CN108444503A - 一种大范围太阳位置跟踪传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大范围太阳位置跟踪传感器，包括大范围追踪单元和安装调节单元；所述的大范围追踪单元包括多个球形光敏探测头和圆台安装底座，所述的多个球形光敏探测头沿圆周方向均匀布置在圆台安装底座的侧面上；安装调节单元与大范围追踪单元的圆台安装底座的底部连接。本发明设有大范围追踪、精确追踪且设有安装调节单元，具有追踪范围广、精度更高且可调节安装等优点；本发明通过单片机对大范围追踪、精确追踪实时数据进行采集并调控，能有效地提高太阳跟踪精度，通过安装调节装置使传感器安装更灵活。
Description
技术领域
本发明属于太阳位置跟踪传感器技术领域，具体是涉及一种大范围太阳位置跟踪传感器。
背景技术
随着经济的高速发展，不可再生能源消耗的越来越快，同时化石能源大量使用导致环境污染越来越严重，像温室效应、臭氧层坏等环境污染对人类的生存以及生态系统的平衡已经形成了严重的威胁。太阳能是一种可再生能源且能被直接利用，这对国家实现可持续发展有着重要的战略意义。
太阳跟踪技术能对太阳位置进行精确跟踪，能有效地提高太阳能利用率。目前太阳跟踪技术主要有视日运动轨迹跟踪和光电跟踪以及混合跟踪方式。光电跟踪技术是提高太阳能热发电技术的关键，而光电传感器是光电跟踪的核心部分，其精度也是直接影响到跟踪系统的跟踪精度。现有的传感器中，传统的四象限探测器有较高的跟踪精度，但由于结构上的限制，存在跟踪视角范围窄的问题。隔板式光电传感器具有结构简单且制造成本较低的优势，但同时也存在受外部光源及其他物体散射光的影响且运行不稳定，跟踪精度不高。其他的一些改进的传感器虽提高了跟踪精度，但从总体上仍有很大的改进空间。因此，为提高太阳能的利用率，发明一种追踪视角广、跟踪精度高的传感器对光电跟踪技术的发展有着重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种大范围太阳位置跟踪传感器，它具有追踪范围广、精度更高且可调节安装等优点，而且可以通过光敏元器件和CCD相机对大范围追踪、精确追踪实时数据进行采集，数据处理后进而调节执行机构的高度角和方位角，能快速有效响应传感器。
本发明采用的技术方案是：一种大范围太阳位置跟踪传感器，包括大范围追踪单元和安装调节单元；所述的大范围追踪单元包括多个球形光敏探测头和圆台安装底座，所述的多个球形光敏探测头沿圆周方向均匀布置在圆台安装底座的侧面上；安装调节单元与大范围追踪单元的圆台安装底座底部连接。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的球形光敏探测头的外部表面设有五个通孔，每个通孔设有一个光敏元器件，光敏元器件与单片机连接。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的圆台安装底座顶部设有安装定位孔，安装定位孔内设有精确追踪单元；所述的精确追踪单元包括日晷棒、投影屏、圆柱筒、安装架及CCD相机；所述的圆柱筒上端处设有日晷棒和投影屏，日晷棒位于投影屏的圆心位置且垂直于投影屏设置在投影屏上；圆柱筒下端通过安装架安装有CCD相机；CCD相机与单片机连接。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的圆台安装底座顶部设有安装定位孔，安装定位孔内设有精确追踪单元；所述的精确追踪单元包括平凸透镜、圆柱筒、光电探测盘；所述的圆柱筒的上端设有平凸透镜；圆柱筒的下端安装光电探测盘；所述的光电探测盘上表面设有四个光敏元器件且按照东西南北方位对称安装，四个光敏元器件与单片机连接。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的圆台安装底座侧面上的多个球形光敏探测器的电气特性完全相同。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的投影屏为一种半透明的光屏，其底面可以明显显示日晷棒的影子。
上述的大范围太阳位置跟踪传感器中，所述的光电探测盘上表面的四个光敏元器件的电气特性完全相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的大范围追踪单元，采用三个球形探测头使得追踪视角更广且采用单片机进行实时数据采集，保证了能迅速有效的响应传感器，提高了传感器的稳定性。
2、本发明还设有精追踪单元，可以通过CCD相机拍摄日晷棒在投影屏上的投影并采用图像处理技术有效处理，能有效的提高跟踪精度。
3、本发明采用安装调节单元，使传感器的主光轴线与聚光器中心轴线平行或与光伏板垂直，具有快速、可调节安装的功能，极大提高了传感器安装便利性。
附图说明
图1为本发明的大范围太阳位置跟踪传感器的结构图。
图2为本发明的大范围太阳位置跟踪传感器的俯视图。
图3为本发明的安装调节单元结构图。
图4为本发明的精追踪单元的实施例1的结构图。
图5为本发明的精追踪单元的实施例1的爆炸图。
图6为本发明的精追踪单元实施例2的结构图。
图7为本发明的精追踪单元实施例2的爆炸图。
