CN108507203B - 跟踪太阳式光纤导光系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟踪太阳式光纤导光系统及方法，本系统包括传感器单元、控制器单元、驱动器单元、机械单元以及阳光汇聚传导单元。本系统通过传感器单元感测太阳光入射偏角，将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，系统通过控制器单元、驱动器单元、机械单元，进行对太阳的精准跟踪，使得阳光汇聚单元的采光透镜正对太阳，接收最大面积入射阳光并汇聚，经镜筒传导给光纤，实现光纤导光。在阳光入射小角度偏差时：通过光杠杆实现传感器单元中接收的高光强光束大位移偏移，提升传感器灵敏度，实现精调跟踪；通过阳光汇聚单元的双透镜实现了汇聚光线的偏转修正，始终保持汇聚光线的光斑落在光纤接收端面内，实现系统持续高效导光。

Description

跟踪太阳式光纤导光系统及方法

技术领域

本发明属于太阳跟踪技术及太阳能应用领域，具体涉及一种跟踪太阳式光纤导光系统及一种光纤持续接收、传导太阳光的方法。

背景技术

太阳能是一种绿色能源，为了能高效应用、转化太阳能能源，大多太阳能应用装置(包括但不局限于太阳能集热器、太阳能发电装置，下同)需要实时接收最大的太阳光入射光强，以此保证实时接收最大光能，这就需要对太阳能应用装置实施太阳跟踪和控制。

实施太阳能应用装置对太阳跟踪和控制的方法，目前主要有太阳轨迹计算法，GPS定位法以及光电感应法。其中太阳轨迹计算法，主要是有应用天文知识计算太阳轨迹，将太阳轨迹输入跟踪太阳式光纤导光系统的程序系统，跟踪太阳式光纤导光系统通过程序控制进行系统调节跟踪，其不足是，天文计算过程比较复杂，不同地理位置安装跟踪太阳式光纤导光系统应用天文计算存在计算误差，尤其对于太阳跟踪精准性要求较高的系统，很难保证其跟踪的实时精准性。

GPS定位法，需要跟踪系统的程序读取GPS电路信号，获得当地经度、纬度和日期时刻等信息，依次计算太阳位置进行跟踪，该法存在定位及计算的误差，对于太阳跟踪精准要求的太阳能应用装置很难满足，同时对于山区等特殊地理位置，GPS信号较难覆盖，很难在特殊地理位置应用。

光电感应法主要应用感光元件感测太阳光入射光强因太阳光入射角的变化而引起的差异进行测量比对，从而驱动跟踪系统进行调整校对，以消除入射光强的差异，或者追求感测最大光强为跟踪校准的标准，该法的好处是不受经度、纬度以及地理形貌的限制，例如专利“太阳光光纤照明装置”(申请号01113529.8)采用四象限光伏探测器追踪太阳，但也存在一定的缺点，在阳光焦斑偏离四象限的中心时，四象限仅能提供偏差的大致方向信息，无法获得偏差的具体数值和准确方向，同时在焦斑偏离中心的偏离度较小时，即太阳光入射小角度偏差时，由于四象限光伏板的物理误差及光伏板自身灵敏度的局限，四象限光伏探测器很难灵敏感测，因此这种方法对于太阳光入射小角度偏差时很难实现精准调整跟踪的效果。

同样基于光电感应原理的太阳追踪系统也有应用光传感面板感测太阳光的强度随入射角度的增大而逐渐变小的效应，从而以光传感面板感测光强最大值为追踪校准的标准，例如专利“太阳光追踪系统、太阳能应用装置与太阳光追踪方法”(申请号201611187714.3)，该方法阐述了应对太阳光入射小角度偏差时的精调方法及步骤，具体为追踪系统的光传感面板测得的光强变化趋势已持续变弱时，追踪系统的控制器控制驱动装置转换为反向运转，直至光传感面板测得的光强变化趋势是由持续变强转变为连续变弱，以此判断追光到位。这类方法主要有两点不足，第一，只考虑太阳光直射光的光强时，其辐射到光传感面板的光强是与入射角成余弦函数的关系，在太阳光入射角为0°附近的小角度范围内，入射光强变化不明显，即太阳光入射的光强最大时，在入射角为0°临近小角度偏差内，光强平稳光滑，而不是尖锐峰值，所以这对感测光强的传感器系统灵敏度要求极高，成本较低的普通光伏板很难达到这种高灵敏度的要求，因此这类方法依然对太阳光入射角小角度偏差时在实际应用中很难精准校对跟踪；另外，从光传感面板感测最大光强的过程可以看到，最终判断追光到位的标准为传感器测得的光强变化趋势是由持续变强转变为连续变弱，以此判断追光到位，显然方法存在固有偏差，追光系统判断光强最大值得位置显然过了最大值的实际方位，因此这种方法存在固有的小角度偏差，这对要求精准跟踪太阳的系统很难适用。

在太阳光光纤传导的系统中，由于应用跟踪、定位太阳的传感器大多是基于太阳光入射角出现偏差后再进行跟踪校对，如此循环反复。对于应用透镜或者聚光镜汇聚光线，通过装置在透镜或者聚光镜焦点处的光纤接收端接收传导的光纤传导系统而言，在太阳光入射角出现偏差时，直至传感器单元感测到并进行校准跟踪的过程中，光纤传导系统的透镜或者聚光镜汇聚的光线在这个过程中处于偏焦状态，汇聚的太阳光将部分或者全部偏离装置在透镜或聚光镜焦点处的光纤接收端，导致在整个过程中，光纤实际接收汇聚光线的效率很低，光纤的出光端忽明忽暗，循环反复，大大影响了实际的使用效果。

实施太阳跟踪系统及太阳能应用装置的机械系统通常有固定轨道式机械系统和双自由度实时调整跟踪系统。

固定轨道式的机械系统通常应用于太阳轨迹的计算系统中，结合天文算法，设计机械系统运行的固定轨道，通过时钟控制跟踪系统在固定的轨道上进行行进。这类方法优点是机械系统的平稳性好，固定轨道的结构更容易做的稳固，不足是，不同地理位置系统的轨道需要有针对性设计，轨道设计更有针对性，专属性，设计制作专属性的轨道成本较高，同时基于天文算法的太阳跟踪，存在计算偏差，以及轨道设计定型存在加工误差，这些偏差及误差都会影响太阳跟踪系统跟踪太阳的精准性。

