CN107339933B - 一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法，该检测方法包括以下步骤：首先，将相机架设在一根可以伸缩的支架上，同时相机可以在竖直方向上旋转，固定支架位置并测量反射镜中央到支架的直线距离；然后，调节相机支架高度和相机角度，在保证相机水平的情况下，将相机拍摄的中心点正对反射镜中央，此时集热管处于画面正中位置且反射镜的上下幅面均在画面内，此为拍摄初始位置；采集N幅图像；图像预处理；图像分割；集热管中心点理论位置计算：结果分析。本方法通过使用数码相机拍摄不同角度下的反射镜、集热管得到一系列图像，通过反射图像计算出集热管的理论位置。最终，集热管的理论位置和实际差值作为反射镜是否安装正确的判断依据。
Description
技术领域
本发明属于太阳能检测技术领域，具体涉及一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法。
背景技术
目前槽式太阳能集热器是一种较为成熟的太阳热能利用系统。它能够高效地获取太阳光线并获得较高的集热温度。槽式太阳能集热器系统借助抛物面反射镜将太阳光反射并聚集到集热管上。集热管获取的热能加热传热介质水，以此获得水蒸汽。水蒸气推动发动机进行发电。与国外的槽式太阳能发电系统相比，我国在这方面的发展相对落后。反射镜是系统的一个重要组成部分，反射镜需要兼具高反射率、好的聚光性、抗风沙抗腐蚀等特性，国内暂无室外可长期使用的反光镜，这是制约国内槽式太阳能热发电系统发展的一个重要因素。且由于太阳能是一种低密度能源，若要获取较高的发电功率，反射镜需要将尽可能多的光线反射至集热管。因此，为了获得更高的功率，除了提高反射镜的反射率和聚光性外，对反射镜的安装精度也要求很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法。本方法通过使用数码相机拍摄不同角度下的反射镜、集热管得到一系列图像，获取集热管在反射镜上的反射图像，通过反射图像计算出集热管的理论位置。最终，集热管的理论位置和实际差值作为反射镜是否安装正确的判断依据。
本发明采用的技术方案：一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法，该检测方法包括以下步骤：
步骤101 — 架设相机：首先，将相机架设在一根可以伸缩的支架上，同时相机可以在竖直方向上旋转，固定支架位置并测量反射镜中央到支架的直线距离；然后，调节相机支架高度和相机角度，在保证相机水平的情况下，将相机拍摄的中心点正对反射镜中央，此时集热管处于画面正中位置且反射镜的上下幅面均在画面内，此为拍摄初始位置；
步骤102 — 采集N幅图像：首先，以拍摄初始位置拍摄初始图像，再将反射镜依次旋转N个预设固定角度并进行拍照N张图像，这N张图像定为一组图像；
步骤103 — 图像预处理：对采集的N张图像通过阈值分割、畸变矫正、边界提取及定标操作的计算方法，将相机采集到的N张图像整理一致；
步骤104 — 图像分割：将这N张图像按照反射镜的安装位置及数量，分别分割成为若干个图像片，即分割的图像片数量分别对应于N张图像中集热管投影所涉及的反射镜的数量；
步骤105 — 集热管中心点理论位置计算：由于拍摄时镜头和镜头焦距固定，所以相机视场角固定；根据相机视场角在二维平面的投影分布和反射镜上集热管的投影，再结合解析几何与反射定律可以计算出集热管中心点的理论位置；
步骤106 — 结果分析：根据计算出集热管中心点的理论位置和集热管实际位置做结果分析，判断当前反射子镜是否满足安装准确要求；
步骤107 — 对这N张图像逐个进行处理判断，图像分割出的若干个图像片是否处理完成，如果已经处理完成，表明已经处理了一张图像，转向步骤108，否则转向步骤104处理的下一张反射镜图片。
步骤108 — 拍摄的一组图像是否处理完毕，如果没有处理完毕，则转向步骤103对下一张图片进行预处理，如果完成，则整个检测方法流程结束。
进一步地，所述的步骤105中集热管中心点理论位置计算方法为：以反光镜的几何中心O点为坐标原点建立直角坐标系，其中，以集热管的中心点P点与坐标原点O点连线方向为Y轴，垂直于Y轴且经过坐标原点方向为Z轴，设相机所在位置A点到反射镜几何中心O点的距离为固定值，由于反光镜是抛物面，因此满足抛物线方程；
在平面上，反射镜上存在一段弧线，这段弧为集热管在反射镜上的投影，其中集热管在反射镜上投影的下边界点N点，集热管在反射镜上投影的上边界点M点，AM和AN为入射光线。入射光线AN经抛物面反射，反射光线为NE，NE交y轴于E点，D点为反射光线NE上的一点，入射光线AM经抛物面反射，反射光线为MB，MB交Y轴于B点，C点为反射光线MB上的一点，则Y轴上存在一点Q，满足CQ=DQ，Q点即为集热管中心的理论位置；
当反射镜安装准确，且反射镜形状严格满足抛物线方程，根据求解抛物线方程和根据反射定律，求得反射光线MB、NE的直线方程；
