CN1092321C - 简化的全自动跟踪太阳的采光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种简化的全自动跟踪太阳的采光装置，由聚光采光器及其支架、驱动聚光采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器组成，其中光敏探测器做成一个整体，由一个聚光元件，四组光敏元件，光导纤维束及内套、外套组成。本发明设计巧妙合理，结构简单紧凑，调节方便，跟踪精度高，成本经济，便于推广应用。

Description

简化的全自动跟踪太阳的采光装置
本发明涉及太阳光的采集装置，尤其是一种可以跟踪太阳的采光装置，属于太阳能利用技术领域。
太阳光是取之不尽、用之不竭的自然光源。科学研究证实，在没有自然光线的情况下，人的工作效率会大大降低。因此，经济、有效地采集太阳光，用于照明工作、生活场所，不仅可以节约能源，而且有益于人们的健康。此外，用采集的太阳光照明弹药库等有特殊要求的场所，既经济，又安全。
根据有关资料查阅及专利文献检索可知，现有跟踪太阳的采光装置通常由聚光采光器、驱动聚光采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器组成。这些现有的采光装置的光敏探测器大多结构过于简单，跟踪精度较差，亦有一部分光电探测器结构复杂、价值昂贵；机械传动装置运行不够可靠，成本较高，整个装置不适合我国国情，因此难以工业化生产，根本无法在我国推广应用。例如专利申请号为95107312.5、申请日为95年5月30日、名称为《太阳光采光装置及控制该太阳光采光装置的太阳光采光控制装置》即是如此。
本发明的目的在于：针对上述现有跟踪太阳的采光装置普遍存在的问题，提出一种简化的全自动跟踪太阳的采光装置，该装置应当跟踪精度高，结构简单，经济合理，便于推广。
为了达到上述目的，本发明简化的全自动跟踪太阳的采光装置由聚光采光器及其支架、驱动聚光采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器组成，其中光敏探测器作成一个整体，由一个聚光元件，四组光敏元件，光导纤维束及内套、外套组成，内套下段悬空位于外套中间，可在外套中自由调整位置。聚光元件固定于内套的上端，四组光敏元件位于内套下端，分别与对应的光导纤维束输出端耦合，光导纤维束输入端分别安装在聚光元件的会聚光斑覆盖面的四个方位及内套上侧四个方位。通过调整光敏探测器外套中内套的方向位置，使聚光元件的会聚光斑落于光斑覆盖面的中心，此时聚光采光器的太阳会聚光正好聚焦在采光器光轴上的采光头接收端。
这种光敏探测器与以往大、小范围光敏探测器相分离，大范围探测器直接采用光敏元件分布各方位接收信号相比，不仅大、小范围探测器成为一整体使结构变得紧凑，而且均采用光纤作为感光敏感元件，避免了大范围光敏元件分布各方位受阳光信号的干扰，提高了跟踪精度，节省了大量光敏元件，从而也使体积更为小巧，整个探测装置结构简化，巧妙合理，调节方便。同时由于机械传动装置传动线路精练，因而运动环节简捷，便于推广应用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1中光敏探测器的结构示意图。
图3是本发明实施例1的结构示意图。
图4是图3的局部俯视图。
图5是图1中聚光采光器采光头的结构示意图。
图6是图3实施例中的光信号反馈处理电路图。
图7是本发明实施例二的装配示意图。
实施例一
该实施例具体结构如图1和图3所示：1是主轴，2、3是拨板，4是弹簧张力器，5是辅轴可逆电机，6是弓形支架座，7、8是钢丝绳，9是采光器的托座，10是辅轴，11是聚光采光器，12是主轴可逆电机，13是底架座，14、15是滑轮组，16、17是弹簧。
该实施例中简化的全自动跟踪太阳的采光装置由聚光采光器11及其支架28、驱动聚光采光器运动的机械传动装置以及图6示出的光信号反馈处理电路、图2示出的向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器组成。
