CN107024272A - 全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,该装置的顶板一边与测量板组件通过螺栓连接,对应的另一边的连接配重件,支撑柱上方接顶板,下方接底座,中间接拉索盘和中间固定装置,底座和中间支撑装置通过五根底部连接柱连接,并通过保护罩密封,在保护罩内部设有电动执行器,电动执行器通过齿轮与支撑柱上的齿轮啮合连接。有益效果是采用该装置能够在同一时刻一个方向测量四种倾角的太阳辐射接受值,缩短了测量时间,其效率是普通手动测量测量装置的四倍以上,提高了装置的稳定性,提高测量精度50%以上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳辐射测量领域,特别是涉及一种全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置。
背景技术
太阳以电磁波的形式向外传递能量,称太阳辐射,是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。太阳辐射所传递的能量,称太阳辐射能。但却是地球大气运动的主要能量源泉,也是地球光热能的主要来源。
目前广泛运用的太阳辐射测量设备一次只能测试一个固定角度的太阳辐射值,而且当天空被云朵遮挡时,此时只能测得的太阳辐射并非是太阳的直射辐射值,测量结果不准确。大多数测量装置结构简单且都是手动测量,在测完特定朝向特定倾角后必须手动调整,但手动调整一般造成的误差大,不仅费时费力,而且测量效率低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的弊端,提供一种全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,实现了自动测量多个朝向多个角度的太阳辐射。
为实现上述目的,本发明采用以下的技术方案是提供一种全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其中:该装置包括有:顶板,测量板组件,配重件,支撑柱,拉索盘,中间固定装置,电动执行器和底座.
所述顶板为正八边形状,顶板的一边与测量板组件通过螺栓连接,对应的另一边的连接配重件,所述的配重件为未安装辐射探头的测量板组件,支撑柱上方接顶板,下方接底座,中间接拉索盘和中间固定装置,底座和中间支撑装置通过五根底部连接柱连接,并通过保护罩密封,在保护罩内部设有电动执行器,电动执行器通过齿轮与支撑柱上的齿轮啮合连接。
本发明的效果是采用该装置的与顶板连接的角度板为四种角度,在同一时刻一个方向测量四种倾角的太阳辐射接受值,大大缩短了测量时间,效率是普通手动测量测量装置的四倍以上。四种角度的角度板在电动执行器的转动下做圆周运动,经电动执行器内芯片程序的控制,可按一定角度做规律运动,则用最少的探测器测得各个方向的太阳辐射值。中间固定装置与底座通过保护罩连接,不仅起到保护内部电动执行器的作用,还起到稳定装置的作用。由于测量装置作圆周运动而产生离心力,通过支撑杆来克服离心力,同时起到微调角度的作用,提高了装置的稳定性,提高测量精度50%以上。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图;
图2为本发明的保护罩开启图;
图3为本发明的无保护罩内部图;
图4为本发明的无保护罩前视图;
图5为本发明的前视图;
图6为图1的剖面图;
图7为本发明的支撑杆局部放大A图;
图8为本发明的支撑杆局部放大B图;
图9为本发明的计算机硬件构成示意图;
图10为本发明的软件控制流程框图。
图中:
1.顶板 2.底座 3.支撑柱 4.固定盘 5.轴承 6.连接固定件 7.电动执行器 8.主齿轮 9.副齿轮 10. 30度角度板 11. 45度角度板 12. 60度角度板 13. 90度角度板 14.支撑杆 15.微调限位孔 16.探头固定件 17.辐射探头 18排位中块 19.中间固定装置 20.保护罩 21.底部固定盘 22.拉索盘 23.盘面固定条 24.拉索固定件 25.线缆 26.上进线孔 27. 1#固定件 28. 2#固定件 29.侧面进线孔 30. 1#杆 31. 2#杆 32. 3#杆33.底部支撑杆 34.拉索
