CN103885457B - 一种光敏太阳定位传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光敏太阳定位传感器，包括第一定位传感器和第二定位传感器，两个定位传感器底部平行，侧壁平行，所述的第一定位传感器包括第一镜筒、凸透镜、盖板、光敏二极管阵列、平面反光镜；所述的镜筒为圆柱形结构，镜筒的上底面开有一个圆孔，圆孔上设有盖板，盖板上开有多个通光孔，盖板上侧设有凸透镜，所述的第二定位传感器包括镜筒、凸透镜、盖板和光敏二极管阵列，镜筒的上底面开有圆孔，圆孔上设有盖板，盖板上开有多个通光孔，盖板上侧设有凸透镜，镜筒的下底面设有圆形光敏二极管阵列，本发明使太阳方位定位传感器的尺寸缩小，并且精度进一步提高，且不会导致光敏阵列误动作，进一步提高了定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光敏太阳定位传感器,具体涉及一种光敏太阳定位传感器。
背景技术
太阳能作为一种清洁无污染的能源，而且取之不尽，用之不竭。但是，至今人们对太阳能的利用还是很有限，包括太阳能电池，太阳能照明等一系列应用，还都处在初级阶段，而且有很多问题需要解决，光导照明系统是一种为直接利用太阳能而开发出来的系统。目前该系统有两种实现形式:光导管和光纤光导，这两种实现方式都需要定位精确的太阳方位传感器来引导整个系统正常工作，如果离开了高精度的太阳能定位传感器，光导照明系统以及太阳能发电就会受到很大影响，甚至无法正常工作。
现在有些研究者应用全球定位系统来完成对太阳的跟踪，确定太阳的方位，但是太阳光通过大气时会发生折射，而且由于信号的长距离传输，时域内会导致延迟，这对于精确的测量是极为不利的。而且根据相对论观点，太阳光线经过地球上空会发生弯曲。同时也会由于气候的原因导致大气分布不均匀，局部会发生多次折射，会进一步增大误差，以至于用全球定位系统会带来很大的误差。
最可靠的方法就是在采光点附近监测太阳的运行方位，这样一些误差就可以消除。而这一类的太阳能定位系统有的因为体型太大,很难推广到各个应用。有的因为定位精度不高，不能大量普及使用，只能用在特定系统上，这就限制了太阳能的使用与太阳能发电照明设备的推广。本文旨在改进一种太阳能定位传感器，不仅实现小型化，而且能够对太阳的跟踪更加精确，满足现有太阳能定位的精度要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，利用光学以及电子学原理，提出了一种光敏太阳定位传感器。
本发明一种光敏太阳定位传感器，包括第一定位传感器和第二定位传感器，两个定位传感器底部平行，侧壁平行，所述的第一定位传感器包括第一镜筒、第一凸透镜、第一盖板、第一光敏二极管阵列、第一平面反光镜和第二平面反光镜。
所述的第一镜筒是高为h的圆柱形结构，第一镜筒的上底面开有一个直径为d1的圆孔，圆孔上设有第一盖板，第一盖板上开有多个直径为d2的第一通光孔，通光孔之间的距离为d3，第一盖板上侧设有第一凸透镜，第一盖板、圆孔和第一凸透镜的直径相同；第一凸透镜的焦距为r1，且满足r1＝0.6d1，d1＝10d2＝6d3。
第一镜筒的内侧上底面设有圆环形的第一平面反光镜，第一平面反光镜的内径为d5，外径为d6，第一镜筒的内侧下底面设有圆形第二平面反光镜，第二平面反光镜的直径为d4，第一光敏二极管阵列为圆环型排布并设置在第一镜筒内侧的下底面，其外径大小与第一镜筒的内径大小一致，设为d8，其内径为d7，满足的关系式为r1＝3h，d1＝d5,其中第一光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第一盖板、第一凸透镜、第一平面反光镜、第二平面反光镜、第一光敏二极管阵列与第一镜筒的上下底面同轴设置。
所述的第二定位传感器包括第二镜筒、第二凸透镜、第二盖板和第二光敏二极管阵列，所述的第二镜筒是高为h1的圆柱形结构，第二镜筒的上底面开有一个直径为d9的圆孔，圆孔上设有第二盖板，第二盖板上开有多个直径为d10的通光孔，通光孔之间的距离为d11，第二盖板上侧设有第二凸透镜，第二盖板、圆孔和第二凸透镜的直径相同；第二凸透镜的焦距为r2，且满足r2＝0.6d9，d9＝10d10＝6d11；第二镜筒的下底面设有直径为l1的圆形光敏二极管阵列，满足r2＝h1，r1*l1≥3r2*d4,其中第二光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第二盖板、第二凸透镜、第二光敏二极管阵列与第二镜筒的上下底面同轴设置。
所述的镜筒为pc遮光材料。
本发明具有的有益效果是：本发明利用太阳光线的反射与折射原理，选择合适的凸透镜实现光线的汇聚，再加上把相对较长的光路经过多次反射，使太阳方位定位传感器的尺寸缩小，并且精度进一步提高。此外，由于盖板上通光孔的控制，使进入传感器的太阳光线强度适当，不会导致光敏阵列误动作，进一步提高了定位精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的太阳能定位传感器为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。
