CN110131908B - 一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,主要涉及太阳能聚光装置参数检测领域。一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,包括调节座,所述调节座上设置角度调节杆和与角度调节杆相适应的角度驱动装置,所述角度调节杆远离调节座一端设置检测腔,所述检测腔包括左右相连的反射检测腔和测定腔,所述反射检测腔中部设置第一光感应板、第一光感应板处理器和第二光度计,所述测定腔内设置第二光感应板,所述检测腔前侧设置导光装置。本发明的有益效果在于:本发明能够较精确的检测镜面的性能参数,误差小,因为在室外使用,利用太阳光作对照参考意义更强;能对各种大小型镜面、曲面镜面或平面镜面进行检测,适用范围广。
Description
技术领域
本发明主要涉及太阳能聚光装置参数检测领域,具体是一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置。
背景技术
太阳能具有清洁、储量丰富等优点,符合节能环保的要求,是重要的可再生能源。现在太阳能聚光型光热发电装置以及光热利用装置已经越来越普遍。而太阳能资源较丰富的地理位置多具有空旷、多风沙等特点,聚光装置户外放置,灰尘的沉积在所难免。而且由于户外环境因素的影响,聚光装置本身性能也在逐渐变化,聚光装置性能的改变会影响光学性能,进而影响集热器的光热转换性能。因此对聚光镜面性能参数的检测和变化的表征具有重要意义。
目前,太阳能光热利用行业中聚光装置主要包括槽式、碟式、线性菲涅尔式和塔式四种,其中槽式和碟式的聚光镜是曲面型的,塔式和线性菲涅尔式的聚光镜是平面的,且规模化使用时数量庞大。
镜面反射率是聚光镜面性能参数的重要表征,现有的检测镜面反射率的方法主要有单次反射法、多次反射法和光腔衰荡法:(1)、单次反射法的原理是用反射光强度B与入射光强度A的比值来表示反射率的大小,中国专利申请号201810344879.X的发明专利“便携式激光反射率测量装置”应用了单次反射法,通过激光器发射出光线打在镜面上,然后反射光线通过积分球照射在光电探测器上,将光信号转换成电信号,以便读出反射光线的强度;(2)、多次反射法是利用入射光线对被测元件发射一束光,然后被测元件对入射光线进行n次反射,再对反射光线强度与入射光线强度的比值开n次方根,得到相对反射率,该方法较单次反射法精确度稍高,但受光源功率稳定性影响较大;(3)、光腔衰荡技术是目前精确测量反射率的主要方法之一,中国专利申请号201110097943.7的发明专利“一种监测高反射光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法”应用了光腔衰荡技术,将辐照激光束聚焦到待测光学元件表面探测激光束位置,不断增加辐照激光能量密度或辐照时间或辐照脉冲次数,同时记录不同条件下探测激光束衰荡时间,从而可得到不同条件下待测高反射光学元件反射率实时变化情况,该方法所要求的仪器标准较高,造价昂贵,并且对测试环境要求较高。以上方法都是基于单一波长所测的反射率,聚光镜工作时所处的环境为太阳光,因此存在一定误差。
现有检测镜面性能参数的装置还包括:(1)、手持式镜面反射率检测仪,该种装置通过发射红外光检测反射率,虽然便携,但受环境干扰较大,精准度较低;(2)、反射率检测装置,需要取样进行测量,采用小面积样品代替整面聚光镜,误差较大;(3)、能流密度测量仪器,可以测量聚光焦面的能流密度来反映镜面聚光性能,但能流密度测量结果受跟踪精度、干扰光、环境风、镜面积尘等多因素影响。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,本发明在户外进行使用,基于太阳光进行检测,能够较精确的检测镜面的性能参数,误差小,在室外使用采用太阳光作为对照,参考意义更强;能对各种大小型镜面、曲面镜面或平面镜面进行检测,适用范围广。