CN103048999B - 双管采光结合米字型布置光敏传感器的阳光追踪探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双管采光结合米字型布置光敏传感器的阳光追踪探测装置。装置包括垂直安装面设置的不透光圆管一和垂直安装面设置不透光圆管二，且圆管二与圆管一相贴；圆管一内的底部安装有多个米子型布置的光敏传感器；圆管二内的底部安装有一个光敏传感器；圆管一的内径大于圆管二的内径；圆管一的高度大于多个米子型布置的光敏传感器沿安装面的最大长度，圆管二的高度大于圆管一的高度且小于等于10倍的圆管二的内径。装置采用粗细管与米字型布置的光敏传感器相结合，不仅可以利用粗管大内径与低高度的特点扩大监测范围，并且利用米字型布置的多个光敏传感器同时测量多个方向的光照，因而本装置具有检测范围广、检测精度高的特点。

Description

双管采光结合米字型布置光敏传感器的阳光追踪探测装置

技术领域

本发明涉及阳光追踪技术，具体涉及一种粗细不同的双管采光结合米字型布置光敏传感器感光的阳光追踪探测装置。

背景技术

现有的管状采光结合光敏传感器方式的阳光追踪仪是主要采用单管采光结合沿管周向布置光敏传感器感光的阳光追踪探测装置，其具体安装关系为：于管外侧顶部设置一光敏传感器，同时管壁外侧沿管周向间隔一定角度（一般为90度）设置一个光敏传感器，当管壁外侧的光敏传感器检测不到光照时，即视为达到所要求的转动角度，设备转动达到管周外侧各光敏传感器数值一致，就可以认为完成了阳光追踪。在长期的使用过程中，发现此类阳光追踪仪不仅易受灰尘或物体光影等外界干扰影响，而且装置的控制精确度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确度高且适用于各种环境的的阳光追踪探测器。

为此，本发明提供的阳光追踪探测装置采用粗细管采光和米字型布置光敏传感器相结合的技术以提高整个追光仪的工作稳定性和灵敏度，

该装置包括垂直安装面设置的不透光圆管一和垂直安装面设置在所述圆管一外旁侧的不透光圆管二，所述圆管二与所述圆管一相贴；

所述圆管一内的底部安装有多个米子型布置的光敏传感器，且相邻光敏传感器之间的间距不大于其中任意一个光敏传感器的最大直径；

所述圆管二内的底部安装有一个光敏传感器；

所述圆管一的内径大于所述圆管二的内径；

所述圆管一的高度大于所述多个米子型布置的光敏传感器沿安装面的最大长度，所述圆管二的高度大于所述圆管一的高度且小于等于10倍的所述圆管二的内径。

优选的，所述圆管一的内径大于等于10mm且小于160mm；所述圆管二的内径大于等于2mm且小于30mm。

优选的，所述圆管一的高度为所述多个米字型布置的光敏传感器沿安装面的最大长度的0.5至1倍；所述圆管二的高度为其内布置的光敏传感器沿安装面的最大长度的3至10倍，且所述圆管二的高度为所述圆管一的高度的3倍至6倍的。

优选的，所述圆管一底部的中心与所述多个米子型布置的光敏传感器的中心重合；所述圆管二底部的中心与其内安装的光敏传感器的中心重合。

优选的，所述圆管一顶部安装有凸透镜一，且该凸透镜一的焦距大于等于二分之一的所述圆管一的高度且小于等于所述圆管一的高度；所述圆管二顶部安装有凸透镜二，且该凸透镜二的焦距大于等于二分之一的所述圆管二的高度且小于等于所述圆管二的高度。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下特点：

（1）本发明利用粗细管相结合的采光方式，其中粗管起到粗略定位作用，细管起精确定位作用；同时利用大内径且小高度的粗管扩大检测范围，利用小内径且大高度的细管保证定位精度；

（2）粗管内底部的多个光敏传感器米字型布置，可测量多个方向的光照，与方形阵列相比，减少了成本；

（3）粗细管与米字型布置的光敏传感器相结合，不仅可以利用粗管大内径与低高度的特点扩大监测范围，并且利用米字型布置的多个光敏传感器同时测量多个方向的光照，缩短完成阳光/日的跟踪时间。

