CN102385392A - 仿生天球结构型太阳角度传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生天球结构型太阳角度传感装置，包括天球和海胆管结构，其中，海胆管结构包括若干根窥管，每根窥管的外端上均设置有光传感器，天球的一个半球面上设置有复眼结构，该复眼结构包括设置在天球球壳上若干个漏光孔，天球的另一个半球面上设置有透光的若干个光孔，每个光孔均与一根窥管的内端连通固定安装；若干个漏光孔和若干个光孔一一对称设置，相互对称的一对漏光孔和光孔的中心连接线与该光孔上设置的窥管的中心轴重合，并且该中心连接线还与天球球体的一条直径重合。本发明测量数据更直接、精度相对高、对多云及阴天有一定适应性，可有效的实现太阳跟踪的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳角度传感装置，尤其是一种仿生天球结构型太阳角度传感装置。
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。二是图像法，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均与上述两种基本大同小异。
以上传感器一般只适合低精度的环境下使用，所得到的数据并非是直接测得，需要经过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所产生的误差更大，加上由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、精度高的仿生天球结构型太阳角度传感装置。
为实现上述目的，本发明仿生天球结构型太阳角度传感装置，包括天球和海胆管结构，其中，海胆管结构包括若干根窥管，每根窥管的外端上均设置有光传感器，天球的一个半球面上设置有复眼结构，该复眼结构包括设置在天球球壳上若干个漏光孔，天球的另一个半球面上设置有透光的若干个光孔，每个光孔均与一根窥管的内端连通固定安装；若干个漏光孔和若干个光孔一一对称设置，相互对称的一对漏光孔和光孔的中心连接线与该光孔上设置的窥管的中心轴重合，并且该中心连接线还与天球球体的一条直径重合。
进一步，所述漏光孔和光孔均为圆形通孔，两者均均匀的分布在所述天球的两个半球面上。
进一步，所述天球的下部固定设置有支架，支架的下端活动连接有方位俯仰校准台，方位俯仰校准台的下部固定设置有基座。
进一步，所述方位俯仰校准台上设置有支架方位俯仰锁定结构。
进一步，所述窥管为圆形柱筒结构。
进一步，所述天球为一圆形球壳结构，其内表面上设置有电磁波吸收材料及相应吸收结构。
进一步，一一对应设置的一对所述漏光孔和光孔、窥管共同构成光测通道，该光测通道的中心轴构成方向轴。
进一步，所述天球上还设置有方位基准面和俯仰基准面，两基准面作为标准对所述方向轴及光测通道进行方位、俯仰的两维空间角度标定。
进一步，所述方位基准面和俯仰基准面与所述方位俯仰校准台进行联调，来调整所述天球的方位及俯仰角度值。
进一步，所述光传感器上设置有识别码。
本发明测量数据更直接、精度相对高、对多云及阴天有一定适应性，可有效的实现太阳跟踪的功能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为单一部件及光测通道结构示意图。
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，本发明仿生天球结构型太阳角度传感装置，包括天球1、支架5、方位俯仰校准台6、基座7，复眼结构12和海胆管结构13，其中，最底部为基座7，上方固定连接方位俯仰校准台6，方位俯仰校准台6上方与支架5活动连接，支架5上方与天球1固定连接。
复眼结构12设置在天球1的一个半球面上，海胆管结构13设置在天球1的另一个半球面上。复眼结构12包括设置在天球1球壳上的若干个漏光孔2，复眼结构12类似于动物的复眼结构；海胆管结构13包括若干根窥管3，每根窥管3的外端上均设置有光传感器4，光传感器4上设置有识别码，光传感器具有相互可识别性。海胆管结构13类似于海胆的针状分布结构，为若干窥管3的集合，窥管3为圆形柱筒结构。天球的另一个半球面上设置有透光的若干个光孔10，每个光孔10均与一根窥管的内端连通固定安装。
若干个漏光孔2和若干个光孔10一一对称设置，相互对称的一对漏光孔2和光孔10的中心连接线与该光孔上设置的窥管3的中心轴重合，并且该中心连接线还与天球球体的一条直径重合，即每一对漏光孔2和光孔10的中心连接线均经过天球1内的球心点8，每一个窥管3的中心轴线也均经过天球1内的球心点8。相对应的漏光孔2、光孔10、窥管3及光传感器4按先后顺序排列在一条直线上，一一对应设置的一对漏光孔2和光孔10、窥管3共同构成光测通道9，光测通道9为直射光通道，光测通道9的中心轴结构称为方向轴。
天球1为一圆形球壳结构，其内表面上设置有电磁波吸收材料及相应吸收结构。漏光孔2和光孔10均为圆形通孔，两者可按设计要求，按照球面立体角均匀的分布在天球1的两个半球面上。