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,包括调节座,所述调节座上设置角度调节杆和与角度调节杆相适应的角度驱动装置,所述角度调节杆远离调节座一端设置检测腔,所述检测腔包括左右相连的反射检测腔和测定腔,所述反射检测腔底部设置反射孔,所述反射检测腔中部设置第一光感应板、第一光感应板处理器和第二光度计,所述反射检测腔顶部设置第二光度计角度调节装置,所述第二光度计角度调节装置用于调节所述第二光度计的角度,所述测定腔顶部设置光孔,所述测定腔内设置第二光感应板,所述测定腔底部设置第二光感应板处理器,所述检测腔前侧设置导光装置,所述导光装置底面无遮挡,所述导光装置与检测腔之间设置角度与位置调节器,所述导光装置包括与反射检测腔相对应的第二导光腔和与测定腔相对应的第一导光腔,所述第二导光腔与第一导光腔顶面上均开设一尺寸位置相同导光孔,所述第一导光腔内设置第一光度计,所述调节座上设置控制单元,所述控制单元与角度驱动装置、第一光感应板处理器、第二光度计、第二光度计角度调节装置、第二光感应板处理器、角度与位置调节器、第一光度计电连接。
所述调节座包括支架、液压伸缩杆和安装台,所述液压伸缩杆位于支架与安装台之间,所述角度调节杆与安装台转动连接,所述角度驱动装置为设置在安装台顶面的伺服电机,所述伺服电机通过齿轮传动装置驱动所述角度调节杆转动。
所述第二光度计角度调节装置包括转动杆、伺服电机和卷扬盘,所述转动杆与反射检测腔转动连接,所述第二光度计固定设置在转动杆中部,所述伺服电机位于反射检测腔内第一光感应板上方,所述卷扬盘固定在伺服电机的电机轴上,所述卷扬盘内设置卷扬带,所述卷扬带与第二光度计一端固定连接。
所述角度与位置调节器包括调角电机、四杆机构、位置控制电机及位置控制摆动臂,所述调角电机安置在测定腔底部,所述四杆机构的主动杆与调角电机的电机轴固定连接,所述四杆机构的从动杆与导光装置侧壁铰接,所述位置控制电机安置在测定腔中部侧壁上,所述位置控制摆动臂的主动杆与位置控制电机电机轴固定连接,所述位置控制摆动臂的从动杆与导光装置侧壁铰接。
所述导光装置朝向检测腔一侧设置遮光板。
所述第二光感应板为光感应板阵列。
对比现有技术,本发明的有益效果是:
本发明所用的检测方法主要为微元法和对比法。平面镜的反射光线仍为平行光线,但曲面聚光镜的反射光线有聚光效应,若取的镜面测量面积较大,会导致较大误差,在本发明中,采取微元法的思想,导光管的截面积足够小,入射光线照射的镜面面积较小,可视为平面镜,这样便能将误差降低到极小程度;在本发明中,两个导光管的物理性质一致,放置方向相同,使得导入到腔内的入射光线强度及方向相同,其中一束光线直接照射在第一光度计上,被测出相应光强度值,另一束光线只经过所测的镜面反射后照射在第二光度计上,测出相应光强度值,两束光线经过对比,得出相对反射率及光损失。本装置通过光感应板检测光线入射角度,通过控制单元控制检测腔和导光装置的角度,调整光线的入射位置及角度,全自动化的调整方式更为快捷准确,通过将太阳光线与反射光线的直接对比,能够较精确的检测镜面的性能参数,误差更小,参考意义更强,且采用微元法使本装置能对各种大小型镜面、曲面镜面或平面镜面进行检测,适用范围广。
附图说明
附图1是本发明原理图;
附图2是本发明结构示意图;
附图3是本发明去除导光装置后主视结构示意图;
附图4是本发明导光腔后视结构示意图;
附图5是本发明控制单元控制框图。
附图中所示标号:1、调节座;2、角度调节杆;3、角度驱动装置;4、检测腔;5、反射检测腔;6、测定腔;7、反射孔;8、第一光感应板;9、第一光感应板处理器;10、第二光度计;11、第二光度计角度调节装置;12、光孔;13、第二光感应板;14、第二光感应板处理器;15、导光装置;16、角度与位置调节器;17、第二导光腔;18、第一导光腔;19、导光孔;20、第一光度计;21、控制单元;22、支架;23、液压伸缩杆;24、安装台;25、转动杆;26、卷扬盘;27、调角电机;28、四杆机构;29、位置控制电机;30、位置控制摆动臂;31、遮光板。
具体实施方式