综上，与现有技术相比，本发明的装置具有检测范围广、检测精度高且制造成本低的特点。

附图说明

以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的装置的水平截面示意图；

图2为图1的正面视图；

图3为实施例1的太阳能发电装置的结构示意图；

图中各代码表示：1-圆管一、2-圆管二、3-光敏传感器、4-底座、5-竖直转轴、6-支架、7-太阳能电池板、8-水平转轴驱动电机、9-阳光追踪置、10-安装面。

具体实施方式

在追光装置中，为了实时获得准确的阳光照射角度，不但要选用有效的阳光采光器件和感光器件，并且要考虑采光器件与感光器件的安装位置关系以保证保证追光装置工作的稳定性与精确度。发明人在现有技术的基础上，采取粗管（圆管一）和细管（圆管二）相结合的方式，以粗管结合多个米字型布置的光敏传感器的感光初步采集阳光的照射角度，即进行粗略定位，之后以细管结合单个光敏传感器的感光对阳光的照射角度进行进一步地精确定位。

本发明的阳光追踪探测装置可适用于多种太阳能利用装置如太阳能发电装置、隧道日光照明装置、太阳能灶，以为这些太阳能利用装置追踪精确的太阳光照射角度。

参考图1至图2，本发明的阳光追踪探测装置具体包括垂直安装面10（如太阳能发电装置中的太阳能电池板、隧道日光照明采光装置中的反射镜面、太阳能炉灶中的太阳能电池板）安装的不透光圆管一1和垂直安装面10安装在圆管一1外旁侧的不透光圆管二2，并且圆管二2与所述圆管一1相贴，进而可减少成本，圆管一1和圆管二2内部管壁可作深色吸光处理，使其对光线的反射作用几乎为0；为了实现粗定位和精定位，圆管一1的内径应大于圆管二2的内径且圆管一1的高度小于圆管一2的高度；同时为了有效感应各个方向的入射光强，圆管一1内的底部安装有多个米子型布置的光敏传感器3，且相邻光敏传感器3之间的间距不大于其中任意一个光敏传感器3的最大直径，若大于该间距则造成体积过大增加大量成本，圆管二2内的底部安装有一个光敏传感器2，且为了保证最大检测角度，圆管一1的高度大于多个米子型布置的光敏传感器3沿安装面的最大长度，且圆管二2的高度大于圆管一1的高度且小于等于10倍的圆管二2的内径，如圆管二2的高度大于10倍的圆管二2的内径时，圆管二2内的光敏传感器3几乎采不到光。

为了保证整个装置定位的精确性，圆管一1底部的中心应与多个米子型布置的光敏传感器3的中心重合，且圆管二2底部的中心应与其内安装的光敏传感器3的中心重合。

在管径的选择上，管子的外径可不作具体要求，选择现有的常规管厚即可，圆管一1的内径应能保证安装多个米字型密布的光敏传感器3，且管内壁与光敏传感器3之间较为紧密，圆管二2的内径应能保证可安装一个光敏传感器3，且管内壁与光敏传感器3之间较为紧密，根据现有的光敏传感器3的规格尺寸，圆管一1的内径一般大于等于10mm且小于160mm；圆管二2的内径大于等于2mm且小于30mm。

在管子高度的选择上，比较好的实现效果是，在满足上述技术方案的前提下，圆管一1的高度为多个米字型布置的光敏传感器3沿安装面的最大长度的0.5至一倍，圆管二2的高度为其内布置的光敏传感器3沿安装面的最大长度的三至十倍，且圆管二2的高度大于等于三倍的圆管一1的高度且小于等于六倍的圆管一1的高度。

粗、细管上端也可以安装凸透镜，但所采用的凸透镜的焦距不能小于二分之一的管子高度并且不能大于一个管子高度。

为了提高装置的使用灵活性，根据需要调整装置的使用性能，圆管二2可选用为高度可调的圆管。

为了防止外界环境的影响，避免灰尘进入装置，装置外可罩一透光罩（如透光玻璃罩），另一种防尘方式是，分别在圆管一1和圆管二2的顶部封装一透光罩。

以下是发明人提供的实施例，以对本发明的技术方案作进一步详细解释说明。

实施例1：

参考图1至图3，该实施例的阳光追踪探索装置9应用于太阳能发电装置中，该太阳能发电装置包括底座4、安装在底座4上的竖直转轴5、安装在竖直转轴5上的支架6、安装在支架6上的水平转轴、安装在水平转轴上的太阳能电池板7、安装在底座4中的竖直转轴驱动电机、安装在支架6上的水平转轴驱动电机8和安装在底座4中的单片机，其中各电机与转轴之间的传动方式采用齿轮传动。在遵循本发明技术方案的基础上，该实施例的阳光追踪探索装置9中的圆管一1和圆管二2以及各光敏传感器（该实施例选用光敏电阻）安装在太阳能电池板7上，圆管二2内半径R₂为10mm，圆管一1内半径R₁为70mm，圆管二2高度H₂为100mm，圆管一1高度H₁为50mm，其中，圆管一1内共安装有十七个米字型布置的光敏电阻，圆管二2内含一个光敏电阻，光敏电阻选用GL10516，其封装直径为5mm，并且圆管一1和圆管二2外封装有一透光玻璃罩。