具体实施方式
下面结合附图对本发明的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置结构进一步说明。
本发明的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置中,默认太阳辐射强度在10min内变化甚微,可忽略不计。
本发明的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置结构是,该装置包括有顶板1,测量板组件,配重件18,支撑柱3,拉索盘22,中间固定装置19,电动执行器7和底座。
如图1所示,顶板1为正八边形,其中一边与最上方的30度角度板10通过螺栓连接,对应的另一边的连接配重件18,所述的配重件18为未安装辐射探头的测量板组件,配重件18用于平衡两侧的重量。支撑柱3上方接顶板1,下方接底座2,中间接中间固定装置19和拉索盘22。顶板1一侧接四块角度板,从支撑柱3分别引出四条支撑杆14来支撑四块角度板,底座2和中间支撑装置19通过五根底部连接柱33连接,并通过保护罩20密封。在保护罩20内设有电动执行器7,电动执行器7的齿轮与固定在支撑柱3上的齿轮啮合。在顶板上预留固定孔,可根据需要安装角度板和辐射探头,这样可进行360度八个方位的太阳辐射测量。因此,不需要在该全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量设备下方安装动力装置,但安装的角度板和辐射探头,数量众多,而且线缆数量也多,发生漏电及缠绕的可能性大大加大,而且整个装置的造价大大增加,以一个辐射探头2万的单价计,以此构造,探头总计为33个,仅辐射探头一项,需花费66万。
如图2所示,在底座2和中间固定装置19之间的保护罩20,保护罩20有一侧为可开启,用于检查内部电动执行器工况,便于检修维护。
如图6所示,所述的中间固定装置19的结构为:轴承5内侧焊接在支撑柱3上,外侧焊接连接固定件6。连接固定件6通过四颗螺钉连接中间固定盘4。其中中间固定盘4呈圆环状,内环直径大于支撑柱3直径。所述的顶板1和中间固定装置19之间设有拉索盘22,拉索盘22与支撑柱3焊接,拉索盘22上圆周排列8根盘面固定条23,相邻固定条之间的角度为45度,每根固定条上均匀排布四个孔。底座2与权力要求2所述的中间固定装置19结构类似,但轴承5为两个,上下排列,轴承5内圈嵌入支撑柱3壁内,并与之焊接,支撑柱3底部置于底部固定盘21上,底部固定盘21口径要大于中间固定盘19。加入轴承是要减少轴承5与中间固定装置19之间的摩擦力。
如图1所示,各角度板之间均通过螺栓连接,高度方向上从上至下分别为30度角度板10,45度角度板11,60度角度板12,90度角度板13。顾名思义,分别于水平方向呈30度、45度、60度和90度。每块角度板正中处有孔洞,角度板内侧设有探头固定件16,用于放置辐射探头17,该探头固定件16为圆盘状,圆盘直径稍大于角度板上的孔洞,圆盘与孔洞轴向对齐,然后圆盘一侧通过四根沿圆周均匀排布的连接角度板。支撑杆14与焊接在角度板探头固定件的2#固定件28连接,另一侧与固定在支撑柱上的1#固定件27连接。从每个2#固定件28引出两根拉索,分别连接中间固定盘4上相邻的盘面固定条23上距离支撑柱相同距离的孔,从下往上,拉出四组,共八根。
如图3所示,为方便观察内部结构隐藏保护罩后,电动执行器7接室内电源,电动执行器7的主齿轮8直径远小于支撑柱3上的副齿轮9直径,电动执行器7内有控制芯片,减速器,涡轮螺杆,电机等,控制芯片控制电机匀速旋转,通过编程实现智能自动控制。
