CN102645747B - 一种空隙式光斑成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空隙式光斑成像装置，包括支撑机构及其上存在空隙的光斑成像部分，其中光斑成像部分至少包括一个成像单元，所述成像单元固定在支撑机构上。本发明较佳实施例中所述光斑成像部分包括至少两个成像单元，各成像单元所在平面相互平行，并通过支撑机构连接固定；所述相邻成像单元之间存在空隙。所述成像单元可沿水平方向、竖直方向或与支撑机构成一定夹角的方向安装。与现有技术相比，本发明解决了整体式光斑成像装置的风抗问题，同时能降低光斑成像装置的制作、安装和维护成本。

Description

一种空隙式光斑成像装置

技术领域

本发明涉及太阳光能量收集和利用技术领域，具体涉及一种空隙式光斑成像装置。

背景技术

 随着经济和工业发展，对能源的需求越来越多，尤其是电能是工业和人们生活中不可或缺的能源。传统发电方式，例如，煤炭发电因为对煤矿依赖性太强，而煤炭是不可再生资源且污染较大，煤炭发电等传统的发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为此，清洁、可再生的能源越来越受到人们重视，而在众多清洁能源中，太阳能因其覆盖面广，即有阳光的地方即可利用、而占有更重要的作用，因而被广泛应用在发电领域中。在太阳光能量收集和利用系统中，塔式太阳能发电系统是其中一种重要的方式，而太阳光斑的采集系统对塔式太阳能发电有着重要的研究和实用意义。

目前，现有的塔式太阳能光斑采集系统的具体情况如下：

塔式太阳能光斑采集系统一般包括太阳光斑成像装置、日光反射装置、光斑采集装置、计算机控制子系统。计算机控制系统控制指定的日光反射装置跟踪太阳，并将太阳光线反射到位于接收塔上的光斑成像装置；利用光斑采集装置拍摄接收塔上的光斑成像装置，获取光斑图像后经计算机控制系统处理以研究光斑的特征。传统的光斑成像装置为整块的涂覆具有漫反射特性涂料的的平面成像板，并垂直于地面安装于接收塔上，其存在以下弊端：

第一，由于光斑大小随着光斑采集装置与日光反射装置的距离增大而增大，对于设有成千上万面日光反射装置的镜场，光斑采集装置与日光反射装置的距离通常较远，则落在成像板上的光斑大小较大，因此成像板的面积往往较大，随之产生的风抗也很大。大风抗非常不利于光斑的采集工作，光斑成像装置在风的作用下将发生不同程度的抖动，不但影响光斑采集的质量，甚至可能造成成像装置损坏。而为了使成像板足够稳固，以抵挡大风抗，需要花费较高的制作和安装成本。

第二，由于平面成像板是整体式的，当成像板需要维护或更换时，必须对整个成像板进行操作，成本大，操作麻烦，周期长。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种空隙式光斑成像装置，其解决了整体式光斑成像装置的风抗问题，同时能降低光斑成像装置的制作、安装和维护成本。

本发明的技术方案如下：

一种空隙式光斑成像装置，包括支撑机构及其上存在空隙的光斑成像部分，其中光斑成像部分至少包括一个成像单元，所述成像单元固定在支撑机构上。

较佳地，所述光斑成像部分包括至少两个成像单元，各成像单元所在平面相互平行，并通过支撑机构连接固定；所述相邻成像单元之间存在空隙。

较佳地，所述成像单元可沿水平方向、竖直方向或与支撑机构成一定夹角的方向安装。

较佳地，所述成像单元为表面多孔式结构；所述成像单元表面分布有若干孔状的空隙，气流可从孔状的空隙中通过。

较佳地，所述支撑机构包括框架，所述框架上设置有与每一成像单元一一对应的框架的轴，每一成像单元通过其对应的框架的轴固定在框架上。

较佳地，还包括用于调整成像单元角度的角度调整机构，所述角度调整机构与成像单元连接，各成像单元调整角度后的所在平面相互平行。

较佳地，所述角度调整机构，进一步包括：曲轴、曲轴转动轴、控制马达；其中，每一曲轴对应一框架的轴，框架的轴通过曲轴连接到曲轴传动轴上；控制马达与曲轴传动轴连接，用于控制曲轴传动轴带动曲轴、框架的轴实现成像单元的翻转。

较佳地，所述角度调整机构包括连动杆，固定轴；所述两两成像单元之间通过连动杆连接在一起，所述连动杆与成像单元之间通过固定轴连接；上述所有连动杆均呈平行设置。

较佳地，所述成像单元为形状、尺寸相同的长条状，所述相邻成像单元之间的间隙为成像单元宽度的1/10。

较佳地，所述成像单元形状为长条形、方形、弧形等规则形状或其它不规则形状。

较佳地，所述装置可垂直于地面或与地面有一定倾角地安装在接收塔上，也可通过支撑塔架安装于镜场内或镜场周围。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，由于风抗随迎风面积的减小而减小，因此由于本发明光斑成像装置存在空隙，气流可从前述空隙中通过，因此可有效降低风抗，提高成像装置的稳定性，降低对成像装置材料的要求，节约成本。

