CN110031432B - 一种定日镜反射率的测量方法及装置 - Google Patents

一种定日镜反射率的测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定日镜反射率的测量方法及装置。该方法包括S1：通过第一定日镜和第二定日镜平行放置构建光腔；S2：在光腔的第一定日镜侧接收光束，光束透过第一定日镜在第一定日镜和第二定日镜之间来回振荡，并在光腔的第二定日镜侧输出振荡光束；S3：测量振荡光束的光谱，得到振荡光谱信号；S4：根据振荡光谱信号的光强数据，计算获取衰荡比例，并根据衰荡比例计算获取所需测量的反射率。由于该方法通过测量光的强度的衰荡比例实现对定日镜反射率的测量，因此对光源稳定性无要求，无需进行额外的标定工作，本发明具有反射率测量精准、快速、直接、对光源无依赖的技术特点。

Description

一种定日镜反射率的测量方法及装置
技术领域
本发明属于塔式太阳能光热电站技术领域，尤其涉及一种定日镜反射率的测量方法及装置。
背景技术
随着经济的发展，化石燃料日益枯竭，环境污染日益加重，能源问题逐步被人们重视，同时由于国际关系的日益复杂化，能源安全也成为了隐约存在的问题之一。太阳能作为新能源的一种，近年来日益得到国家的重视，太阳能光热发电由于出力稳定可调控可储能等原因，被认为是最具潜力的发电方式之一。图3为塔式太阳能热发电系统的结构简图，其基本形式是通过太阳能将工质加热，工质将热量储存起来，同时将水工质加热成蒸汽，推动汽轮机做功发电。
定日镜作为塔式太阳能电站重要的组成部分，其反射率大小直接影响到太阳能的利用率和电站设计以及建设工作，在某些情况下甚至还会影响太阳能电站的施工和运行安全，因此，准确测量定日镜反射率，对太阳能电站的设计和安全运行具有极其重要的意义。
目前定日镜反射率的测量主要是采用同一光源对标准镜和待测镜进行照射，并用相机进行拍摄，通过对比图像灰度从而获得反射率。这种方法严重依赖光源，要求拍摄过程中光源的原始强度始终保持一致，而目前光源由于实际的使用制作带来的影响，不同时刻其原始强度可能不同，这就会导致定日镜反射率测量的偏差，并最终影响到整个太阳能电站的设计和运行。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种定日镜反射率的测量方法及装置，具有反射率测量精准、快速、直接、对光源无依赖的技术特点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种定日镜反射率的测量方法，包括以下步骤：
S1：通过第一定日镜和第二定日镜平行放置构建光腔；
S2：在所述光腔的所述第一定日镜侧接收光束，所述光束透过所述第一定日镜在所述第一定日镜和所述第二定日镜之间来回振荡，并在所述光腔的所述第二定日镜侧输出振荡光束；
S3：测量所述振荡光束的光谱，得到振荡光谱信号；
S4：根据所述振荡光谱信号的光强数据，计算获取衰荡比例，并根据所述衰荡比例计算获取所需测量的反射率。
根据本发明一实施例，所述步骤S1与所述步骤S2之间还包括以下步骤：
对向所述第一定日镜发射的所述光束的直径进行扩大，以实现所述光束覆盖整面所述第一定日镜。
根据本发明一实施例，所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括以下步骤：
对所述振荡光束的直径进行缩小，以实现整面所述第二定日镜的所述振荡光束测量。
根据本发明一实施例，所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜，或者所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜。
根据本发明一实施例，所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜时，所述步骤S4具体包括以下步骤：
A1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡系数τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；
A2：默认所述第一定日镜的反射率a1λ和所述第二定日镜的反射率a2λ相等，即a1λ＝a2λ＝aλ，根据公式τλ＝aλ 2，计算得到所需测量的反射率
Figure BDA0002019018870000031
根据本发明一实施例，所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜时，所述步骤S4具体包括以下步骤：
B1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡系数τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；
B2：根据公式τλ＝aλ·a1λ，计算得到所需测量的反射率aλ＝τλ/a1λ，其中，所述aλ为待测件的反射率，所述a1λ为标准件的反射率。
一种定日镜反射率的测量装置，包括：脉冲光源、扩束模块、光腔、缩束模块、光谱接收模块、数据处理模块；
所述扩束模块用于对所述脉冲光源发出的原光束的直径进行扩大，输出扩束光束；