向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器做成一个整体，如图2所示，由聚光透镜18，四个光敏元件19-22，四组光导纤维束及金属内套23、外套24组成。聚光透镜18固定于内套23的上端，四组光敏元件19-22位于内套23下端，金属内套23下侧外表面开有螺旋槽23-1，金属外套24装有两层螺钉24-1，螺钉24-1支在内套23下侧的螺旋槽23-1中，这样内套23可在外套24中自由调整位置。四组光导纤维束的输入端各分成两支，分别为接收太阳入射光线相对聚光采光器光轴的大、小角度偏差信号。其中一支输入端接收直接照射在内套23上侧的太阳光信号，安装在内套23上侧周围的四个方位，每个方位的光导纤维分为上、中、下三组，每组含有三根光缆；另一支输入端接收聚光透镜的会聚光信号，排列安装在聚光透镜的光斑覆盖面四个方位。四组光导纤维束的输出端分别与对应四个方位的光敏元件19-22耦合。整个光敏探测器既可与采光头连成一体，安装于聚光采光器的光轴上(如图1所示)，又可单独安装在聚光采光器四周任意方位，保持光敏探测器的中心轴线与聚光采光器光轴平行。
本实施例的机械传动装置如图3所示，其中主轴1、主轴可逆电机12、主轴减速机构均安装于底架座13上，辅轴10与托座9固连，并铰支于弓形支架座6上，托座9与聚光采光器11固连，弓形支架座6与主轴1固连，辅轴可逆电机5安装于弓形支架座6上，可逆电机12、5分别通过其减速机构驱动主轴1、辅轴10。辅轴减速机构由拨板3、滑轮组15、钢丝绳8组成。滑轮组15的六个滑轮沿拨板3布置安装，拨板3与托座9固连，缠绕在辅轴电机5输出轴轴套上的钢丝绳8沿滑轮两端分别与聚光采光器11固连，可逆电机5通过钢丝绳8牵引，使聚光采光器11绕辅轴10轴线转动。主轴减速机构由拨板2、滑轮组14、钢丝绳7组成，拨板2与主轴1固连，滑轮组14的每个滑轮沿拨板2布置安装，缠绕在主轴可逆电机12输出轴轴套上的钢丝绳7沿滑轮两端分别与拨板2两端固连(参见图4)。主轴可逆电机12通过钢丝绳7牵引拨板2绕主轴1轴线转动，从而带动主轴1转动。为了使钢丝绳始终处于绷紧状态，在主、辅轴减速机构中均配有弹簧张力器和弹簧。聚光采光器11在与辅轴驱动机构一起随主轴1运动的同时，还被辅轴驱动机构带动，从而作叠加运动。此外，上述减速机构也可以是齿轮、蜗杆、行星、谐波减速器中一种。
上述实施例聚光采光器11光轴聚焦处的采光头的结构如图5所示，该采光头由固定在聚光采光器11光轴聚焦位置附近的隔热玻璃片11-1、具有放大锥形端面的聚合物传光纤维束11-2组成，该图中28是支架。
控制聚光采光器东西向、南北向转动的光信号反馈处理电路如图6所示，由光信号接收转换电路A、信号比较放大电路B、继电器驱动电路C、电机驱动电路D、限位电路E组成。以东西向为例，光信号接收转换电路A的核心元件为两只光敏二极管n1、n2，其输出端与信号比较放大电路B的输入端相连。与以往信号比较放大电路不同的是，本实施例采用模拟信号比较放大电路B，该电路主要由两只并联的运算放大器A1、A2和两只三极管N3、N4组成，该电路的输出端接继电器驱动电路C的输入端。各继电器的触点位于电机驱动电路D中。由于采用了模拟信号比较放大电路，因此本实施例的光信号反馈处理电路在保证控制性能不变的情况下，比以往更简练，从而对降低全自动跟踪太阳的采光装置制造成本亦具有积极意义。
本实施例全自动跟踪太阳的采光装置安装时，主轴1呈立式放置。太阳光经聚光采光器11反射到位于其焦点附近的采光头，再经光导纤维束11-2传输至需要照明处。当太阳入射光线与聚光采光器11的光轴出现大角度偏差时，光敏探测器的聚光透镜18的会聚光斑落在探测小角度偏差的光纤束输入端探测范围外，在此情况下，受太阳直接照射的，至少一个方位，最多两个方位的探测大角度偏差的光纤束输入端必定接受到信号，即光信号接收转换电路A中总有一到两只光敏二极管感光，进而经过光信号反馈处理电路控制图3中的主轴电机12或辅轴电机5转动，并通过机械传动装置带动聚光采光器11旋转，直到太阳光与聚光采器11的光轴偏差角度减小，聚光透镜18的会聚光斑进入探测小角度偏差的光纤束输入端探测范围内，此时光信号反馈处理电路根据输入端区域内的光斑信号继续控制机械传动装置运动，直到聚光采光器的光轴与太阳光线平行为止，从而实现太阳光的自动、精确跟踪采集。