双自由度实时调整跟踪系统通常配备太阳方位实时跟踪的定位器，例如GPS定位器，光电传感器，基于传感器反馈的跟踪信号，太阳跟踪系统的机械系统做出实时调整与定位，这类机械系统通常可以在两个自由度上进行调整跟踪，实现太阳方位的精准跟踪。这类机械系统的好处在于可以通过太阳跟踪系统的传感器及控制单元，驱动机械系统进行全方位角自由定位跟踪。这类太阳跟踪系统的机械系统也有不足，表现为机械调整的精度低或者没有锁定功能等，例如专利“太阳光光纤照明装置及太阳跟踪方法”(授权公告号为：CN101482246B)，即属于双自由度可调机械系统，该机械装置通过两臂式U型支架连接俯仰板，通过固定在右臂上的步进电机直接驱动俯仰板旋转，并且通过固定在步进电机上的大齿轮驱动俯仰板上的小齿轮进行俯仰板旋转调整，此类设计有两点不足。第一，机械系统通过固定在步进电机上的大齿轮驱动俯仰板的小齿轮，驱动过程外力较大，并且大齿轮带动小齿轮，大齿轮微小旋转角度增量会转化为小齿轮较大旋转角度增量，致使跟踪系统的机械精度低；第二，机械系统没有防止外力反向驱动的功能以及状态锁定功能，当外界风力作用在俯仰板上时，俯仰板连接的小齿轮作用在与步进电机连接的大齿轮，当作用在俯仰板上的风力达到一定程度时，俯仰板便成为动力源通过小齿轮的长力臂驱动步进电机的大齿轮，从而扰乱跟踪系统工作状态。

发明内容

本发明的一个主要目的在于针对上述现有技术、方法的缺陷，提供一种高精度跟踪太阳的系统，同时追求这种方法及系统的低成本化。

本发明的另一个主要目的在于针对上述现有技术、方法的缺陷，提供一种在系统进行精调过程，光纤依然可以接收到汇聚的太阳光，实现光纤持续有效接收、导出太阳光；实现光纤出光端持续放光。

本发明第三个主要目的在于针对上述先有的技术、方法的缺陷，提供一种太阳跟踪、光纤传导系统的机械系统，实现机械系统的稳定性、阻止外力反向驱动以及状态自锁功能。

为实现上述发明，本发明采用如下技术方案：

根据发明的一个方面，提供了一种跟踪太阳式光纤导光系统，所述跟踪太阳式光纤导光系统包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元以及阳光汇聚传导单元。所述传感器单元固定在双自由度承载框上，所述双自由度承载框为机械单元的一个组件，所述的阳光汇聚传导单元的采光镜固定在双自由度承载框上。所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱机械单元，调整机械单元的双自由度承载框组件进行跟踪太阳运动。

根据本发明的一实施方式，其中所述的跟踪太阳式光纤导光系统包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元以及阳光汇聚传导单元。所述传感器单元以及阳光汇聚传导单元固定在双自由度承载框上，所述双自由度承载框为机械单元的一个组件。所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整机械单元的双自由度承载框组件进行跟踪太阳运动，使得所述的阳光汇聚单元的采光镜持续跟踪对准太阳，所述的采光镜汇聚阳光并通过镜筒传导至光纤，实现光纤导光。

根据本发明的一实施方式，其中所述的跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的传感器单元具有一粗调装置和精调装置，所述的粗调装置能够对太阳光入射角大角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动器单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度承载框进行粗调跟踪太阳；所述的精调装置能够对太阳光入射角小角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度承载框进行精调跟踪太阳。

根据本发明的一实施方式，其中所述的传感器单元，其特征在于，所述的粗调装置包含在精调装置中，所述的粗调装置全部组件为精调装置的部分组件。所述的传感器单元包括光强感测面板，所述的光强感测面板为光伏板。所述的光强感测面板包括两组光强感测板，第一组光强感测板为第一光强感测面板与第二光强感测面板，第二组光强感测板为第三光强感测面板与第四光强感测面板；所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别布置在所述的双自由度承载框的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板平行于双自由度承载框横轴方向对称布置，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板成直角夹角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别与双自由度承载框成45°角布置在双自由度承载框的受光面上。所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别布置在所述的双自由度承载框的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板平行于双自由度承载框纵轴方向布置，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板成直角夹角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别与双自由度承载框成45°角布置在双自由度承载框的受光面上。所述的第一光强感测面板、第二光强感测面板、第三光强感测面板及第四光强感测面板为四块全等的等腰梯形面板，所述的等腰梯形的底角大小为所述的第一光强感测面板的右侧腰线与第三光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第三光强感测面板的右侧腰线与第二光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第二光强感测面板的右侧腰线与第四光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第四光强感测面板的右侧腰线与第一光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，组成对面垂直的正四棱台光强感测单元。

根据本发明的一实施方式，其中所述的传感器单元，其特征在于，所述的光强感测面板包括两组光强感测板，所述的两组光强感测板组成对面垂直的正四棱台光强感测单元，所述的正四棱台光强感测单元与降低光强的滤镜片构成粗调装置，所述的粗调装置能够在太阳光入射角大角度偏差时至少一组光强感测面板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两组光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，所述的两组光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第一自由度上进行旋转；所述的两组光强感测板中第二组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射大角度偏差的粗调跟踪。

根据本发明的一实施方式，其中所述的传感器单元，其特征在于，所述的精调装置应用光杠杆方式进行太阳精准跟踪，所述的光杠杆是将太阳光入射小角度偏差转化为汇聚高光强光束大位移偏转。所述的精调装置包括汇聚太阳光线的透镜组、反射光线的反射镜组、遮挡光线的遮挡片、降低光强的滤镜片及所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元。所述的精调装置的透镜组为两片凸透镜，所述的反射镜组为两块平面镜，所述的遮挡片为所述的两块平面镜中的一块平面镜，所述的滤镜片为半透半反镜。所述的两片凸透镜主光轴重合布置，所述的两片凸透镜的主光轴所在直线穿过所述的两块平面镜的第一块平面镜的几何中心，所述的第一块平面镜与所述的两片凸透镜的主光轴成45°夹角。所述的两块平面镜的第二块平面镜布置于所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元正上方，所述的两块平面镜的第二块平面镜与所述的两块平面镜的第一块平面镜平行，所述的两块平面镜的第二块平面镜与所述的两块平面镜的第一块平面镜的中心所在直线与所述的两片凸透镜的主光轴垂直。所述的遮挡片为所述的两块平面镜中的第二块平面镜。所述的半透半反镜布置于所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元正上方，所述的半透半反镜布置于所述的两块平面镜中的第二块平面镜的正下方。