1—大范围追踪单元，1-1—球形光敏探测器，1-2—球形光敏探测器，1-3—球形光敏探测器，1-4—圆台安装底座，2—精追踪单元，2-1—日晷棒，2-2—投影屏，2-3—平凸透镜，2-4—圆柱筒，2-5—安装架，2-6—CCD相机，2-7—光电探测盘，3—安装调节单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示，本发明包括大范围追踪单元1、精确追踪单元2和安装调节单元3；所述的大范围追踪单元1包括球形光敏探测头1-1、球形光敏探测头1-2、球形光敏探测头1-3和圆台安装底座1-4，球形光敏探测头1-1、球形光敏探测头1-2、球形光敏探测头1-3沿圆周方向均匀布置在圆台安装底座1-4的侧面上。所述的圆台安装底座1-4的顶面上设有安装定位孔，精确追踪单元2内嵌装在圆台安装底座1-4顶部的的安装定位孔中。安装调节单元3与大范围追踪单元1的圆台安装底座1-4的底部通过螺栓连接，所述的安装调节单元3可以上下左右任意调节安装。球形光敏探测头1-1、球形光敏探测头1-2、球形光敏探测头1-3的结构和电气特性完全相同，球形光敏探测头的外部表面设有五个通孔，每个通孔设有一个光敏元器件，且每个光敏元器件都与单片机连接。
如图3所示，所述的安装调节单元3包括安装板3-1和调节板3-2，安装板3-1和调节板3-2均呈L形，安装板3-1的顶板与圆台安装底座1-4底部连接，安装板3-1的侧板上设有一个弧形孔31；所述的调节板3-2的一个侧板上设有螺钉32，销轴插装在弧形孔31内，可以相对于弧形孔31移动并固定。调节板3-2的另一个侧板设有一个弧形孔Ⅱ33，用于通过螺钉与其他部件连接。
如图4、5所示，所述的精追踪单元2可以是如下结构：其包括日晷棒2-1、投影屏2-2、圆柱筒2-4、安装架2-5及CCD相机2-6；所述的圆柱筒2-4上端设有日晷棒2-1和投影屏2-2，日晷棒2-1位于投影屏2-2的圆心位置，且垂直于投影屏2-2设置在投影屏2-2上。所述的投影屏2-2为一种半透明的光屏，其底面可以明显显示日晷棒2-1的影子。圆柱筒2-4下端通过安装架2-5安装有CCD相机2-6；CCD相机2-6与单片机连接。
其工作原理如下：太阳光照射本发明，精追踪单元中日晷棒2-1会在投影屏2-2上形成投影，在底部采用CCD相机2-6实时采集投影屏2-2上投影信息并处理，得到日晷棒2-1投影的坐标值，单片机对坐标值处理并转换为步进电机转动角度，进而驱动执行机构在高度和方位方向转动，使得日晷棒2-1的投影处在投影屏2-2的圆心位置。
如图6、7所示，本发明的精追踪单元2还可以采用如下结构，所述的精追踪单元2包括平凸透镜2-3、圆柱筒2-4、光电探测盘2-7；所述的圆柱筒2-4的上端设有平凸透镜2-3；圆柱筒2-4的下端安装光电探测盘2-7；所述的光电探测盘2-7的上表面上设有四个光敏元器件且按照东西南北方位对称安装，四个光敏元器件与单片机连接。
其工作原理如下：太阳光透过平凸透镜2-3在光电探测盘2-7上形成一个光斑，光电探测盘2-7上表面四个光敏元器件所检测的光信号经过AD转化为数字信号输入给单片机，单片机对四路数字信号进行处理并驱动执行机构在高度和方位方向转动，使得四个光敏元器件接收到的光信号相等或在设定的阈值范围内。
Claims (7)
1.一种大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：包括大范围追踪单元和安装调节单元；所述的大范围追踪单元包括多个球形光敏探测头和圆台安装底座，所述的多个球形光敏探测头沿圆周方向均匀布置在圆台安装底座的侧面上；安装调节单元与大范围追踪单元的圆台安装底座的底部连接。
2.根据权利要求1所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的球形光敏探测头的外部表面设有五个通孔，每个通孔设有一个光敏元器件，光敏元器件与单片机连接。
3.根据权利要求1所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的圆台安装底座顶部设有安装定位孔，安装定位孔内设有精确追踪单元；所述的精确追踪单元包括日晷棒、投影屏、圆柱筒、安装架及CCD相机；所述的圆柱筒上端处设有日晷棒和投影屏，日晷棒位于投影屏的圆心位置且垂直于投影屏设置在投影屏上；圆柱筒下端通过安装架安装有CCD相机；CCD相机与单片机连接。
4.根据权利要求1所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的圆台安装底座顶部设有安装定位孔，安装定位孔内设有精确追踪单元；所述的精确追踪单元包括平凸透镜、圆柱筒、光电探测盘；所述的圆柱筒的上端设有平凸透镜；圆柱筒的下端安装光电探测盘；所述的光电探测盘上表面设有四个光敏元器件且按照东西南北方位对称安装，四个光敏元器件与单片机连接。
5.根据权利要求1或2所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的圆台安装底座侧面上的多个球形光敏探测器的电气特性完全相同。
6.根据权利要求3所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的投影屏为一种半透明的光屏，其底面可以明显显示日晷棒的影子。
7.根据权利要求4所述的大范围太阳位置跟踪传感器，其特征是：所述的光电探测盘上表面的四个光敏元器件的电气特性完全相同。
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