该实施例的阳光追踪探测装置9安装在太阳能电池板7的正面用于追踪太阳光，使得太阳光始终垂直照射在太阳能电池板7上，整套装置的电连接关系为：各光敏电阻分别与单片机的输入端连接，两个驱动电机分别与单片机的输出端连接；整个装置的工作原理为：

首先，利用粗管及米字型布置的光敏传感器进行阳光的初步定位：

当太阳能电池板7正面未正对阳光时，阳光以一定的角度照射在圆管一1外壁上，使得圆管一1底部米字型布置的光敏传感器3无法进行感应输出信号，此时，单片机控制两个电机驱动竖直轴和水平轴转动进而对太阳能电池板7与照射光之间的角度进行较大范围的调整，过程中圆管一1壁与阳光夹角逐渐变小，直至部分光线照射入圆管一1底的光敏传感器3上，布置于不同位置处光敏传感器3接收到的光线不同，进而各个光敏传感器所处的电路之间产生电压差，而后使用单片机中集成的比较电路对此电压差进行计算，计算出水平和竖直方向应调整的角度，接着再控制水平和数直方向的转轴转动对整个装置进行调节，直到米字型光敏电阻各处的光照基本一致，电压差值在某一个设定阈值（一般为满光照对应的电压的±5%以内）之内，即可认为粗调过程结束。之后，当阳光射入圆管二2内，单片机通过比对圆管一1和圆管二2内底部光敏传感器所产生的电压值（算出两者电压值之差），使用单片机对整个装置再进行进一步的细调，如果不相等，则进行多次比对，直到最终粗管和细管底部光敏电阻的光照大致相等，产生的电压差值在某个固定阈值内，就可以实现太阳能电池板正面垂直于太阳光，精确的进行阳光的追踪，最大限度的对阳光进行采集。该实施例中的单片机可选用PIC18F系列型号。

实施例2：

该实施例中的阳光追踪探测装置应用于太阳灶，具体安装在太阳灶的太阳能电池板上，在遵循本发明的技术方案的基础上，该实施例中的光敏感器采用数字光感应芯片TSL2561，其中圆管一1内安装有十三个数字光感应芯片，圆管二2内安装有一个数字光感应芯片，圆管二2内半径R₂为2mm，圆管一内半径R₁为10mm。圆管二2高度H₂为20mm，圆管一1高度H₁为15mm。整个装置的工作原理与实施例1中的装置的工作原理相同。

Claims (2)

1.一种双管采光结合米字型布置光敏传感器的阳光追踪探测装置，其特征在于，该装置包括垂直安装面设置的不透光圆管一和垂直安装面设置在

所述圆管一外旁侧的不透光圆管二，并且圆管二与所述圆管一相贴；

所述圆管一内的底部安装有多个米子型布置的光敏传感器；

所述圆管二内的底部安装有一个光敏传感器；

所述圆管一的内径大于所述圆管二的内径；

所述圆管一的高度大于所述多个米子型布置的光敏传感器沿安装面的最大长度，所述圆管二的高度大于所述圆管一的高度且小于等于10倍的所述圆管二的内径；

所述圆管一的内径大于等于10mm且小于160mm；所述圆管二的内径大于等于2mm且小于30mm；

所述圆管一的高度为所述多个米字型布置的光敏传感器沿安装面的最大长度的0.5至1倍，所述圆管二的高度为其内布置的光敏传感器沿安装面的最大长度的3至10倍，且所述圆管二的高度为所述圆管一的高度的3倍至6倍的；

所述圆管一顶部安装有凸透镜一，且该凸透镜一的焦距大于等于二分之一的所述圆管一的高度且小于等于所述圆管一的高度；所述圆管二顶部安装有凸透镜二，且该凸透镜二的焦距大于等于二分之一的所述圆管二的高度且小于等于所述圆管二的高度。

2.如权利要求1所述的双管采光结合米字型布置光敏传感器的阳光追踪探测装置，其特征在于，所述圆管一底部的中心与所述多个米子型布置的光敏传感器的中心重合；所述圆管二底部的中心与其内安装的光敏传感器的中心重合。