根据本发明的一实施方式，其中所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其机械单元的特征在于，所述的双自由度承载框装置在一个驱动支架上，所述的驱动支架为三臂式U型支架，所述的三臂式U型支架包括第一臂支架、第二臂支架、第三臂支架，所述的第一臂支架与第二臂支架分别通过轴承与双自由度承载框的横轴两端转轴连接，所述的双自由度承载框通过两端的转轴及轴承装置在第一臂支架与第二臂支架上，实现在俯仰面自由度上的可调旋转，所述的第三臂支架的根部与第一臂支架、第二臂支架的根部垂直，所述的第三臂支架的臂端安装驱动单元，所述的驱动单元控制所述的双自由度承载框在俯仰自由度上旋转。

根据本发明的一实施方式，其中所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的驱动器单元包括第一驱动单元与第二驱动单元。所述的第一驱动单元由步进电机及丝杆构成主要元件，所述的步进电机安装在底座上，所述的底座通过转轴及轴承安装在所述的三臂式U型支架的第三臂支架上，所述的丝杆一端与步进电机固接，丝杆上旋装螺纹滑块，所述的螺纹滑块通过转轴及轴承与双自由度承载板纵轴一端连接。所述的步进电机驱动所述的丝杆转动，所述的丝杆驱动所述的螺纹滑块上下移动，所述的螺纹滑块驱动所述的双自由度承载框绕着横轴两端的转轴旋转，实现所述的双自由度承载板在俯仰面自由度上的旋转。所述的第二驱动单元是由步进电机及蜗杆构成主要元件，所述的步进电机安装在跟踪太阳式光纤导光系统及太阳能应用装置的机械系统的底座上，所述的步进电机固接蜗杆一端，所述的蜗杆另一端通过轴承与所述的机械系统底座上的支架连接，所述的蜗杆通过驱动大齿轮驱动与大齿轮连接的竖直转轴，所述的竖直转轴与所述的大齿轮及所述的三臂式U型支架固接，所述的竖直转轴通过两个轴承分别与机械系统的底座的上、下盖板连接。所述的步进电机驱动蜗杆，所述的蜗杆驱动大齿轮旋转，从而驱动所述的竖直轴及所述的三臂式U型支架旋转，实现在所述的三臂式U型支架及所述的双自由度承载板在水平面自由度上的旋转。

根据本发明的一实施方式，其中所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的驱动单元具有动力单向驱动、终态自锁功能。所述的驱动单元的动力单向驱动，包括所述的第一驱动单元的步进电机驱动丝杆，丝杆驱动螺纹滑块，而螺纹滑块无法驱动丝杆的单向驱动；所述的驱动单元的动力单向驱动，包括所述的第二驱动单元的步进电机驱动蜗杆，蜗杆驱动通过所述的竖直轴与所述的三臂式U型支架连接的所述的大齿轮，而所述的大齿轮无法驱动所述的蜗杆。在跟踪太阳式光纤导光系统及太阳能应用装置完成太阳跟踪时，所述的双自由度承载板位置进入暂时性锁定状态，直至所述的驱动单元再次驱动。所述的锁定状态是指在外界风力等作用下所述的驱动单元能够保持双自由度承载板的稳定状态，保持所述的跟踪太阳式光纤导光系统在外界风力等作用下，稳定跟踪太阳。

根据本发明的一实施方式，其中所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的阳光汇聚传导单元包括菲涅尔透镜、凸透镜、镜筒及光纤。所述的菲涅尔透镜用于采收、汇聚太阳入射光，所述的小透镜用于将经所述的菲涅尔透镜聚焦的光线平行射出，使得光线相对光纤端面小角度导入光纤，并在太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线的偏转，所述的镜筒用于固定所述的透镜及所述的光纤。

根据本发明的另一个方面，提供一种光纤持续接收、传导太阳光的方法包括传感器单元跟踪太阳的粗调步骤与精调步骤相结合方法以及阳光汇聚传导单元对太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线偏转的方法：

所述的粗调步骤应用于太阳光入射大角度偏差时，至少一组所述的光强感测板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两组光强感测面板分别将光强信号转化为电压号并输入控制器单元，所述的两组光强感测面板中第一组光强感测面板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第一自由度上进行旋转；所述的两组光强感测面板中第二组光强感测面板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射大角度偏差的粗调跟踪。

所述的精调步骤应用于太阳光入射小角度偏差时，所述的传感器单元的所述的透镜组汇聚高光强光束，经由所述的反射镜组反射，延伸高光强光束的光程，将太阳光入射角的小角度偏差转化为所述的高光强光束射在所述的光强感测面板上的光斑大位移偏移，形成光杠杆，所述的两组光强感测板中至少一组所述的光强感测板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两块光强感测面板中一块接收到所述的高光强光束，另一块被所述的遮挡片遮挡，所述的两块光强感测面板接收到的光强信号存在差异，所述的两组光强感测面板分别将光强信号转化为电压号并输入控制器单元，所述的两组光强感测面板中第一组光强感测面板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第一自由度上进行旋转；所述的两组光强感测面板中第二组光强感测面板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度受光板在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射小角度偏差的精调跟踪。

所述的阳光汇聚传导单元对太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线偏转方法，其特征在于，当太阳光垂直于所述的菲涅尔透镜入射时，所述的菲涅尔透镜将入射阳光进行汇聚，所述的汇聚光线的光斑相对所述的小凸透镜的光心均匀分布，经所述的小凸透镜后光线平行射出，以垂直于光纤导棒的端面入射，最大限度地减小入射光线进入光纤的入射角，实现光线在光纤内长距离全反射；当太阳光相对所述的菲涅尔透镜面的法线小角度偏差入射时，经所述的菲涅尔透镜汇聚后的光线在所述的小凸透镜上形成的光斑相对所述的小凸透镜光心偏离，经所述的小凸透镜作用后的光线向所述的光斑偏离所述的小凸透镜光心的反向偏折，将光线射入所述的光纤，即在太阳光小角度偏差入射时，所述光纤依然可以接收到汇聚光线，从而实现所述的传感器单元在进行入射阳光小角度偏差的精调跟踪过程，光纤持续接收到汇聚的光线。