所述光腔包括互相平行设置的第一定日镜和第二定日镜，所述光腔用于光束的来回振荡，其中，所述光腔在所述第一定日镜侧接收所述扩束光束，所述扩束光束透过所述第一定日镜在所述第一定日镜和所述第二定日镜之间来回振荡，并在所述第二定日镜侧输出振荡光束，其中，所述扩束光束覆盖所述第一定日镜；
所述缩束模块用于接收所述振荡光束，并对所述振荡光束的直径进行缩小，输出缩束光束；
所述光谱接收模块用于对所述缩束光束进行光谱测量，获取振荡光谱信号；
所述数据处理模块用于根据所述振荡光谱信号的光强数据计算得到衰荡比例，并根据所述衰荡比例计算得到所需测量的反射率。
根据本发明一实施例，所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜，或者所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜。
根据本发明一实施例，所述数据处理模块具体用于采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡比例，并根据所述衰荡比例计算得到所需测量的反射率。
根据本发明一实施例，所述扩束模块和所述缩束模块均为准直透镜组，所述准直透镜组至少包括两个准直透镜。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
(1)本发明通过测量光强度的衰荡比例从而求得定日镜的反射率，由于测量的是光的绝对强度的比值数据，故而对光源稳定性无要求，无需进行额外的标定工作，即光源不稳定不会影响到反射率的测量，达到了反射率测量精准、快速、直接、对光源无依赖的技术效果；
(2)本发明通过对光束进行扩大和缩小，使光束能覆盖整个第一定日镜的反射面，同时也能接收整个第二定日镜的透过的光束，从而实现定日镜整面反射率的测量，达到测量高效的技术效果；
(3)本发明可通过一标准镜和一待测镜构成光腔，或者两待测镜构成光腔进行待测镜的反射率测量，达到适用范围广、测量灵活的技术效果。
附图说明
图1为本发明的一种定日镜反射率的测量方法的流程示意图；
图2为本发明的一种定日镜反射率的测量装置的光路结构示意图；
图3为塔式太阳能光热电站的原理示意图。
附图标记：
1：脉冲光源；2：扩束模块；3：第一定日镜；4：第二定日镜；5：缩束模块；6：光谱接收模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种定日镜反射率的测量方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1，本实施例提供一种定日镜反射率的测量方法，包括以下步骤：
S1：通过第一定日镜和第二定日镜平行放置构建光腔；
S2：在光腔的第一定日镜侧接收光束，光束透过第一定日镜在第一定日镜和第二定日镜之间来回振荡，并在光腔的第二定日镜侧输出振荡光束；
S3：测量振荡光束的光谱，得到振荡光谱信号；
S4：根据振荡光谱信号的光强数据，计算获取衰荡比例，并根据衰荡比例计算获取所需测量的反射率。
现具体对本实施进行详细说明：
具体地，向第一定日镜发射的光束可以为单色光或者复合光，光束为复合光时，进行计算衰荡比例的光强数据可以为振荡光谱信号中任意一波长λ的光强数据，从而可计算得到定日镜对不同波长光线的反射率。
较优地，参看图1，步骤S1与步骤S2之间还包括以下步骤：对向第一定日镜发射的光束的直径进行扩大，以实现光束覆盖整面第一定日镜。
较优地，参看图1，步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：对振荡光束的直径进行缩小，以实现整面第二定日镜的振荡光束测量。
本实施例通过对光束进行扩大和缩小，使光束能覆盖整个第一定日镜的反射面，同时也能接收整个第二定日镜的透过的光束，从而实现定日镜整面反射率的测量，达到测量高效的技术效果。
同样地，若本实施例只需测量定日镜局部的反射率，而不是整面的反射率，可通过对光束的扩大和缩小以及光束中心位置的调整，从而调整第一定日镜接收光束的位置和面积，以实现定日镜局部的反射率测量。
具体地，第一定日镜为待测镜且第二定日镜为标准镜，或者第一定日镜为标准镜且第二定日镜为待测镜，或者第一定日镜和第二定日镜均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜。
具体地，第一定日镜和第二定日镜均为待测镜时，步骤S4具体包括以下步骤：
A1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的光强数据进行拟合，得到衰荡系数τλ，其中，I为振荡光束的光强，b为常数项；
A2：默认第一定日镜的反射率a1λ和第二定日镜的反射率a2λ相等，即a1λ＝a2λ＝aλ，根据公式τλ＝aλ 2，计算得到所需测量的反射率
Figure BDA0002019018870000061
具体地，第一定日镜为待测镜且第二定日镜为标准镜，或者第一定日镜为标准镜且第二定日镜为待测镜时，步骤S4具体包括以下步骤：
B1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的光强数据进行拟合，得到衰荡系数τλ，其中，I为振荡光束的光强，b为常数项；