实施例二
本实施例如图7所示，与实施例一相比，其主要区别在于减速机构不同。该减速机构主要由主轴蜗轮24’和蜗杆25’、辅轴蜗轮26’和蜗杆27’组成。主轴1由主轴可逆电机12(图中未示出)通过主轴蜗轮24’和蜗杆25’驱动。包括辅轴可逆电机5、辅轴蜗轮26’和蜗杆27’在内的辅轴驱动机构全部安装在弓形支架6上，辅轴驱动机构在随主轴1转动时，辅轴可逆电机5通过辅轴蜗轮26’和蜗杆27’驱动辅轴10转动。此外为增加采光器运动的稳定性，在采光器上装有配重用弹簧29’。
除了上述实施例外，本发明还有许多其他实施方式，例如驱动聚光采光器运动的机械传动装置不是位于聚光采光器的正下方，而是位于聚光采光器的一侧；整个装置不是呈立式安放，而呈卧式安放，即主轴1呈水平状态，等等。这类等同替换或等效变换形成的技术方案均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种简化的全自动跟踪太阳的采光装置，由聚光采光器(11)及其支架(28)、驱动聚光采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器组成，其特征在于：所述光敏探测器做成一个整体，由聚光元件(18)、四组光敏元件(19-22)、光导纤维束及内套(23)、外套(24)构成，所述内套(23)下段悬空位于外套(24)中间，其位置可在外套(24)中自由调整，所述聚光元件(18)固定于内套(23)的上端，所述四组光敏元件(19-22)位于内套(23)下端，分别与对应的光导纤维束输出端耦合，所述光导纤维束输入端分别安装在聚光元件(18)的会聚光斑覆盖面的四个方位及内套(23)上侧四个方位。
2.一种如权利要求1所述的简化的全自动跟踪太阳的采光装置，其特征在于：所述机械传动装置含有主轴机构和辅轴机构，所述主轴机构由主轴(1)、主轴可逆电机(12)、主轴减速机构组成，所述辅轴机构由辅轴(10)、辅轴可逆电机(5)、辅轴减速机构组成，所述主轴(1)、主轴可逆电机(12)、主轴减速机构均安装于底架座(13)上，所述辅轴可逆电机(5)、辅轴减速机构均安装于弓形支架座(6)上，所述辅轴(10)与托座(9)固连，并铰支于弓形支架座(6)上，托座(9)与聚光采光器(11)固连，弓形支架座(6)与主轴(1)固连，两可逆电机(12，5)分别通过其减速机构驱动主轴(1)、辅轴(10)。
3.一种如权利要求2所述的简化的全自动跟踪太阳的采光装置，其特征在于：所述减速机构由两套拨板(2、3)、滑轮组(14、15)、钢丝绳(7、8)组成，滑轮组(14、15)的滑轮沿拨板(2、3)布置安装，其中一套拨板(3)与托座(9)固连，另一套拨板(2)与主轴(1)固连，缠绕在主轴可逆电机(12)输出轴轴套上的钢丝绳(7)沿滑轮两端分别与拨板(2)固连，缠绕在辅轴可逆电机(5)输出轴轴套上的钢丝绳(8)沿滑轮两端分别与聚光采光器(11)固连，主轴可逆电机(12)通过钢丝绳(7)牵引拨板(2)，辅轴可逆电机(5)通过钢丝绳(8)牵引聚光采光器(11)。
4.一种如权利要求2所述的简化的全自动跟踪太阳的采光装置，其特征在于：所述减速机构为齿轮、蜗杆、行星、谐波减速器中一种。
5.一种如权利要求1所述的简化的全自动跟踪太阳的采光装置，其特征在于：所述聚光采光器(11)的光轴聚焦位置附近固定有由隔热玻璃片(11-1)、具有放大的锥形端面的聚合物光纤束(11-2)组成的采光头。
6.一种如权利要求1所述的简化的全自动跟踪太阳的采光装置，其特征在于：所述光信号反馈处理电路由光信号接收转换电路(A)、模拟信号比较放大电路(B)、继电器驱动电路(C)、电机驱动电路(D)、限位电路(E)组成，其中光信号接收转换电路(A)的输出端与模拟信号比较放大电路(B)的输入端相连，模拟信号比较放大电路(B)的输出端接继电器驱动电路(C)的输入端，各继电器的触点位于电机驱动电路(D)中。
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