第二，因此由于本发明光斑成像装置由若干成像单元组成，每块成像单元的面积较小，且每两块成像单元之间留有一定间隙，气流可从成像单元之间通过，因此可有效降低风抗，提高成像装置的稳定性，降低对成像装置材料的要求，节约成本。

第三，本发明的成像单元可以做成表面多孔式结构，气流可从孔隙中通过，因此也可有效降低风抗，提高成像装置的稳定性，降低对成像装置材料的要求，节约成本。

第四，本发明可通过调整成像单元的角度使得光斑采集装置成像平面与成像板平行，两者不存在夹角，因此解决了仰角拍摄造成的光斑图像畸变问题。

第五，角度调整机构能够根据风力大小、风向和摄像机的位置调整成像单元的姿态，在有效降低风抗的同时达到最佳成像效果；

第六，本发明所示单元式成像装置的成像单元可独立拆卸维护，因此可节省维护时间和成本。

综上所述，本发明突破了光斑只能在整体平面上成像的观念，解决了光斑成像装置因面积过大遭受过大风抗而被破坏和影响光斑的成像质量问题，解决了光斑采集装置拍摄到的光斑图像的畸变问题，提高了光斑采集装置获取的光斑成像质量，降低了太阳光斑采集系统的成本，简化了整个控制过程，也提升了光斑采集效率。

附图说明

图1为塔式太阳能光斑采集系统示意图；

图2为本发明实施例一成像单元水平安装的光斑成像装置示意图；

图3为本发明实施例一的变化例一成像单元竖直安装的光斑成像装置示意图；

图4为本发明实施例一的变化例二成像单元呈一定角度安装的光斑成像装置示意图；

图5为本发明实施例一的变化例三采用托架支撑成像单元的光斑成像装置示意图;

图6为本发明实施例二成像单元角度可调的光斑成像装置俯视图；

图7为本发明实施例二中成像单元平面与摄像机成像平面平行示意图；

图8为本发明实施例二角度调整机构的变化例的示意图；

图9为本发明实施例三多孔式光斑成像装置示意图。

具体实施方式

一种空隙式光斑成像装置，包括支撑机构及其上存在空隙的光斑成像部分，其中光斑成像部分至少包括一个成像单元，所述成像单元固定在支撑机构上。

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细叙述。

实施例一：

参见图1至图3，塔式太阳能光斑采集系统一般包括空隙式光斑成像装置1、光斑采集装置2、日光反射装置3、计算机控制子系统4。计算机控制子系统4控制指定的日光反射装置3跟踪太阳，并将太阳光线反射到位于接收塔上的光斑成像装置1；利用光斑采集装置2拍摄光斑成像装置1，获取光斑图像后经计算机控制子系统4处理以研究光斑的特征。

其中，上述空隙式光斑成像装置1，包括支撑机构11及其上存在空隙的光斑成像部分12，光斑成像部分12包括至少两个成像单元121，各成像单元121所在平面相互平行，并通过支撑机构11连接固定；相邻成像单元121之间存在空隙。所述成像单元121可沿水平方向、竖直方向或与支撑机构成一定夹角的方向安装。

本实施例中，支撑机构11为矩形框架，其它能够连接并稳定支撑成像单元的结构均可作为光斑成像装置的支撑机构。

本实施例中，光斑成像部分12被划分成若干形状、尺寸相同的长条状成像单元121，但并不局限于此，成像单元121也可为方形、弧形等规则形状或其它不规则形状。同时，各个成像单元的形状、尺寸也可以不相同，本发明不对此进行限定。

本实施例中，成像单元121之间的间隙为成像单元121宽度的1/10，但不限于此，可视图像采集及处理要求、当地风速、风向等具体情况而定，基本前提是成像满足光斑形状特征研究要求。

定义成像单元121与框架11轴向连接的长度为成像单元121的长度，垂直于长度方向的宽度为成像单元121的宽度。

图3至图5是本实施例的变化例。其中，图1至图3所示光斑成像装置的每一成像单元121的长度大于其宽度，十片成像单元121沿宽度方向并排安装，也可根据实际情况确定成像单元的尺寸和数量，成像单元121可沿水平方向（如图2）、竖直方向（如图3）或与框架11成一定夹角的方向（如图4）安装。图5所示成像部分12由四片方形的成像单元121组成，其支撑机构11为安装于成像部分12背面的托架。

本实施例中的图示，成像单元均位于同一平面上。具体实施时，本发明不对其进行限定，只要保证各成像单片所在的平面平行即可。

实施例二：

如图6所示，一种空隙式光斑成像装置1，包括支撑机构11、其上存在空隙的光斑成像部分12及用于调整成像单元角度的角度调整机构13，其中光斑成像部分12由若干成像单元121组成，所有成像单元121所在的平面相互平行，所述相邻成像单元之间存在空隙，并通过支撑机构11连接固定。

本实施例中，支撑机构11包括框架111，所述框架111上设置有与每一成像单元121一一对应的框架的轴112，每一成像单元通过其对应的框架的轴固定在框架上。所有轴112位于同一平面，成像单元121可绕轴112翻转。