方位俯仰校准台6上设置有支架方位俯仰锁定机构（图中未示），方位俯仰校准台6对安置于其上的部件具有方位、水平校准锁定功能。天球1上还设置有方位基准面和俯仰基准面（图中未示），两基准面作为标准对方向轴及光测通道9进行方位、俯仰的两维空间角度标定。方位基准面和俯仰基准面与方位俯仰校准台6可以进行联调，来调整天球1的方位及俯仰角度值。
本发明的制造及工作原理：在一个不透光且内表面吸光的球壳上刻出若干漏光的圆孔。以圆孔为球壳直径的一端，在另一端的球壳上开对称的圆孔并连接一与其直径相等的圆筒的一端，圆筒的另一端设置光传感器4并密封，圆筒中心线与直径线重合。球壳有自身的俯仰及水平基准面，用以标定各个圆筒中心线的方位及俯仰角。当光线照射时，众多光传感器4所接收的不同路径光中除一束最接近于直射光外，其它均为衍射、反射光，由于球壳的内表面吸光，所以一经反射光衰减很大；同样衍射光由于角度偏转也引起强度衰减，两种衰减均可被光传感器4检测到，因此唯一最接近于直射的光束因强度最高而被检出。再加上光传感器4已被标定，而同时读出的还有直射光所在光测通道的方位及俯仰角度值，测量的数据也就得到了。
工作步骤为：第一步：将装置安放于观测点，随即进行球体结构方位及俯仰基准面与方位俯仰校准台6进行联调。校准并确认已标定的光测通道方位及俯仰角度值。第二步：待有阳光时接通光传感器信号输出电路，将采集信号连同标定值上传并显示结果。
本发明应用了光在均匀介质中的直线传播、反射、衍射等原理及相互关系，制造工艺应用所需要的纳米技术。复眼结构、海胆管结构、光传感器采用纳米技术设计制造。而结构方面相对简单，使用性能及其精度具有较高水准，由此得到的结果具有相对高的可靠性。
使用时，当太阳光照到天球上时，由于平行光源的原因，入射光14与被照射的呈球面分布的漏光孔2呈不同角度，其中唯一一路入射光与漏光孔2平面最接近于垂直而又与光测通道9最接近于平行，此路光照射窥管3上的光传感器4的照度最强。其它漏光孔平面由于与入射光均不垂直，通过这些光测通道的为非直射光，这些非直射光将通过衍射和反射到达光传感器，照度均远小于直射光。由于所对应的光测通道方位及俯仰角度已进行了标定，对于唯一一路入射光与漏光孔平面最接近于垂直的光测通道，其方位及俯仰角度的标定值即为测得的太阳角度位置。
Claims (10)
1.仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，该装置包括天球和海胆管结构，其中，海胆管结构包括若干根窥管，每根窥管的外端上均设置有光传感器，天球的一个半球面上设置有复眼结构，该复眼结构包括设置在天球球壳上若干个漏光孔，天球的另一个半球面上设置有透光的若干个光孔，每个光孔均与一根窥管的内端连通固定安装；若干个漏光孔和若干个光孔一一对称设置，相互对称的一对漏光孔和光孔的中心连接线与该光孔上设置的窥管的中心轴重合，并且该中心连接线还与天球球体的一条直径重合。
2. 如权利要求1所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述漏光孔和光孔均为圆形通孔，两者均均匀的分布在所述天球的两个半球面上。
3. 如权利要求2所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述天球的下部固定设置有支架，支架的下端活动连接有方位俯仰校准台，方位俯仰校准台的下部固定设置有基座。
4. 如权利要求3所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述方位俯仰校准台上设置有支架方位俯仰锁定结构。
5. 如权利要求4所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述窥管为圆形柱筒结构。
6. 如权利要求2所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述天球为一圆形球壳结构，其内表面上设置有电磁波吸收材料及相应吸收结构。
7. 如权利要求2所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，一一对应设置的一对所述漏光孔和光孔、窥管共同构成光测通道，该光测通道的中心轴结构称为方向轴。
8. 如权利要求4所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述天球上还设置有方位基准面和俯仰基准面，两基准面作为标准对所述方向轴及光测通道进行方位、俯仰的两维空间角度标定。
9. 如权利要求8所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述方位基准面和俯仰基准面与所述方位俯仰校准台进行联调，来调整所述天球的方位及俯仰角度值。
10.如权利要求2所述的仿生天球结构型太阳角度传感装置，其特征在于，所述光传感器上设置有识别码。
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