述圆柱筒与转筒的中心轴线重合，所述转轴的轴线与所述中心轴线重合。

进一步，所述转动部还包括用于驱动并控制转筒转动的控制装置。

进一步，所述转动部整体安装在安装基座上，该安装基座上设置有三坐标调节机构、安装基准面及其接口，安装基准面平行于水平面、并平行于所述转轴；所述转轴平行于水平面，且设置为东西走向。

进一步，若干个所述长条形通孔整体形成镂空刻度槽，若干个所述长条形通孔以所述轴线为中心轴均匀分布在所述圆柱筒的圆柱面上。

进一步，所述镂空刻度槽分布范围所对应的圆心角为0-120度，所述镂空刻度槽均设置在所述圆柱筒的上半部圆柱面上。

进一步，若干个所述长条形通孔根据其设定的位置均标定有角度值。

进一步，所述镂空刻度槽的外表面覆盖有用单频率透光材料制成的滤光膜。

进一步，所述圆柱筒两侧端面无部件区域设置为光封闭结构，所述转筒上除去所述镂槽外也为光封闭结构，所述转筒内表面上设置有吸光膜。

进一步，所述检测部包括平面反射镜和光感记录器，平面反射镜固定设置在所述转轴上，光感记录器固定设置在平面反射镜上，并且平面反射镜的反射光路对准光感记录器的接收方向，反射光角度满足单频率透过光的布鲁斯特条件；光感记录器检测并记录依次通过所述滤光膜、通孔、镂槽照射到平面反射镜并经其反射的太阳光的单频率光功率、偏振数据。

本发明测量数据直接、精度相对高，得到的测量结果具有相对高的可靠性，采用单频接收有利于提高信噪比及灵敏度。

附图说明

图1为本发明结构主示意图；

图2为发明内部结构侧示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1、图2所示，本发明布式太阳俯仰角跟踪装置，包括转动部和利用太阳光直射光线来检测太阳俯仰角的检测部。其中，转动部包括圆柱筒1、转筒2、控制装置8和安装基座4，圆柱筒1为圆柱空心结构，转筒2为空心圆柱状结构，转筒2设置在圆柱筒1内部，圆柱筒1和转筒2之间通过转轴连接，圆柱筒1与转筒2的中心轴线重合，转轴的轴线与所述中心轴线重合。控制装置8安装在圆柱筒1上，其用于驱动并控制转筒2一定角速度或步进角速度转动、定位。转动部整体安装在安装基座4上，安装基座4上设置有三坐标调节机构、安装基准面及其接口（图中未示），安装基准面平行于水平面，并平行于所述转轴；所述转轴平行于水平面，且设置为东西走向。

圆柱筒1的侧壁上设置有环形排列的镂空刻度槽15，该镂空刻度槽15包括沿所述转轴的轴向设置的若干个长条形通孔5，若干个长条形通孔5以所述轴线为中心轴均匀分布在圆柱筒1的圆柱面上，镂空刻度槽15分布范围所对应的圆心角为0-120度，安装固定后，镂空刻度槽15均设置在圆柱筒1的上半部圆柱面上，以使得镂空刻度槽15对应于太阳光的照射。若干个长条形通孔5根据其设定的位置均标定有角度值，该角度值可校对设定。镂空刻度槽15的外表面覆盖有滤光膜3，滤光膜3用单频率透光材料制成。

转筒2的侧壁上沿所述转轴的轴向设置有一个长条形镂槽9，镂槽9与通孔5的开口位置、尺寸大小对应，转筒2转动时，镂槽9与若干个通孔5逐次一一对应连通，每当镂槽9转到与一个通孔5重合正对时，对应连通的一对镂槽9和通孔5形成一个光线的入射通道，因此，镂槽9与若干个通孔5可逐次形成若干个入射通道，太阳光线通过入射通道入射到检测部上，转动转筒2，太阳光线通过若干个入射通道逐次入射到检测部上。

圆柱筒1两侧端面无部件区域设置为光封闭结构，转筒2上除去镂槽9外也为光封闭结构，转筒2内表面上设置有吸光膜。

检测部包括平面反射镜6和光感记录器7，平面反射镜6固定设置在所述转轴上，光感记录器7固定设置在平面反射镜6上，并且平面反射镜6的反射光路对准光感记录器7的接收方向；被测阳光依次通过滤光膜3、一个通孔5、镂槽9照射到平面反射镜6上，并经平面反射镜6反射射入光感记录器7，光感记录器7检测并记录被测太阳光的单频率光功率、偏振等数据，这些数据最后上传给总处理器。