由上述技术方案可知，本发明的跟踪太阳式光纤导光系统及方法的优点在于：太阳跟踪的精调装置中包含粗调装置，并非两套独立的装置，这在系统设计及装配时更加集约化。同时粗调装置应用于太阳光入射大角度偏差时，光强感测面板的灵敏度足够分辨；在太阳光小角度偏差时，应用光杠杆原理，将太阳光小角度偏差转化为太阳光汇聚的高光强光束的大位移偏移，致使部分光强感测面板接收的光强加大，而对侧的光强感测面板受到遮挡片的遮挡，接收的光强减弱，从而放大因太阳光小角度偏差而带来的太阳光入射光强的差异，克服光强感测面板自身灵敏度较低的不足，实现太阳光入射小角度偏差的校准跟踪。

本发明的优点表现为：应用双透镜的方法对阳光入射小角度偏差时进行汇聚光线偏转的修正，使得系统在阳光入射小角度偏差时的精调跟踪的过程中，光纤依然可以接收到汇聚光线，将其传导，实现光纤的出光端持续放光。

本发明的优点表现为：本发明的跟踪太阳式光纤导光系统的机械系统具有动力单向驱动，阻止外力反向驱动，并且具有状态自锁功能。

本发明的优点表现为：本机械系统的支架设计为三臂式U型支架，通过第一臂、第二臂支架可旋转架构双自由度承载框，通过第三臂支架及丝杆控制双自由度承载框俯仰旋转调整，在驱动单元的阻止外力反向驱动以及自锁的功能下，使得双自由度承载框的横轴两端(三臂式U型支架的第一臂、第二臂的两个臂端)、纵轴螺纹滑块端以及与丝杆固接的步进电机安装的三臂式U型支架的第三臂臂端，四个端点构成一个三棱锥的四个顶点，三棱锥的任意一个侧面的三个顶点均为一个三角形的三个顶点，由于丝杆的硬支承、驱动单元的自锁功能、双自由度承载框以及三臂式U型支架的固定不变形的结构，致使这种三臂式U型支架支撑双自由度俯仰板时任何一个状态都是稳定结构。本机械结构通过丝杆与滑块的细螺纹设计，实现双自由度承载框在俯仰自由度上的精细调整；通过蜗杆的细螺纹驱动密齿的大齿轮实现双自由度承载框在水平自由度上的精细调整。因此实现本机械系统的在双自由度上可精细调整，驱动单元具有阻止外力反向驱动以及自锁功能，三臂式U型支架的设计使得系统任何一种状态都处于三角形支撑的稳定状态。

附图说明

附图仅为本发明的示范性定性图解，并非固化的单一实际系统装置，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或者类似的部件，其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种跟踪太阳式光纤导光系统应用装置结构示意图；

图2是根据一示例性实施方式示出的一种跟踪太阳式光纤导光系统中传感器单元组件及结构示意图；

图3是根据一示例性实施方式示出的一种跟踪太阳式光纤导光系统中传感器单元的4块光强感测面板俯视图的示意图；

图4是根据一示例性实施方式示出的一种跟踪太阳式光纤导光系统中传感器单元，在太阳入射光大角度偏差时传感器单元的光强感测面板接收阳光光线示意图；

图5是太阳光入射角度的示意图；

图6是跟踪太阳式光纤导光系统对准太阳时，阳光正入射传感器单元的光线示意图；

图7是跟踪太阳式光纤导光系统斜对太阳时，光线相对传感器单元出现小角度偏差时，阳光射入传感器单元的光线示意图；

图8是跟踪太阳式光纤导光系统正对太阳式，阳光正入射时系统的阳光汇聚传导单元的光线示意图；

图9是跟踪太阳式光纤导光系统斜对太阳式，光线相对系统的阳光汇聚传导单元出现小角度偏差时，阳光射入阳光汇聚传导单元的光线示意图。

具体实施方式

现在将通过参看附图更全面地描述示例实施方式，而实际示例实施方式能够以多种形式实施，且不应该被理解为仅仅局限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式的示例使得本发明更加全面和完整，同时更加方便地将本发明的原理、构思、设计及实施全面易懂地传达给本领域的技术人员。

如图1所示：本发明跟踪太阳式光纤导光系统的结构示意图，1是传感器单元，11是双自由度承载框，15是控制器单元，13是驱动器单元的驱动双自由度承载框水平面内(第一自由度，下同)旋转的步进电机，14是驱动器单元的驱动双自由度承载框进行俯仰(第二自由度，下同)旋转的步进电机，12是跟踪太阳式光纤导光系统的机械单元中的三臂式U型支架。

本发明的跟踪太阳式光纤导光系统，通过传感器单元1感测太阳光入射角偏角，将接受到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元15，控制器单元15通过比较输入的电压信号做出驱动器所需的开关指令，当控制器单元15输入给驱动器单元的开关指令为开通指令时，同时会输入给驱动器单元的步进电机转动方向的指令，驱动器单元通过步进电机13的驱动，从而驱动与三臂式U型支架12固接的水平齿轮17，从而驱动三臂式U型支架12在水平面上进行旋转，调整双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)在水平面自由度方向上指向太阳的角度；驱动器单元通过步进电机14带动丝杆18，从而驱动螺纹滑块25的起降，实现驱动双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)在俯仰自由度方向的旋转，从而调整双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)在俯仰自由度方向指向太阳的角度。

当双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线与太阳入射光线不平行时，即太阳入射光线相对双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线方向存在偏角时，跟踪太阳式光纤导光系统的控制器单元15接收到传感器单元1输入的电压偏差信号，控制器单元15将输入给驱动器单元开通指令，驱动器将调整双自由度承载框11在水平面自由度方向上及俯仰自由度方向上向正对太阳的方向进行旋转，当双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)正对太阳时，控制器单元15输入给驱动器单元关闭指令，驱动器单元的步进电机13或14进入停止运转、休眠状态。

如图5所示，ON为双自由度承载框的法线，PO示意为太阳光的入射光线，∠PON为太阳光线入射角。

本发明的跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1的光强感测组件是由四块光强感测面板组成，本示例中的四块光强感测面板是四块全等等腰梯形形状的光伏板，等腰梯形光伏板的底角大小为等腰梯形光伏板2的右侧腰线与等腰梯形光伏板4的左侧腰线重合绝缘拼接，等腰梯形光伏板4的右侧腰线与等腰梯形光伏板3的左侧腰线重合绝缘拼接，等腰梯形光伏板3的右侧腰线与等腰梯形光伏板5的左侧腰线重合绝缘拼接，等腰梯形光伏板5的右侧腰线与等腰梯形光伏板2的左侧腰线重合绝缘拼接，四块全等等腰梯形光伏板组成光伏板2与光伏板3相对并且垂直，光伏板4与光伏板5相对并且垂直的对面垂直的正四棱台光强感测单元。四块光伏板分别与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)成角45°装置在双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的横轴方向的一侧。如图2所示光伏板4与光伏板5沿双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的横轴线装置在双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的右侧方形平台上；光伏板2和光伏板3平行于双自由度光伏板11纵轴线装置在双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)上。