如图5所示,所述的支撑杆14结构主要由1#杆30、2#杆31和3#杆32组成,其中:1#杆30有三孔,其中两孔分别与1#固定件27和1#杆30连接,多出的一孔,用于微调;2#杆上有微调限位孔,用于微调;支撑杆14与角度板内侧的探头固定件16一侧通过微调限位孔15连接,微调限位孔15内的螺栓为活动螺栓,微调到合适位置可通过螺丝拧紧。
如图8所示,1#固定件27在装有螺栓的状态下,空隙要大于4至10倍于线缆的口径。
如图7所示,2#固定件28和探头固定件16上设有对齐相同口径的孔洞,用于走线缆25,且口径略大于线缆25直径;线缆25穿过2#固定件28和探头固定件16的孔洞,与辐射探头17相连,在探头固定件16内部,线缆25预留一定长度,避免在角度板拆装与微调角度时线缆25拉断;所有的线缆25在拐角处均用一定厚度的弹性皮套包覆,防止疲劳断裂,且线缆25外层套有保护层包覆,防止风吹日晒雨雪侵蚀;也可选用耐腐蚀,防雨的线缆;所有的线缆25均与设备通过卡扣进行固定,固定力度不宜过大,在拉拽线缆时,可使线缆自由滑动为宜。
如图6所示,与四块角度板上的辐射探头17相连的线缆25先穿过探头固定件16和2#固定件28上的孔洞,沿着支撑杆14,穿过1#固定件27的缝隙,汇合于支撑柱3中部偏上的侧面进线孔29孔,与顶板1上的探头相连的线缆25穿过顶板的上进线孔26,与那四根线缆25一起汇于支撑柱3内,所述的支撑柱3为空心柱,穿过空心柱的内部,从支撑柱3的底部穿出,然后接室内电源。
电动执行器7同市售上的阀门电动执行器结构,只是所写入的程序不同,可根据需要写入相应程序,控制旋转角度和和旋转速度,实现了用户自定义。在装置旋转的过程中若遭到人为接触,当安全力矩被超过时,力矩感应装置也会切断电机电源,保护人员安全。
如图9所示,单片机DSPIC30F6010A通过串口UART1和UART2分别与迪文DGUS液晶屏和上位机相连并通信;通过脉冲宽度调制(PWM)与电机驱动电路相连为电机提供驱动信号;RE0~RE3、RD0~RD5为双向I/O口,分别与键盘和AD转换器相连以实现通信;AD转换器与角度传感器相连,将角度传感器传来的信号进行AD转换以实现与单片机通信。上位机根据当前时间来给单片机DSPIC30F6010A发送指令,等待按键指令;有按键指令,根据定时中断子程序和旋转角度子程序通过步进电机驱动板控制电动执行器7运转。角度传感器和16位AD转换器AD7706通过单片机DSPIC30F6010A控制电动执行器7微调。迪文DGUS液晶屏显示自动测量装置的当前角度、当前时间等状态信息;且将这些信息反馈到上位机中。
将辐射探头17分别固定在四块不同角度的角度板内的探头固定件16内,并用螺丝固定。配合量角器通过支撑杆14一端的微调限位孔15来调整各个角度板到要求的位置。调节顺序为从上至下依次调节。电动执行器7通过主齿轮8将动力传给副齿轮9,带动支撑3旋转,进而整个辐射探头17跟着旋转。可事先通过电脑给电动执行器7内的芯片写入程序,本专利中的设定为:为防止线缆25缠绕,每10分钟转一圈,每1.25分钟转45度,然后回位,芯片自动微调归位,然后反方向旋转,如此循环反复。其中,旋转时间为5秒,测量时间为70s。每转一圈,每一个探头测量八个方向,每一个方向,同一个探头记录10次数据,则每一圈,四个辐射探头共记录了320个数据,存储在探头的配套存储器中。这样就用最少的辐射探头测量多个方向的太阳辐射值。
通过单片机控制电动执行器7转动实现主齿轮8的转动;在支撑柱3上安装有角度传感器,当转动到达固定点对应角度时,角度传感器将信号反馈给单片机,经过计算处理后对角度进行微调;单片机按照当前时间控制电动执行器7的运行,实现按照既定时间转动和停留。该装置所使用到材料或者仪器都为常用设备。