B2：根据公式τλ＝aλ·a1λ，计算得到所需测量的反射率aλ＝τλ/a1λ，其中，aλ为待测件的反射率，a1λ为标准件的反射率。
本实施例可通过一标准镜和一待测镜构成光腔，或者两待测镜构成光腔进行待测镜的反射率测量，达到适用范围广、测量灵活的技术效果。
现结合原理对本实施进行说明：
假设第一次接收到的波长为λ光线的光强强度为I0。若第一定日镜和第二定日镜均为待测镜，且第一定日镜和第二定日镜为反射率相同或近似的定日镜，可以取为同一批次生产的定日镜，第一定日镜对λ波长光线反射率记为a1λ，第二定日镜对λ波长光线反射率记为a2λ，默认取a1λ＝a2λ＝aλ；若第一定日镜和第二定日镜中一个定日镜为待测镜，另一个定日镜为标准镜，标准镜对λ波长光线反射率记为a1λ，待测镜对λ波长光线反射率记为aλ。
1)第一定日镜和第二定日镜均为待测镜时：
经第二定日镜第一次反射到第一定日镜的光强为：I0λ·aλ/(1-aλ)；
接收到的第二次透射光强为：
Figure BDA0002019018870000071
可以得到第n次接收到的透射光光强为In-1,λ＝I0λ·aλ 2(n-1)；
采用最小二乘法并用公式I＝b·τλ n对所接收的光强数据进行拟合，从而得到第一定日镜和第二定日镜组成光腔下的光腔衰荡比例τλ，对比上述公式可知，τλ＝aλ 2，则
Figure BDA0002019018870000072
2)第一定日镜为待测镜且第二定日镜为标准镜，或者第一定日镜为标准镜且第二定日镜为待测镜时：
第一次接收到的光强强度为I0λ；
经过第二定日镜第一次反射回到第一定日镜的光强为I0λ·aλ/(1-aλ)；
接收到的第二次透射光强为I1λ＝I0λ·aλ/(1-aλ)·a1λ·(1-aλ)＝I0λ·aλ·a1λ；
可以得到第n-1次接收到的透射光光强为In-1,λ＝I0λ·(aλ·a1λ)n-1；
采用最小二乘法并用公式I＝b·τλ n对所接收的光强数据进行拟合，从而得到第一定日镜和第二定日镜组成光腔下的光腔衰荡比例τ，对比上述公式可知，τλ＝aλ·a1λ，则aλ＝τλ/a1λ。
本实施例通过测量光强度的衰荡比例从而求得定日镜的反射率，由于测量的是光的绝对强度的比值数据，故而对光源稳定性无要求，无需进行额外的标定工作，即光源不稳定不会影响到反射率的测量，达到了反射率测量精准、快速、直接、对光源无依赖的技术效果。
实施例2
参看图2，本实施例提供一种基于实施例1的定日镜反射率的测量装置，包括：脉冲光源1、扩束模块2、光腔、缩束模块5、光谱接收模块6、数据处理模块；
扩束模块2用于对脉冲光源1发出的原光束的直径进行扩大，输出扩束光束；
光腔包括互相平行设置的第一定日镜3和第二定日镜4，光腔用于光束的来回振荡，其中，光腔在第一定日镜3侧接收扩束光束，扩束光束透过第一定日镜3在第一定日镜3和第二定日镜4之间来回振荡，并在第二定日镜4侧输出振荡光束，其中，扩束光束覆盖第一定日镜3；
缩束模块5用于接收振荡光束，并对振荡光束的直径进行缩小，输出缩束光束；
光谱接收模块6用于对缩束光束进行光谱测量，获取振荡光谱信号；
数据处理模块用于根据振荡光谱信号的光强数据计算得到衰荡比例，并根据衰荡比例计算得到所需测量的反射率。
现具体对本实施例进行说明：
具体地，脉冲光源1发出的原光束可以为单色光或者复合光，光束为复合光时，进行计算衰荡比例的光强数据可以为振荡光谱信号中任意一波长λ的光强数据，从而可计算得到定日镜对不同波长光线的反射率。
具体地，扩束模块2和缩束模块5均为准直透镜组，准直透镜组至少包括两个准直透镜，其中，本实施例的两个准直透镜的焦距相差较大，可以为数十倍甚至数百倍，具体焦距的设定更实际所需测量定日镜的面积相关。
具体地，扩束模块2和缩束模块5分别对光束进行扩大和缩小，以实现整面定日镜的反射率的测量，同样地，若本实施例只需测量定日镜局部的反射率，而不是整面的反射率，可通过对光束的扩大和缩小以及光束中心位置的调整，从而调整第一定日镜3接收光束的位置和面积，以实现定日镜局部的反射率测量。
本实施例通过对光束进行扩大和缩小，使光束能覆盖整个第一定日镜3的反射面，同时也能接收整个第二定日镜4的透过的光束，从而实现定日镜整面反射率的测量，达到测量高效的技术效果。
具体地，本实施例对于定日镜整面反射率测量，脉冲光源1的光束中心、扩束模块2的准直透镜的中心、缩束模块5的准直透镜的中心以及第一定日镜3中心和第二定日镜4中心在同一条直线上，光束可对整块定日镜进行测量，光谱接收模块6可接收经过第二定日镜4的振荡光束的全部光谱信息。
具体地，第一定日镜3为待测镜且第二定日镜4为标准镜，或者第一定日镜3为标准镜且第二定日镜4为待测镜，或者第一定日镜3和第二定日镜4均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜。
本实施例可通过一标准镜和一待测镜构成光腔，或者两待测镜构成光腔进行待测镜的反射率测量，达到适用范围广、测量灵活的技术效果。
具体地，数据处理模块具体用于采用最小二乘法对接收的光强数据进行拟合，得到衰荡比例，并根据衰荡比例计算得到所需测量的反射率。
