CN103983233B - 光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置，该集成装置通过基座安装于光热支架上，包括光线测量机构和重力测量机构，光线测量机构包括暗箱，暗箱的箱体上设置有漏光缝，暗箱内部设置有光敏角度传感区，漏光缝将太阳的条形光斑透射到光敏角度传感区，根据太阳光斑在光敏角度传感区所对应的角位置得出光热支架的仰角；重力测量机构包括重力传感器，在暗箱内部装有重力液，暗箱的箱体上设置有与重力液的液面持平的溢出槽，重力液补充系统，在光热支架仰起时，溢出槽排出部分重力液，使箱体内重力液的液面始终与地平面保持水平，根据重力传感器测得暗箱的重力与光热支架的仰角的对应关系得出其仰角。

Description

光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置

技术领域

本发明涉及一种俯仰角测量装置，尤其是一种重力、光线对光热支架仰角进行复合测量的一体集成装置。

背景技术

现有的太阳跟踪传感器，其采集信号的种类主要有以下两种：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。无论哪种采集方式，都要对安装有光伏元件的光伏支架进行调节，以使阳光垂直射到光伏元件表面，达到发电效率最高。在调节光热支架时，主要调节其水平转向和仰起角度。

同理光伏领域检测太阳光元件及装置也可用于太阳能光热跟踪系统，太阳跟踪传感器一般只是单一使用，在不同环境和测量条件下不同种类的传感器各有精度优势，如此所得到的测量数据的精度和可靠性就缺乏可靠的旁证及其他方式的验证方法；如何能够对光热支架的仰起角度进行验证，是本发明要解决的重点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置，该测量装置通过在光热支架仰角改变时，太阳入射光线和重力液质量的改变，这两种物理量的变化情况来测量光热支架的仰角，相互验证。

为了实现上述目的，本发明光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置，该集成装置通过基座安装于光热支架上，并设置有测量该支架仰角的光线测量机构和重力测量机构，其中，所述光线测量机构包括设置在所述基座上的暗箱，所述暗箱的箱体上设置有漏光缝，暗箱内部与漏光缝对应的弧面上设置有光敏角度传感区，所述光敏角度传感区覆盖有若干光线传感器，所述漏光缝将太阳的条形光斑透射到所述光敏角度传感区，根据太阳光斑在光敏角度传感区所对应的角位置得出光热支架的仰角；所述重力测量机构包括用于对所述暗箱进行称重的重力传感器，在暗箱内部设置有重力液，暗箱的箱体上设置有与所述重力液的液面持平的溢出槽，该重力测量机构还包括用于补充重力液的重力液补充系统，所述重力液补充系统不与暗箱接触，在光热支架仰起时，所述溢出槽排出部分重力液，使箱体内重力液的液面始终与地平面保持水平，根据所述重力传感器测得暗箱的重力与所述光热支架的仰角的对应关系得出其仰角。

进一步，所述重力液补充系统包括供液池，所述供液池安装在所述基座上，供液池内设置有待补充的重力液，供液池内连接有排液管，所述排液管的一端位于供液池内，另一端悬置于所述暗箱内部，排液管与暗箱不接触并光密封，供液池设置有进液口，所述进液口位于所述溢出槽的下方，回收溢出槽流出的重力液。

进一步，所述暗箱设置呈四棱柱形，横截面类似直角梯形；其中对应于斜腰的侧面设置为弧面，此面向外凸起呈圆柱面形状，其圆心线设置在下底与直角腰所对应的两侧面的相交线即四棱柱的一条棱柱线上，此棱柱线上还设置有朝向弧面并具有一定长度的所述漏光缝，所述若干光线传感器设置在与漏光缝相对应的在所述弧面的凹表面上。

进一步，所述暗箱内部表面涂黑光密封，在暗箱的所述上底与所述直角腰围成的角区域内设置重力液的盛装空间，在上底所在的暗箱箱体上设置有所述溢出槽。

进一步，所述漏光缝沿平行于光热支架转轴的方向延伸，其外设置有一层滤光片；所述若干光线传感器感光波段以及与漏光缝的间距、滤光片波长、漏光缝的宽度按照物理光学的相互关联设置，以使光线传感器的成像或光斑最清晰。

进一步，所述集成装置的多种测量数据能够用于误差统计，分析不同测量方法与系统误差或偶然误差之间的联系。

本发明通过将两种太阳角度测量的不同装置统一设置集成于一个测量载体内，实现多种方式的一体简化测量，其策略是对所采集的两种以上物理量进行直接测量并经简单的计算得到同一相关参数；此后对不同途径计算所得到的参数结果进行比较及校对，从而分析不同测量路径的系统误差及准确性，此外又可以与原有跟踪系统的数据进行对比。本装置用于太阳能光热支架俯仰角的即时跟踪对比，简洁、快速、准确地得出反馈参数并提供给系统及外界，以此达到系统的测量及校准功能。

附图说明

图1为本集成装置初始状态下的结构截面示意图；

图2为本集成装置工作过程中的结构截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

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。

结构说明：

应用数理原理：关于直棱柱中直角正三棱柱的体积，在棱柱长度和其中一条直角侧面保持不变的条件下，则其体积将与另一直角侧面相关联；进一步，由于已知棱柱长度不变，所以盛装液体的空间将与另一条直角侧面面积成正比，由于此面为矩形且其一边对应的是棱柱的固定长度，依定律此空间的体积将随其另一边的长度变化，此变化为数学正比例关系。