如图3所示，本发明跟踪太阳式光纤导光系统中传感器单元1示例的四块光伏板构成的对面垂直正四棱台光强感测单元的俯视图，四块光伏板组成的对面垂直正四棱台光强感测单元及其正上方装置的半透半反镜10构成传感器单元的粗调装置。

如图4所示，当太阳光入射角出现大角度偏差时，跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1的光强感测面板接收太阳光的示意图，例如光伏板5接收到部分太阳的直射光与部分经过半透半反镜透射的太阳光，光伏板4接收的太阳光均为经过半透半反镜的透射光，且太阳光相对光伏板5的入射角较小，相对光伏板4的入射角较大，因此光伏板5接收的光强明显大于光伏板4接收的光强，光伏板5光电转化的电压明显大于光伏板4光电转化的电压，光伏板5与光伏板4分别输出的电压信号输入给控制器单元，进行跟踪太阳式光纤导光系统的粗调跟踪。

如图2所示，本发明跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1示例结构中，凸透镜6、凸透镜7、平面镜8、平面镜9、半透半反镜10及光伏板2、光伏板4、光伏板3、光伏板5为组成精调装置的主要元件。

如图2所示，本发明跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1示例结构中，凸透镜6、凸透镜7及平面镜8通过镜筒或者支架装置在双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)横轴线上的左侧方台上，凸透镜6与凸透镜7的主光轴重合，凸透镜6与凸透镜7的主光轴所在直线穿过平面镜8的中心，凸透镜6与凸透镜7的镜面与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)平行，平面镜8与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)成角45°。

如图2所示，本发明跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1示例结构中，平面镜9通过支架或镜筒装置在四块光伏板组成的对面垂直正四棱台光强感测单元的正上方，平面镜9的中心与平面镜10的中心所在的直线与凸透镜6、凸透镜7的主光轴所在直线垂直，平面镜9与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)成角45°。

如图2所示，本发明跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1示例结构中，半透半反镜10装置在四块光伏板组成的对面垂直正四棱台光强感测单元的正上方，平面镜9的正下方。本发明跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元1中的半透半反镜10至少有三个作用：作用一是减弱太阳光入射到光伏板2或3或4或5上的光强，防止光伏板在太阳光相对双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)正入射前接收光能饱和，从而影响其对光强变化的灵敏度；作用二是用于减弱经由经由凸透镜6与凸透镜7汇聚的高光强太阳光光束光强，保护光伏板，同时使得光伏板即使在接收到经由凸透镜6与凸透镜7汇聚的高光强太阳光光束时，仍然处于接收光能接近或者未饱和状态，保证光伏板的光电输出的灵敏性；作用三是跟踪太阳式光纤导光系统处于太阳入射光大角度偏差时进行的粗调状态时，对于太阳光线入射角较大的光伏板起到遮光作用，从而加大太阳光入射角较小的光伏板与太阳光入射角较大的光伏板接收光能的差异，提升粗调系统的灵敏度。

如图6所示，当太阳光线平行于双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线方向入射时，即太阳光线垂直于菲涅尔透镜33入射时，光伏板4与光伏板5接收到太阳直射光的光线对称均匀分布，光伏板4与光伏板5接收到的太阳直射光强相等；当太阳光线平行于双自由度11受光板的法线方向入射时，平面镜9作为遮挡片，对于光伏板4与光伏板5所遮挡的太阳光直射光线对称分布，平面镜9作为遮挡片在遮挡太阳直射光线形成的暗影相对光伏4与光伏板5对称分布；当太阳光线平行于双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线方向入射时，太阳光线经由凸透镜6与凸透镜7汇聚形成高光强平行光束，高光强平行光束经由平面镜8反射传输到平面镜9，经由平面镜9反射传输到半透半反镜10，经由半透半反镜10透射射入四块光伏板组成的对面垂直正四棱台光强感测单元的中心空井中，即高光强光束未射入四块光伏板的任意一块。因此当太阳光线平行于双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线方向入射时，四块光伏板接收到的太阳光强对称均匀分布，四块光伏板接收到的光能相等，跟踪太阳式光纤导光系统的驱动系统处于关闭状态。

如图8所示，太阳光线当太阳光线平行于双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)的法线方向入射时，即太阳光线垂直于菲涅尔透镜33入射时，入射阳光光线经过菲涅尔透镜汇聚聚焦后，射入菲涅尔透镜焦点后的小透镜，光线经过小透镜作用平行射出，平行光线相对光纤接收端垂直射入光纤(软棒)。以光纤(软棒)的侧壁面作为光密介质与光疏介质的分界面，垂直于光纤接收端、平行于光纤侧壁面射入的光线，形成在光纤(光密介质)内光线的90°的最大入射角，可以使得光线在光纤内最充分地全反射传导；同时由于光线初始入射角为平行光纤(软棒)的侧壁面，相对于光线初始入射角与光纤侧壁面成某一锐角时的情况更具有适应光纤(软棒)的弯曲性，即在光纤(软棒)弯曲处的光线入射角也相对偏大，更有利于全反射式传导。

如图7所示，当太阳光线与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)成小角度偏差时，跟踪太阳式光纤导光系统进行精调跟踪太阳。此时太阳入射光线例如图7所示，光伏板4与光伏板5接收到的太阳直射光的光线分布不均匀，表现为光伏板5一部分接收到太阳光的直射光，一部分接收到经过半透半反镜10透射的太阳光，光伏板4受到平面镜9的遮挡，处在平面镜9遮挡阳光形成的暗影区内，故接收到太阳直射光较少，即使有接收到少量的太阳直射光，也是入射角相对光伏板5偏大的入射光，并且这些光线全部经过半透半反镜透射10，光强大大减弱；经过凸透镜6与凸透镜7汇聚的高光强光束经由平面镜8与平面镜9的反射，延伸了高光强光束的光程，同时将经过凸透镜6与凸透镜7汇聚的高光强平行光束的小角度偏移通过光程延伸后，转化为投射到光伏板上的高光强光斑大位移偏移，因此高光强光斑偏向光伏板5投射；因此在太阳光入射小角度偏差的情况下，传感器单元的光伏板接收到的太阳光强分布明显不均匀，光伏板接收光能也会产生较大差异，产生较为明显差异的电压信号，输入给控制器单元15，从而触发驱动器开关进入开通状态，跟踪太阳式光纤导光系统进入精调校准跟踪太阳状态，直至双自由度光伏板11正对太阳时，驱动系统进入关闭及休眠状态。