测量装置自动控制部分的硬件主要以单片机DSPIC30F6010A为核心,加之相应的反馈机制就可以完成自动化的所有操作。控制流程如图10a所示,各个控制部分在工作之前完成初始化,上位机根据当前时间来给单片机DSPIC30F6010A发送指令,等待按键指令;有按键指令后,根据定时中断子程序和旋转角度子程序,单片机输出PWM脉冲驱动步进电机驱动器,从而驱动电动执行器7。图10b为定时中断子程序,当时间为旋转时间时,启动旋转角度计算子程序,退出定时中断子程序。图10c为旋转角度计算子程序,角度传感器和16位AD转换器AD7706为测量装置的反馈机制部分,用来判断测量装置是否旋转至指定位置,若旋转至指定位置,退出子程序,测量装置停转,否则继续输出脉冲信号驱动电机转动。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:该装置包括有:顶板(1),测量板组件,配重件(18),支撑柱(3),拉索盘(22),中间固定装置(19),电动执行器(7)和底座;
所述顶板(1)为正八边形状,顶板(1)的一边与测量板组件通过螺栓连接,对应的另一边的连接配重件(18),所述的配重件(18)为未安装辐射探头的测量板组件,支撑柱(3)上方接顶板(1),下方接底座(2),中间接拉索盘(22)和中间固定装置(19),底座(2)和中间支撑装置(19)通过五根底部连接柱(33)连接,并通过保护罩(20)密封,在保护罩(20)内部设有电动执行器(7),电动执行器(7)的齿轮与支撑柱(3)上的齿轮啮合连接。
2.根据权利要求1所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述的中间固定装置(19)的结构包括有轴承(5),轴承(5)内侧固接在支撑柱(3)上,外侧与连接固定件(6)连接,连接固定件(6)通过螺钉连接中间固定盘(4),所述中间固定盘(4)呈圆环状,内环直径大于支撑柱(3)直径。
3.根据权利要求1所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述拉索盘(22)上圆周面上均匀排列八根盘面固定条(23),每根固定条上均匀排布四个孔。
4.根据权利要求1所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述底座(2)的结构包括有上下排列两个轴承(5),轴承(5)内圈嵌入支撑柱(3)壁内,并与之连接固定,外部连接连接固定件(6),支撑柱(3)底部置于底部固定盘(21)上,其中底部固定盘(21)口径要大于中间固定盘(19)。
5.根据权利要求1所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述测量板组件的结构包括有相同的四块角度板,所述四块角度板从上至下分别为水平方向呈30度角度板(10)、45度角度板(11)、60度角度板(12)、90度角度板(13),角度板之间均通过螺栓连接,每块角度板中心处设有通孔,每块角度板内侧设有放置辐射探头(17)的探头固定件(16),该探头固定件(16)为圆盘状,探头固定件(16)直径大于每块角度板上的通孔,探头固定件(16)与通孔为同轴,探头固定件(16)一侧通过四根沿圆周均匀排布的圆柱连接角度板,从支撑柱(3)两侧分别连接四条支撑杆(14)的一端,四条支撑杆(14)的另一端对应连接四块角度板。
6.根据权利要求1、5所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述支撑杆(14)一端与连接在角度板探头固定件(16)的2#固定件(28)连接,另一端与固定在支撑柱(3)上的1#固定件(27)连接,从每个2#固定件(28)引出两根拉索,分别连接中间固定盘(4)上对应的盘面固定条(23)上。
7.根据权利要求1所述的全朝向多角度倾斜面太阳辐射自动测量装置,其特征是:所述电动执行器(7)包括有相互连接的控制芯片、减速器、涡轮螺杆、电机;电动执行器(7)主轴连接的主齿轮(8)直径小于支撑柱(3)上的副齿轮(9)直径,电动执行器(7)的控制芯片控制电机匀速旋转。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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