如图1所示，一种光敏太阳定位传感器，包括第一定位传感器和第二定位传感器，所述的第一定位传感器包括第一镜筒1、第一凸透镜2、第一盖板5、第一光敏二极管阵列6、第一平面反光镜3和第二平面反光镜4。
所述的第一镜筒是高为7cm的圆柱形结构，第一镜筒的上底面开有一个直接为10cm的圆孔，圆孔上设有第一盖板，第一盖板上开有多个直径为1cm的第一通光孔，通光孔之间的距离为1.5cm，第一盖板上侧设有第一凸透镜，第一盖板、圆孔和第一凸透镜的直径相同；第一凸透镜的焦距为6cm。
第一镜筒的内侧上底面设有圆环形的第一平面反光镜，第一平面反光镜的内径为10cm，外径为15cm，第一镜筒的内侧下底面设有圆形第二平面反光镜，第二平面反光镜的直径为d4，第一光敏二极管阵列为圆环型排布并设置在第一镜筒内侧的下底面，其外径大小与第一镜筒的内径大小一致，设为30cm，其内径为10cm，其中第一光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第一盖板、第一凸透镜、第一平面反光镜、第二平面反光镜、第一光敏二极管阵列与第一镜筒的上下底面同轴设置。
应用中可达到的精度受多种因素限制，需要特别指出的是光敏阵列对聚焦光斑感应的灵敏度和精度都小于二极管之间的间距，这是因为太阳非严格平行光，即使跟踪偏差小于行列间距，聚焦光斑偏离阵列中心距离小于行间距，其聚焦光斑不再是圆点，而是扩散成特定图案，激发多个光敏二极管导通，通过计算程序即可判断出这种微小偏离的方向和距离。所以用两个不同焦距的凸透镜组成双反馈回路。
所述的第二定位传感器包括第二镜筒9、第二凸透镜7、第二盖板8和第二光敏二极管阵列10，所述的第二镜筒是高为7cm的圆柱形结构，第二镜筒的上底面开有一个直径为10cm的圆孔，圆孔上设有第二盖板，第二盖板上开有多个直径为1cm的通光孔，通光孔之间的距离为1.5cm，第二盖板上侧设有第二凸透镜，第二盖板、圆孔和第二凸透镜的直径相同；第二凸透镜的焦距为5cm，第二镜筒的下底面设有直径为4cm的圆形光敏二极管阵列，其中第二光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第二盖板、第二凸透镜、第二光敏二极管阵列与第二镜筒的上下底面同轴设置。
把具有不同焦距的两个定位传感器安装在一个长方形支架上，两个定位传感器底部平行，侧壁平行，保证了接受太阳光线的角度一致性，在传感器和太阳光的偏移角度过大时，第一个光学传感器工作，把定位信息传出，控制整个装置的偏转，随着角度变小后，第二个传感器开始工作，测量出更精确的角度信息传给控制系统，这样的工作方式能够相互弥补由于跟踪偏差而带来的误差，使定位精度达到更高水平。
Claims (1)
1.一种光敏太阳定位传感器，包括第一定位传感器和第二定位传感器，其特征在于：两个定位传感器底部平行，两个定位传感器中心轴线平行，所述的第一定位传感器包括第一镜筒、第一凸透镜、第一盖板、第一光敏二极管阵列、第一平面反光镜和第二平面反光镜；
所述的第一镜筒是高为h的圆柱形结构，第一镜筒的上底面开有一个直径为d1的圆孔，圆孔上设有第一盖板，第一盖板上开有多个直径为d2的第一通光孔，通光孔之间的距离为d3，第一盖板上侧设有第一凸透镜，第一盖板、圆孔和第一凸透镜的直径相同；第一凸透镜的焦距为r1，且满足r1＝0.6d1，d1＝10d2＝6d3；
第一镜筒的内侧上底面设有圆环形的第一平面反光镜，第一平面反光镜的内径为d5，外径为d6，第一镜筒的内侧下底面设有圆形第二平面反光镜，第二平面反光镜的直径为d4，第一光敏二极管阵列为圆环型排布并设置在第一镜筒内侧的下底面，其外径大小与第一镜筒的内径大小一致，设为d8，其内径为d7，满足的关系式为r1＝3h，d1＝d5， 其中第一光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第一盖板、第一凸透镜、第一平面反光镜、第二平面反光镜、第一光敏二极管阵列与第一镜筒的上下底面同轴设置；
所述的第二定位传感器包括第二镜筒、第二凸透镜、第二盖板和第二光敏二极管阵列，所述的第二镜筒是高为h1的圆柱形结构，第二镜筒的上底面开有一个直径为d9的圆孔，圆孔上设有第二盖板，第二盖板上开有多个直径为d10的通光孔，通光孔之间的距离为d11，第二盖板上侧设有第二凸透镜，第二盖板、圆孔和第二凸透镜的直径相同；第二凸透镜的焦距为r2，且满足r2＝0.6d9，d9＝10d10＝6d11；第二镜筒的下底面设有直径为l1的圆形光敏二极管阵列，满足r2＝h1，r1*l1≥3r2*d4,其中第二光敏二极管阵列中光敏二极管之间的距离为0.3cm；所述的第二盖板、第二凸透镜、第二光敏二极管阵列与第二镜筒的上下底面同轴设置，所述的镜筒为pc遮光材料，光敏二极管阵列对聚焦光斑感应的灵敏度和精度都小于二极管之间的间距。
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