角度调整机构13与成像单元121连接，角度调整机构13可根据计算机控制子系统的要求调整成像单元121的角度。各成像单元调整角度后的所在平面相互平行。

本实施例中，角度调整机构13包括曲轴131、曲轴传动轴132和控制马达133。每一曲轴131对应一框架的轴112，框架的轴112通过曲轴131连接到曲轴传动轴132上；控制马达133与曲轴传动轴132连接，用于控制曲轴传动轴132带动曲轴131、框架的轴112实现成像单元121的翻转。

考虑到光斑采集装置的采集要求，各成像单元121调整角度后其所在平面必须相互平行。计算机控制子系统根据图像采集及处理要求、当地风速、风向等确定成像单元121的角度。

如图7，本实施例设定成像单元121的平面与作为光斑采集装置2（摄像机）成像平面平行时为角度零位，但不限于此，可视计算机控制子系统的控制要求而定。当光斑在成像装置上成像时，先将成像单元121角度调整至零位，若计算机控制子系统检测到风速未达到设定值，则保持成像单元121的角度于零位，以获取最佳成像效果。

若风速大于设定值，则在满足光斑成像要求的前提下调整成像单元121的角度使得单元间隙增大，降低风抗，减少成像装置的抖动。采样结束后，计算机控制子系统调整成像单元121至间隙最大的位置，以将成像装置的风抗降到最低，达到保护成像装置的目的。

本实施例仅利用一套传动装置控制所有成像单元同步转动，可达到降低成本的目的。本发明提出的角度可调式光斑成像装置，在降低风抗的同时解决了仰角拍摄造成的光斑图像畸变问题。

图8为本发明实施例二角度调整机构的变化例，其中，所述角度调整机构包括连动杆14，固定轴15；所述两两成像单元121之间通过连动杆14连接在一起，所述连动杆14与成像单元121之间通过固定轴121连接；上述所有连动杆14均呈平行设置。该种角度调整机构中一个成像单元活动，会通过连动杆14牵动其他成像单元活动。故所述角度调整机构可以顺着风向进行调度的自动调节，以减小风抗。也可以通过电机带动或人工的方式进行调节（图中未画出）。另外，本变化例中，成像单元也是通过框架的轴固定在框架11上（图中框架的轴未画出）。

本发明所示光斑成像装置1可垂直于地面或与地面有一定倾角地安装在接收塔上，也可通过支撑塔架安装于镜场内或镜场周围。图7所示为其垂直于地面安装在接收塔上的情况。

实施例三：

如图9所示，一种空隙式光斑成像装置1，包括支撑机构11及其上存在空隙的光斑成像部分12，其中光斑成像部分至少包括一个成像单元，所述成像单元固定在支撑机构11上。

本实施例中，光斑成像部分包括一个成像单元121，其为表面多孔式结构，其表面分布有若干孔状的空隙，气流可从孔状的空隙中通过。本实施例中孔125为圆孔，但不限于此，孔型、数量、间距、分布方式均可根据实际情况确定。

光斑成像部分也可包括多个成像单元，每个成像单元至少一个是表面多孔式结构。本发明不对其作出限定。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种空隙式光斑成像装置，其特征在于，包括支撑机构及其上存在空隙的光斑成像部分，其中光斑成像部分至少包括一个成像单元，所述成像单元固定在支撑机构上；

所述支撑机构包括框架，所述框架上设置有与每一成像单元一一对应的框架的轴，每一成像单元通过其对应的框架的轴固定在框架上；

还包括用于调整成像单元角度的角度调整机构，所述角度调整机构与成像单元连接，各成像单元调整角度后的所在平面相互平行。

2.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述光斑成像部分包括至少两个成像单元，各成像单元所在平面相互平行，并通过支撑机构连接固定；相邻的所述成像单元之间存在空隙。

3.根据权利要求2所述的光斑成像装置，其特征在于，所述成像单元可沿水平方向、竖直方向或与支撑机构成一定夹角的方向安装。

4.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述成像单元为表面多孔式结构；所述成像单元表面分布有若干孔状的空隙，气流可从孔状的空隙中通过。

5.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述角度调整机构，进一步包括：曲轴、曲轴转动轴、控制马达；其中，每一曲轴对应一框架的轴，框架的轴通过曲轴连接到曲轴传动轴上；控制马达与曲轴传动轴连接，用于控制曲轴传动轴带动曲轴、框架的轴实现成像单元的翻转。

6.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述角度调整机构包括连动杆，固定轴；相邻的所述成像单元之间通过连动杆连接在一起，所述连动杆与成像单元之间通过固定轴连接；所有的上述连动杆均呈平行设置。

7.根据权利要求2所述的光斑成像装置，其特征在于，所述成像单元为形状、尺寸相同的长条状，相邻的所述成像单元之间的间隙为成像单元宽度的1/10。

8.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述成像单元形状为长条形、方形、弧形类规则形状或其它不规则形状。

9.根据权利要求1所述的光斑成像装置，其特征在于，所述装置可垂直于地面或与地面有一定倾角地安装在接收塔上，也可通过支撑塔架安装于镜场内或镜场周围。