再根据MB、NE的直线方程，在Y轴上必存在一点，使得QC到直线MB距离和QD到直线ND的距离相等；
此时该点Q即为反射镜反映出的集热管中心的理论位置。
本发明与现有技术相比其有益效果是：本发明推荐使用2416万像素及以上更高像素的数码相机，采用此相机获得的高分辨率图像，在此后的图像处理阶段有利获取锐利的边缘，以达到更高的检测精度。相机架设工具推荐使用可伸缩的三脚架，尽可能保证三脚架垂直于地面。在相机焦距调节阶段，调节相机焦距使其落在反射镜中心；拍摄过程中，保证相机始终固定且正对反射镜中心，这样极大可能地保持了图像的一致性，提高了检测准确性。通过使用数码相机拍摄不同角度下的反射镜、集热管得到一系列图像，获取集热管在反射镜上的反射图像，通过反射图像计算出集热管的理论位置。最终，集热管的理论位置和实际差值作为反射镜是否安装正确的判断依据。
附图说明
图1为本发明的安装检测原理图；
图2为本发明的安装检测流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法，该检测方法包括以下步骤：
步骤101 — 架设相机：首先，将相机架设在一根可以伸缩的支架上，同时相机可以在竖直方向上旋转，固定支架位置并测量反射镜中央到支架的直线距离；然后，调节相机支架高度和相机角度，在保证相机水平的情况下，将相机拍摄的中心点正对反射镜中央，此时集热管处于画面正中位置且反射镜的上下幅面均在画面内，此为拍摄初始位置；
步骤102 — 采集N幅图像：首先，以拍摄初始位置拍摄初始图像，再将反射镜依次旋转N个预设固定角度并进行拍照N张图像，这N张图像定为一组图像；
步骤103 — 图像预处理：对采集的N张图像通过阈值分割、畸变矫正、边界提取及定标操作的计算方法，将相机采集到的N张图像整理一致；
步骤104 — 图像分割：将这N张图像按照反射镜的安装位置及数量，分别分割成为若干个图像片，即分割的图像片数量分别对应于N张图像中集热管投影所涉及的反射镜的数量；
步骤105 — 集热管中心点理论位置计算：由于拍摄时镜头和镜头焦距固定，所以相机视场角固定；根据相机视场角在二维平面的投影分布和反射镜上集热管的投影，再结合解析几何与反射定律可以计算出集热管中心点的理论位置；
步骤106 — 结果分析：根据计算出集热管中心点的理论位置和集热管实际位置做结果分析，判断当前反射子镜是否满足安装准确要求；
步骤107 — 对这N张图像逐个进行处理判断，图像分割出的若干个图像片是否处理完成，如果已经处理完成，表明已经处理了一张图像，转向步骤108，否则转向步骤104处理的下一张反射镜图片。
步骤108 — 拍摄的一组图像是否处理完毕，如果没有处理完毕，则转向步骤103对下一张图片进行预处理，如果完成，则整个检测方法流程结束。
其中，本发明中的步骤105中集热管中心点理论位置计算方法为：以反光镜的几何中心O点为坐标原点建立直角坐标系，其中，以集热管的中心点P点与坐标原点O点连线方向为Y轴，垂直于Y轴且经过坐标原点方向为Z轴，设相机所在位置A点到反射镜几何中心O点的距离为固定值，由于反光镜是抛物面，因此满足抛物线方程；
在平面上，反射镜上存在一段弧线，这段弧为集热管在反射镜上的投影，其中集热管在反射镜上投影的下边界点N点，集热管在反射镜上投影的上边界点M点，AM和AN为入射光线。入射光线AN经抛物面反射，反射光线为NE，NE交y轴于E点，D点为反射光线NE上的一点，入射光线AM经抛物面反射，反射光线为MB，MB交Y轴于B点，C点为反射光线MB上的一点，则Y轴上存在一点Q，满足CQ=DQ，Q点即为集热管中心的理论位置；
当反射镜安装准确，且反射镜形状严格满足抛物线方程，则可通过现有条件计算出集热管中心的理论位置；
由于抛物面会绕着O旋转，而相机固定，因此可以等效为抛物面固定，而相机绕着O旋转，因此得出A点坐标。集热管的半径为r，利用未知数@和已知参数即可表示M和N点坐标。
根据反射定律，求得反射光线MB、NE的直线方程；再根据MB、NE的直线方程，在y轴上必存在一点，使得QC到直线MB距离和QD到直线ND的距离相等；此时该点Q即为反射镜反映出的集热管中心的理论位置。
Claims (2)
1.一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：
步骤101 — 架设相机：首先，将相机架设在一根可以伸缩的支架上，同时相机可以在竖直方向上旋转，固定支架位置并测量反射镜中央到支架的直线距离；然后，调节相机支架高度和相机角度，在保证相机水平的情况下，将相机拍摄的中心点正对反射镜中央，此时集热管处于画面正中位置且反射镜的上下幅面均在画面内，此为拍摄初始位置；
步骤102 — 采集N幅图像：首先，以拍摄初始位置拍摄初始图像，再将反射镜依次旋转N个预设固定角度并进行拍照N张图像，这N张图像定为一组图像；
步骤103 — 图像预处理：对采集的N张图像通过阈值分割、畸变矫正、边界提取及定标操作的计算方法，将相机采集到的N张图像整理一致；
步骤104 — 图像分割：将这N张图像按照反射镜的安装位置及数量，分别分割成为若干个图像片，即分割的图像片数量分别对应于N张图像中集热管投影所涉及的反射镜的数量；