如图9所示，当太阳光线与双自由度承载框11(示例为菲涅尔透镜33)成小角度偏差时，经菲涅尔透镜33汇聚后的光线形成的光斑落在菲涅尔透镜焦点后的的小凸透镜34上，光斑相对小凸透镜34的光心向一侧偏离，经小凸透镜34作用后的光线向光斑偏离小凸透镜34光心的反向偏折，起到太阳入射光线入射角小角度偏差时的修正效果，将光线射入光纤36，即在太阳光小角度偏差入射时，光纤36依然可以接收到相对汇聚的光线，从而实现太阳光光线入射角小角度偏差时，以及传感器单元在进行入射阳光小角度偏差的精调跟踪过程，光纤36可持续接收到汇聚的光线，持续导光、放光。

为实现本系统的灵敏快速跟踪太阳，以及系统的稳定性抗外力性，本系统的机械单元的支架系统为三臂式U型支架，三臂式U型支架包括第一臂支架、第二臂支架、第三臂支架。第一臂支架与第二臂支架分别通过轴承与双自由度承载框的横轴两端转轴连接，双自由度承载框通过两端的转轴及轴承装置在第一臂支架与第二臂支架上，实现在俯仰面自由度上的可调旋转。第三臂支架的根部与第一臂支架、第二臂支架的根部垂直，第三臂支架的臂端安装驱动单元，驱动单元控制双自由度承载框在俯仰自由度上旋转。

本发明的跟踪太阳式光纤导光系统，通过传感器单元1感测太阳光入射角偏角，将接受到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元15，控制器单元15通过比较输入的电压信号做出驱动器所需的开关指令，当控制器单元15输入给驱动器单元的开关指令为开通指令时，同时会输入给驱动器单元的步进电机转动方向的指令，通过第一驱动单元的步进电机14带动丝杆18，从而驱动螺纹滑块25的起降，实现驱动双自由度承载框11在俯仰自由度方向的旋转，从而调整双自由度承载框11在俯仰自由度方向指向太阳的角度；通过第二驱动单元的步进电机13的驱动，从而驱动与三臂式U型支架12固接的水平齿轮17，从而驱动三臂式U型支架12在水平面上进行旋转，调整双自由度承载框11在水平面自由度方向上指向太阳的角度。当双自由度承载框11所在平面的法线与太阳入射光线不平行时，即太阳入射光线相对双自由度承载框11的法线方向存在偏角时，太阳跟踪系统的控制器单元15接收到传感器单元1输入的电压偏差信号，控制器单元15将输入给驱动器单元开通指令，驱动器将调整双自由受光板11在水平面自由度方向上及俯仰自由度方向上向正对太阳的方向进行旋转，当双自由度承载框11正对太阳时，控制器单元15输入给驱动器单元关闭指令，驱动器单元的步进电机13或14进入停止运转、休眠状态。

为保证跟踪太阳式光纤导光系统的灵活光滑性能，设置了旋转轴连接端轴承连接，如图1所示太阳跟踪系统的示例结构，与步进电机13连接的蜗杆16的另一端通过轴承30与立板连接；固接三臂式U型支架的竖直轴28通过轴承26与底座29上固定板连接，通过轴承27与底座29的下固定板连接；步进电机14通过转轴及轴承23与三臂式U型支架12的垂直支架24连接，可以实现光滑适应系统角度调整，螺纹滑块25通过转轴及轴承22与双自由度承载框11连接，可以实现光滑适应系统角度调整；双自由受光板11通过转轴与安装在三臂式U型支架12水平臂两端的轴承21连接，可以实现双自由度承载框11光滑旋转。

为保证跟踪太阳式光纤导光系统的单向动力驱动，及阻止外力反向驱动，本发明的第一驱动单元通过步进电机14驱动丝杆18，丝杆18驱动螺纹滑块25，螺纹滑块25带动双自由承载框11实现其绕横轴两个转轴在俯仰面自由度上进行旋转定向；当双自由度承载框11及所承载的太阳能应用器件受到外界风力时，致使双自由度承载框11驱动螺纹滑块25具有沿丝杆所在的直线方向运动的趋势，螺纹滑块25对丝杆18施加沿丝杆18所在直线方向的压力，该压力与丝杆18螺纹几乎垂直，因此分解到沿丝杆18螺纹的力非常小，致使无法驱动丝杆18旋转，因此阻止了外界风力等外力反向驱动螺纹滑块25沿丝杆18滑动，实现了本发明的机械系统单向动力驱动，阻止外力反向驱动。当双自由度承载框11在俯仰自由度方向上调整完毕后，第一驱动单元的步进电机14停止转动，因此丝杆18停止转动，螺纹滑块25沿丝杆方向处于静止状态，由于本发明的机械系统第一驱动单元具有阻止外力反向驱动的功能，所以双自由度当步进电机14停止转动后，螺纹滑块25即刻进入锁定状态，因此双自由度承载框11随之进入俯仰自由度上的锁定状态。

为保证跟踪太阳式光纤导光系统的单向动力驱动，及阻止外力反向驱动，本发明的第二驱动单元通过步进电机13驱动蜗杆16，蜗杆16驱动大齿轮17，大齿轮17通过与其固接的转轴28驱动三臂式U型支架12，实现双自由度承载框11在水平面自由度上的旋转。当外界风力等外力作用在双自由度承载框11以及其承载的太阳能应用器件上时，双自由度承载框11会对三臂式U型支架12施加压力，致使三臂式U型支架12在水平面自由度上具有旋转的趋势，带动大齿轮17具有绕着竖直轴28旋转的趋势，因此大齿轮17对蜗杆16施加沿蜗杆所在直线方向上的力，该力在蜗杆螺纹方向上的分力较小，因此无法驱动蜗杆旋转，本发明的机械系统实现了第二驱动单元的动力单向驱动，阻止外力反向驱动。当双自由度承载框11在水平自由度方向上调整完毕后，第二驱动单元的步进电机13停止转动，因此蜗杆16停止转动，大齿轮17处于静止状态。由于本发明的机械系统的第二驱动单元具有阻止外力反向驱动的功能，所以当步进电机13停止转动后，大齿轮17即刻进入锁定状态，因此双自由度承载框11随之进入水平自由度上的锁定状态。