本实施例通过测量光强度的衰荡比例从而求得定日镜的反射率，由于测量的是光的绝对强度的比值数据，故而对光源稳定性无要求，无需进行额外的标定工作，即光源不稳定不会影响到反射率的测量，达到了反射率测量精准、快速、直接、对光源无依赖的技术效果。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种定日镜反射率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过第一定日镜和第二定日镜平行放置构建光腔；
S2：在所述光腔的所述第一定日镜侧接收光束，所述光束透过所述第一定日镜在所述第一定日镜和所述第二定日镜之间来回振荡，并在所述光腔的所述第二定日镜侧输出振荡光束；
S3：测量所述振荡光束的光谱，得到振荡光谱信号；
S4：根据所述振荡光谱信号的光强数据，计算获取衰荡比例，并根据所述衰荡比例计算获取所需测量的反射率；
所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜，或者所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜；
所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜时，所述步骤S4具体包括以下步骤：A1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡比例τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；A2：默认所述第一定日镜的反射率a1λ和所述第二定日镜的反射率a2λ相等，即a1λ＝a2λ＝aλ，根据公式τλ＝aλ 2，计算得到所需测量的反射率
Figure FDA0003389305060000011
所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜时，所述步骤S4具体包括以下步骤：B1：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡比例τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；B2：根据公式τλ＝aλ·a1λ，计算得到所需测量的反射率aλ＝τλ/a1λ，其中，所述aλ为待测件的反射率，所述a1λ为标准件的反射率。
2.根据权利要求1所述的定日镜反射率的测量方法，其特征在于，所述步骤S1与所述步骤S2之间还包括以下步骤：
对向所述第一定日镜发射的所述光束的直径进行扩大，以实现所述光束覆盖整面所述第一定日镜。
3.根据权利要求2所述的定日镜反射率的测量方法，其特征在于，所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括以下步骤：
对所述振荡光束的直径进行缩小，以实现整面所述第二定日镜的所述振荡光束测量。
4.一种定日镜反射率的测量装置，其特征在于，包括：脉冲光源、扩束模块、光腔、缩束模块、光谱接收模块、数据处理模块；
所述扩束模块用于对所述脉冲光源发出的原光束的直径进行扩大，输出扩束光束；
所述光腔包括互相平行设置的第一定日镜和第二定日镜，所述光腔用于光束的来回振荡，其中，所述光腔在所述第一定日镜侧接收所述扩束光束，所述扩束光束透过所述第一定日镜在所述第一定日镜和所述第二定日镜之间来回振荡，并在所述第二定日镜侧输出振荡光束，其中，所述扩束光束覆盖所述第一定日镜；
所述缩束模块用于接收所述振荡光束，并对所述振荡光束的直径进行缩小，输出缩束光束；
所述光谱接收模块用于对所述缩束光束进行光谱测量，获取振荡光谱信号；
所述数据处理模块用于根据所述振荡光谱信号的光强数据计算得到衰荡比例，并根据所述衰荡比例计算得到所需测量的反射率；
所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜，或者所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜，其中，待测镜为反射率未知的定日镜，标准镜为反射率已知的定日镜；
所述第一定日镜和所述第二定日镜均为待测镜时，所述数据处理模块具体用于：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡比例τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；默认所述第一定日镜的反射率a1λ和所述第二定日镜的反射率a2λ相等，即a1λ＝a2λ＝aλ，根据公式τλ＝aλ 2，计算得到所需测量的反射率
Figure FDA0003389305060000031
所述第一定日镜为待测镜且所述第二定日镜为标准镜，或者所述第一定日镜为标准镜且所述第二定日镜为待测镜时，所述数据处理模块具体用于：根据光腔衰荡公式I＝b·τλ n，采用最小二乘法对接收的所述光强数据进行拟合，得到所述衰荡比例τλ，其中，I为所述振荡光束的光强，b为常数项；根据公式τλ＝aλ·a1λ，计算得到所需测量的反射率aλ＝τλ/a1λ，其中，所述aλ为待测件的反射率，所述a1λ为标准件的反射率。
5.根据权利要求4所述的定日镜反射率的测量装置，其特征在于，所述扩束模块和所述缩束模块均为准直透镜组，所述准直透镜组至少包括两个准直透镜。
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