总体结构：如图1所示，本发明光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置的总体结构：包括搭载伺服部及测试部；其中，伺服部包括搭载整个装置的阶梯形的基座4、供液池2，测试部则含有暗箱1以及分别固定连接基座4和暗箱1的重力传感器3。

暗箱1结构：暗箱1的外形设置为四棱柱，横截面类似直角梯形，其中对应于斜腰的侧面设置为弧面16，此弧面16向外凸起呈圆柱面形状，其圆心线设置在下底17与直角腰18所对应的两侧面的相交线即四棱柱的一条棱柱线上，此棱柱线上还设置有朝向弧面并具有一定长度的漏光缝11；漏光缝11沿平行于光热支架转轴的方向延伸，其外设置有一层滤光片（图中未示出）；若干光线传感器感光波段以及与漏光缝的间距、滤光片波长、漏光缝的宽度按照物理光学的相互关联设置，以使光线传感器的成像或光斑最清晰。另外，与从漏光缝11透射的条形光斑的不同光敏角度相对应，在弧面凹表面光敏角度传感区设置若干光线传感器27，若干光线传感器27的位置对应不同的转动角α28，以此达到测量转动角α28的目的。另一方面，暗箱1内部表面涂黑光密封，在上底19与直角腰18所对应的两棱柱侧面相交所围的角区域13内设置重力液14盛装空间，在直角梯形上底19所在的棱柱面上还设置有溢出槽12以供重力液14泻出；与此协调，供液池2对应溢出槽12及其泻出位置设置于基座4之上，其内还固定设置排液管22，一端位于供液池2内部而一端设置于暗箱1的角区域13内，排液管22与暗箱1互不接触并光密封。

具体工作步骤为：参见图1和图2，工作时装置与光热支架一体已是固定连接并且处于水平状态即于图1所示的初始状态，随后整个装置随光热支架一起转动，暗箱1内设置漏光缝11和若干重力液14，重力液14设置于上底19与直角腰18所对应两棱柱侧面相交所围的角区域13内，在直角梯形上底19所在的棱柱面上还设置有溢出槽12以供超出水平面的重力液14沿向下方向（空心箭头24）泻出；此外，供液池2内的重力液14适时通过排液管22对角区域13内进行补充并保证随着仰角角度的变化暗箱1中的重力液14液面保持水平不变。此时重力传感器3也对应进行重力液14的部分溢出后暗箱1的重量统计记录，根据公式可将溢出量换算成转动角α28即仰角变化；与此同时在暗箱1内通过所设置漏光缝11将箱外太阳的条形光斑投射到光敏角度传感区，由对应不同的转动角度的光线传感器27分别接收并上传。由此可得到两种不同方式获得的转动角度值，进而可以进行测量或伺服的反馈、分析、对比及校准。

上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种具体实施方式都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.光热支架仰角重力、光线复合测量一体集成装置，其特征在于，该集成装置通过基座安装于光热支架上，并设置有测量该支架仰角的光线测量机构和重力测量机构，其中，所述光线测量机构包括设置在所述基座上的暗箱，所述暗箱的箱体上设置有漏光缝，暗箱内部与漏光缝对应的弧面上设置有光敏角度传感区，所述光敏角度传感区覆盖有若干光线传感器，所述漏光缝将太阳的条形光斑透射到所述光敏角度传感区，根据太阳光斑在光敏角度传感区所对应的角位置得出光热支架的仰角；所述重力测量机构包括用于对所述暗箱进行称重的重力传感器，在暗箱内部设置有重力液，暗箱的箱体上设置有与所述重力液的液面持平的溢出槽，该重力测量机构还包括用于补充重力液的重力液补充系统，所述重力液补充系统不与暗箱接触，在光热支架仰起时，所述溢出槽排出部分重力液，使箱体内重力液的液面始终与地平面保持水平，根据所述重力传感器测得暗箱的重力与所述光热支架的仰角的对应关系得出其仰角。

2.如权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述重力液补充系统包括供液池，所述供液池安装在所述基座上，供液池内设置有待补充的重力液，供液池内连接有排液管，所述排液管的一端位于供液池内，另一端悬置于所述暗箱内部，排液管与暗箱不接触并光密封，供液池设置有进液口，所述进液口位于所述溢出槽的下方，回收溢出槽流出的重力液。

3.如权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述暗箱设置呈四棱柱形，横截面类似直角梯形；其中对应于斜腰的侧面设置为弧面，此面向外凸起呈圆柱面形状，其圆心线设置在下底与直角腰所对应的两侧面的相交线即四棱柱的一条棱柱线上，此棱柱线上还设置有朝向弧面并具有一定长度的所述漏光缝，所述若干光线传感器设置在与漏光缝相对应的在所述弧面的凹表面上。

4.如权利要求3所述的集成装置，其特征在于，所述暗箱内部表面涂黑光密封，在暗箱的上底与所述直角腰围成的角区域内设置重力液的盛装空间，在上底所在的暗箱箱体上设置有所述溢出槽。

5.如权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述漏光缝沿平行于光热支架转轴的方向延伸，其外设置有一层滤光片；所述若干光线传感器感光波段以及与漏光缝的间距、滤光片波长、漏光缝的宽度按照物理光学的相互关联设置，以使光线传感器的成像或光斑最清晰。

6.如权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述集成装置的多种测量数据能够用于误差统计，分析不同测量方法与系统误差或偶然误差之间的联系。