综上所述，本发明跟踪太阳式光纤导光系统及方法的创新点在于，跟踪太阳的传感器单元的灵敏度提升上：太阳光入射大角度偏差时，通过成对光伏板垂直角度装置，致使太阳光入射一侧光伏板的入射角远小于太阳光入射对侧光伏板的入射角，同时入射角较大一侧的光伏板受半透半反镜遮挡面较大，从在不改变光伏板原有物理感光灵敏度的前提下，明显改变了成对光伏板接收阳光光强的差异，因此提升了整个跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元的粗调状态的灵敏度；太阳光入射小角度偏差时，通过凸透镜系统将大面积入射阳光汇聚为高光强光束，应用光杠杆延伸高光强光束的光程，巧妙地将太阳光小角度偏差转化为高光强光束的投射到光伏板上的大位移偏移，使得四块光伏板不对称地接收高光强光束，致使一侧光伏板接收到高光强光束，而对侧光伏板又被遮挡片遮挡，这就使得接收到高光强光束的光伏板同时还能接收到太阳的直射光，而没有接收到高光强光束的光伏板同时又被遮挡片遮挡，以及被半透半反镜遮挡，这样就造成了，在太阳入射光小角度偏差时，成对的光伏板，一侧既能接收到太阳直射光同时还能接收到被凸透镜组汇聚的高光强光束，而对侧的光伏板处在平面镜和半透半反镜的阴影区内，在不改变光伏板的感光灵敏度的前提下，加大了太阳光入射小角度偏差时成对光伏板接收光强的巨大差异，提升了跟踪太阳式光纤导光系统的传感器单元的感光偏角的灵敏度，使得跟踪太阳式光纤导光系统在太阳光小角度偏差时能够灵敏地进行精调校准，完成跟踪太阳式光纤导光系统精准正对太阳。

本发明跟踪太阳式光纤导光系统及方法的创新点在于：在太阳光入射角小角度偏差时，光纤汇聚传导单元具有修正汇聚太阳光光线偏转的功能，通过双透镜的设计，使得经过菲涅尔透镜汇聚偏转的光线在经过小凸透镜作用后，汇聚光线会相对太阳光经过菲涅尔透镜时偏转方向的反向偏转，从而保证在太阳光入射角小角度偏差时及系统进行跟踪校准过程光纤可以持续接收到汇聚光线，汇聚光线的光斑持续落在光纤的接收端端面上，使得整个系统持续导光、出光。

本发明跟踪太阳式光纤导光系统及方法的创新点在于：本系统的机械单元的三臂式U型支架具有三角形结构的稳定效果；驱动单元运用丝杆及蜗杆，具有单向动力驱动，阻止外力反向驱动的功能，使得驱动系统稳定并且具有自锁功能；驱动单元应用蜗杆驱动大齿轮，使得系统调整更加精细。

本说明书所描述的特征、结构或特性及运用的方法及原理可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。所描述的功能元件也可以用相同功能的其他元件替代。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的更加充分的理解。然而，本领域的技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他的结构、方法、组件、元件及材料等，在其他情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、组件、元件及材料或者操作以避免模糊本发明的各个方面。

Claims (6)

1.一种跟踪太阳式光纤导光系统，包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元以及阳光汇聚传导单元，所述传感器单元以及阳光汇聚传导单元固定在双自由度承载框上，所述双自由度承载框为机械单元的一个组件，所述阳光汇聚传导单元的采光镜固定在双自由度承载框上，所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整机械单元的双自由度承载框组件进行跟踪太阳运动，使得所述的阳光汇聚传导单元的采光镜持续跟踪对准太阳，所述的采光镜汇聚阳光并通过镜筒传导至光纤，实现光纤导光；所述的传感器单元具有一粗调装置和精调装置，所述的粗调装置能够对太阳光入射角大角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动器单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度承载框进行粗调跟踪太阳；所述的精调装置能够对太阳光入射角小角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动器单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度承载框进行精调跟踪太阳；所述的粗调装置包含在精调装置中，所述的粗调装置全部组件为精调装置的部分组件，所述的传感器单元包括两组光强感测板，第一组光强感测板为第一光强感测面板与第二光强感测面板，第二组光强感测板为第三光强感测面板与第四光强感测面板；所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别布置在所述的双自由度承载框的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板平行于双自由度承载框横轴方向对称布置，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板成直角夹角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别与双自由度承载框成45°角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别布置在所述的双自由度承载框的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板平行于双自由度承载框纵轴方向布置，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板成直角夹角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别与双自由度承载框成45°角布置在双自由度承载框的受光面上，所述的第一光强感测面板、第二光强感测面板、第三光强感测面板及第四光强感测面板为四块全等的等腰梯形面板，所述的等腰梯形的下底底角大小为所述的第一光强感测面板的右侧腰线与第三光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第三光强感测面板的右侧腰线与第二光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第二光强感测面板的右侧腰线与第四光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第四光强感测面板的右侧腰线与第一光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，组成对面垂直的正四棱台光强感测单元；所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元与降低光强的滤镜片构成粗调装置，所述的粗调装置能够在太阳光入射角大角度偏差时至少一组光强感测板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两组光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，所述的两组光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第一自由度上进行旋转；所述的两组光强感测板中第二组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射大角度偏差的粗调跟踪；所述的精调装置应用光杠杆方式进行太阳精准跟踪，所述的光杠杆是将太阳光入射小角度偏差转化为汇聚高光强光束大位移偏转，所述的精调装置包括汇聚太阳光线的透镜组、反射光线的反射镜组、遮挡光线的遮挡片、降低光强的滤镜片及所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元，所述的精调装置的透镜组为两片凸透镜，所述的反射镜组为两块平面镜，所述的遮挡片为所述的两块平面镜中的一块平面镜，所述的滤镜片为半透半反镜，所述的两片凸透镜主光轴重合布置，所述的两片凸透镜的主光轴所在直线穿过所述的两块平面镜的第一块平面镜的几何中心，所述的第一块平面镜与所述的两片凸透镜的主光轴成45°夹角，所述的两块平面镜的第二块平面镜布置于所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元正上方，所述的两块平面镜的第二块平面镜与所述的两块平面镜的第一块平面镜平行，所述的两块平面镜的第二块平面镜与所述的两块平面镜的第一块平面镜的中心所在直线与所述的两片凸透镜的主光轴垂直，所述的遮挡片为所述的两块平面镜中的第二块平面镜，所述的半透半反镜布置于所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元正上方，所述的半透半反镜布置于所述的两块平面镜中的第二块平面镜的正下方。