本发明可用于光伏光热发电定日跟踪，应用光的直线传播基本原理，利用本发明装置将射来的被测光按入射的角度分离并分别引入若干个通孔5中，一个镂槽9分别依次传输若干个通孔5中透射的光，以按不同角度将光线传输到光感记录器7，由于除一路直射光外，其他路入射光均经过装置内部大小不等的反射吸收，强度大幅度降低，而直射光那一路所标注的角度就是光源的角度，此为一维的角度测量方法。光感记录器7检测并记录单频率光功率、偏振等数据，寻找单频偏振光与总光功率比值最小时所对应的镂槽9和通孔5，即此时射入的光为直射光，此时通孔5标定的角度为太阳俯仰角。

本发明设计应用了光在均匀介质中的直线传播、反射及其布鲁斯特角等原理及相互关系，制造工艺应用成熟的纳米技术，激光刻蚀技术可达到相当精度，而结构方面相对简单并采用步进电机装置。光测量使用单频功率与偏振指标的双重检测，从测量精度的互补上确保结果的相对可靠性并消除偶然误差。成熟技术在研发及制作成本上有优势，同时得到的测量结果具有相对高的可靠性。采用单频接收有利于提高信噪比及灵敏度。

具体实施时，

第一步：首先在地基上建立标准面即水平基准面，将本发明装置的安装基座4固定安装于其上，通过三坐标调节使转筒的转轴平行于水平基准面且为东西走向。

第二步：控制装置8驱动转筒2转动，每当镂槽9转到与镂空刻度槽15的其中之一重合正对时，如图1b所示位置，测试光光路打开，被测入射阳光依次通过滤光膜3、通孔5、镂槽9后，箭头1 0所示入射光照射到平面反射镜6的反射点12，并经反射，反射光11射入光感记录器7，而后被记录，上传。

第三步：控制装置8按若干个通孔5所标定的角度值实时记录；同时与光感记录器7上传数据比较，此时不同角度对应不同时点，寻找单频偏振光与总光功率比值最小为时间标定点，取此时的通孔5标定的角度为太阳俯仰角。

Claims (9)

1.   布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，该跟踪装置包括转动部和利用太阳光直射光线来检测太阳俯仰角的检测部，其中，转动部包括外壳体和设置在其内部的内壳体，外壳体和内壳体之间通过转轴连接，内壳体能够在外壳体内转动，检测部设置在转轴的轴线上；外壳体上沿所述转轴的轴向设置有若干个长条形通孔，内壳体上沿所述转轴的轴向设置有一个长条形镂槽，转动内壳体，镂槽与若干个通孔逐次一一对应，镂槽与一个通孔重合正对来形成一个入射通道，若干个入射通道使太阳光线逐次入射到检测部上；所述检测部包括平面反射镜和光感记录器，平面反射镜固定设置在所述转轴上，光感记录器固定设置在平面反射镜上，并且平面反射镜的反射光路对准光感记录器的接收方向，反射光角度满足单频率透过光的布鲁斯特条件；光感记录器检测并记录依次通过滤光膜、通孔、镂槽照射到平面反射镜并经其反射的太阳光的单频率光功率、偏振数据。

2.      如权利要求1所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述外壳体为空心结构的圆柱筒，所述内壳体为空心圆柱状结构的转筒，所述圆柱筒与转筒的中心轴线重合，所述转轴的轴线与所述中心轴线重合。

3.      如权利要求2所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述转动部还包括用于驱动并控制转筒转动的控制装置。

4.      如权利要求1所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述转动部整体安装在安装基座上，该安装基座上设置有三坐标调节机构、安装基准面及其接口，安装基准面平行于水平面、并平行于所述转轴；所述转轴平行于水平面，且设置为东西走向。

5.      如权利要求2所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，若干个所述长条形通孔整体形成镂空刻度槽，若干个所述长条形通孔以所述轴线为中心轴均匀分布在所述圆柱筒的圆柱面上。

6.      如权利要求5所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述镂空刻度槽分布范围所对应的圆心角为0-120度，所述镂空刻度槽均设置在所述圆柱筒的上半部圆柱面上。

7.      如权利要求6所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，若干个所述长条形通孔根据其设定的位置均标定有角度值。

8.      如权利要求7所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述镂空刻度槽的外表面覆盖有用单频率透光材料制成的滤光膜。

9.      如权利要求2所述的布式太阳俯仰角跟踪装置，其特征在于，所述圆柱筒两侧端面无部件区域设置为光封闭结构，所述转筒上除去所述镂槽外也为光封闭结构，所述转筒内表面上设置有吸光膜。