步骤105 — 集热管中心点理论位置计算：由于拍摄时镜头和镜头焦距固定，所以相机视场角固定；根据相机视场角在二维平面的投影分布和反射镜上集热管的投影，再结合解析几何与反射定律可以计算出集热管中心点的理论位置；
步骤106 — 结果分析：根据计算出集热管中心点的理论位置和集热管实际位置做结果分析，判断当前反射子镜是否满足安装准确要求；
步骤107 — 对这N张图像逐个进行处理判断，图像分割出的若干个图像片是否处理完成，如果已经处理完成，表明已经处理了一张图像，转向步骤108，否则转向步骤104处理的下一张反射镜图片；
步骤108 — 拍摄的一组图像是否处理完毕，如果没有处理完毕，则转向步骤103对下一张图片进行预处理，如果完成，则整个检测方法流程结束。
2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能聚光反射镜的安装检测方法，其特征在于，所述的步骤105中集热管中心点理论位置计算方法为：以反光镜的几何中心O点为坐标原点建立直角坐标系，其中，以集热管的中心点P点与坐标原点O点连线方向为Y轴，垂直于Y轴且经过坐标原点方向为Z轴，设相机所在位置A点到反射镜几何中心O点的距离为固定值，由于反光镜是抛物面，因此满足抛物线方程；
在平面上，反射镜上存在一段弧线，这段弧为集热管在反射镜上的投影，其中集热管在反射镜上投影的下边界点N点，集热管在反射镜上投影的上边界点M点，AM和AN为入射光线，入射光线AN经抛物面反射，反射光线为NE，NE交Y轴于E点，D点为反射光线NE上的一点，入射光线AM经抛物面反射，反射光线为MB，MB交Y轴于B点，C点为反射光线MB上的一点，则Y轴上存在一点Q，满足CQ=DQ，Q点即为集热管中心的理论位置；
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此时该点Q即为反射镜反映出的集热管中心的理论位置。
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Denomination of invention: An installation and inspection method of trough solar concentrating mirror Effective date of registration: 20220713 Granted publication date: 20190709 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Taixin economic integration development promotion center sub branch Pledgor: SHANXI TEAMWORK PHOTOELECTRIC INDUSTRIES CO.,LTD. Registration number: Y2022140000034 |
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Date of cancellation: 20230606 Granted publication date: 20190709 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Taixin economic integration development promotion center sub branch Pledgor: SHANXI TEAMWORK PHOTOELECTRIC INDUSTRIES CO.,LTD. Registration number: Y2022140000034 |
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Denomination of invention: A Installation and Inspection Method for Slot Type Solar Focusing Reflector Effective date of registration: 20230608 Granted publication date: 20190709 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Taixin economic integration development promotion center sub branch Pledgor: SHANXI TEAMWORK PHOTOELECTRIC INDUSTRIES CO.,LTD. Registration number: Y2023140000028 |
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