2.如权利要求1所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其机械单元的特征在于，所述的双自由度承载框装置在一个驱动支架上，所述的驱动支架为三臂式U型支架，所述的三臂式U型支架包括第一臂支架、第二臂支架、第三臂支架，所述的第一臂支架与第二臂支架分别通过轴承与双自由度承载框的横轴两端转轴连接，所述的双自由度承载框通过两端的转轴及轴承装置在第一臂支架与第二臂支架上，实现在俯仰面自由度上的可调旋转，所述的第三臂支架的根部与第一臂支架、第二臂支架的根部垂直，所述的第三臂支架的臂端安装驱动单元，所述的驱动单元控制所述的双自由度承载框在俯仰自由度上旋转。

3.如权利要求1所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的驱动器单元包括第一驱动单元与第二驱动单元，所述的第一驱动单元由第一步进电机及丝杆构成主要元件，所述的第一步进电机安装在底座上，所述的底座通过转轴及轴承安装在三臂式U型支架的第三臂支架的臂端上，所述的丝杆一端与第一步进电机固接，丝杆上旋装螺纹滑块，所述的螺纹滑块通过转轴及轴承与双自由度承载框纵轴一端连接，所述的第一步进电机驱动所述的丝杆转动，所述的丝杆驱动所述的螺纹滑块上下移动，所述的螺纹滑块驱动所述的双自由度承载框绕着横轴两端的转轴旋转，实现所述的双自由度承载框在俯仰面自由度上的旋转；所述的第二驱动单元是由第二步进电机及蜗杆构成主要元件，所述的第二步进电机安装在跟踪太阳式光纤导光系统的底座上，所述的第二步进电机固接蜗杆一端，所述的蜗杆另一端通过轴承与机械系统底座上的支架连接，所述的蜗杆通过驱动大齿轮驱动与大齿轮连接的竖直转轴，所述的竖直转轴与所述的大齿轮及所述的三臂式U型支架固接，所述的竖直转轴通过两个轴承分别与机械系统的底座的上、下盖板连接，所述的第二步进电机驱动蜗杆，所述的蜗杆驱动大齿轮旋转，从而驱动所述的竖直轴及所述的三臂式U型支架旋转，实现所述的三臂式U型支架及所述的双自由度承载框在水平面自由度上的旋转。

4.如权利要求3所述的一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的驱动单元具有动力单向驱动、终态自锁功能，所述的驱动单元的动力单向驱动，包括所述的第一驱动单元的第一步进电机驱动丝杆，丝杆驱动螺纹滑块，而螺纹滑块无法驱动丝杆的单向驱动；所述的驱动单元的动力单向驱动，包括所述的第二驱动单元的第二步进电机驱动蜗杆，蜗杆驱动通过所述的竖直轴与所述的三臂式U型支架连接的所述的大齿轮，而所述的大齿轮无法驱动所述的蜗杆，在太阳跟踪系统及太阳能应用装置完成太阳跟踪时，所述的双自由度承载框位置进入暂时性锁定状态，直至所述的驱动单元再次驱动，所述的锁定状态是指在外界风力等作用下所述的驱动单元能够保持双自由度承载框的稳定状态，保持所述的太阳跟踪系统在外界风力等作用下，稳定跟踪太阳。

5.如权利要求1所述一种跟踪太阳式光纤导光系统，其特征在于，所述的阳光汇聚传导单元包括菲涅尔透镜、凸透镜、镜筒及光纤，所述的菲涅尔透镜用于采收、汇聚太阳入射光，所述的凸透镜用于将经所述的菲涅尔透镜聚焦的光线平行射出，使得光线相对光纤端面小角度导入光纤，并在太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线的偏转，使得汇聚光斑始终落在光纤接收端面内，所述的镜筒用于固定所述的凸透镜及所述的光纤。

6.一种跟踪太阳式光纤导光系统中的光纤能够持续接收到汇聚光线并将其传导的方法，包括传感器单元跟踪太阳的粗调步骤与精调步骤相结合方法以及阳光汇聚传导单元对太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线偏转的方法，所述的粗调步骤应用于太阳光入射大角度偏差时，至少一组光强感测板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，两组所述的光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，两组所述的光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制双自由度承载框在第一自由度上进行旋转，两组所述的光强感测板中第二组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射大角度偏差时的粗调跟踪；所述的精调步骤应用于太阳光入射小角度偏差时，所述的传感器单元的透镜组汇聚高光强光束，经由反射镜组反射，延伸高光强光束的光程，将太阳光入射角的小角度偏差转化为所述的高光强光束射在所述的光强感测面板上的光斑大位移偏移，形成光杠杆，两组所述的光强感测板中至少一组光强感测板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两块光强感测面板中一块接收到所述的高光强光束，另一块被遮挡片遮挡，所述的两块光强感测面板接收到的光强信号存在差异，两组所述的光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，两组所述的光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第一自由度上进行旋转，两组所述的光强感测板中第二组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度承载框在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射小角度偏差的精调跟踪；所述的阳光汇聚传导单元对太阳光入射小角度偏差时修正汇聚光线偏转的方法，当太阳光垂直于菲涅尔透镜入射时，所述的菲涅尔透镜将入射阳光进行汇聚，汇聚光线的光斑相对凸透镜的光心均匀分布，经所述的凸透镜后光线平行射出，以垂直于光纤导棒的端面入射，最大限度地减小入射光线进入光纤的入射角，实现光线在光纤内长距离全反射，当太阳光相对所述的菲涅尔透镜面的法线小角度偏差入射时，经所述的菲涅尔透镜汇聚后的光线在所述的凸透镜上形成的光斑相对所述的凸透镜光心偏离，经所述的凸透镜作用后的光线向所述的光斑偏离所述的凸透镜光心的反向偏折，将光线射入所述的光纤，即在太阳光小角度偏差入射时，所述光纤依然可以接收到相对汇聚的光线，从而实现所述的传感器单元在进行入射阳光小角度偏差的精调跟踪过程，光纤持续接收到汇聚的光线。