结合附图和具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本装置主要采用的原理为:参照附图1,光度计1(本文中为第一光度计)测出入射光强的值为A,光度计2(本文中为第二光度计)测出反射光强的值为B,则相对反射率为λ=B/A,相对光损失为C=A-B。
当被测聚光镜表面清洁度非理想状态时进行测量,此时光度计1测出入射光强的值为A1,光度计2测出反射光强的值为B1,则相对反射率为λ1=B1/A1,相对光损失为C1=A1-B1;当被测聚光镜表面清洁度理想状态时进行测量,此时光度计1测出入射光强的值为A2,光度计2测出反射光强的值为B2,则相对反射率为λ2=B2/A2,相对光损失为C2=A2-B2。
如图2-5所示,本发明所述一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,包括调节座1,所述调节座作为本装置各部件的支撑装置,可以采用液压推杆、气动推杆或者电推杆的方式实现升降,使本装置检测部件的高度可调。所述调节座可以安置在车体上方便移动,也可以在调节座下安装轮系实现本装置的自行移动。所述调节座1上设置角度调节杆2和与角度调节杆2相适应的角度驱动装置3,所述角度调节杆2远离调节座1一端设置检测腔4,所述检测腔前侧无挡板,所述检测腔通过螺栓可拆卸固定连接在角度调节杆末端。所述角度驱动装置用于驱动所述角度调节杆的转动,从而调节检测腔的角度。所述检测腔4包括左右相连的反射检测腔5和测定腔6,所述反射检测腔与测定腔之间通过挡板间隔。所述反射检测腔5底部开设反射孔7,所述反射孔作为由聚光镜反射光线的射入口。所述反射检测腔5中部设置第一光感应板8、第一光感应板处理器9和第二光度计10,所述第二光度计用于检测反射光线的强度。所述第二光度计位于第一光感应板上方,所述第一光感应板上开设一通孔,所述反射光线可以穿过通孔照射在第二光度计上。所述反射检测腔5顶部设置第二光度计角度调节装置11,所述第二光度计角度调节装置11用于调节所述第二光度计10的角度。所述测定腔6顶部设置光孔12,所述测定腔6内设置第二光感应板13,所述测定腔6底部设置第二光感应板处理器14,所述第二光感应板用于检测太阳的入射角度,从而通过控制单元控制调节检测腔的角度。所述检测腔4前侧设置导光装置15,所述导光装置15底面无遮挡,所述导光装置15与检测腔4之间设置角度与位置调节器16,所述位置调节器也会根据上文第二光感应板检测的太阳角度,受到控制单元的控制,使导光装置上的导光孔方向与太阳光入射方向平行。所述导光装置15包括与反射检测腔5相对应的第二导光腔17和与测定腔6相对应的第一导光腔18,所述第二导光腔17与第一导光腔18顶面上均开设一尺寸位置相同导光孔19,所述导光孔直径较小,以满足微元法要求。所述第一导光腔18内设置第一光度计20,所述调节座1上设置控制单元21,所述控制单元为计算机,所述控制单元21与角度驱动装置3、第一光感应板处理器9、第二光度计10、第二光度计角度调节装置11、第二光感应板处理器14、角度与位置调节器16、第一光度计20电连接。
优选的,所述调节座1包括支架22、液压伸缩杆23和安装台24,所述液压伸缩杆23位于支架22与安装台24之间,液压驱动装置的性能稳定,可以更好地完成安装台的高度调节。所述角度调节杆2与安装台24转动连接,所述角度驱动装置3为设置在安装台24顶面的伺服电机,所述伺服电机通过齿轮传动装置驱动所述角度调节杆2转动。通过伺服电机齿轮驱动角度调节杆转动,调节效果更精确。
优选的,所述第二光度计角度调节装置11包括转动杆25、伺服电机和卷扬盘26,所述转动杆25与反射检测腔5转动连接,所述第二光度计10固定设置在转动杆25中部,所述伺服电机位于反射检测腔5内第一光感应板8上方,所述卷扬盘26固定在伺服电机的电机轴上,所述卷扬盘26内设置卷扬带,所述卷扬带与第二光度计10一端固定连接。通过伺服电机驱动卷扬盘转动,可以调节第二光度计的角度,通过控制单元的控制,可以使第二光度计与反射光线垂直,使反射光线得以垂直照射第二光度计。
优选的,所述角度与位置调节器16包括调角电机27、四杆机构28、位置控制电机29及位置控制摆动臂30,所述调角电机27安置在测定腔6底部,所述四杆机构28的主动杆与调角电机27的电机轴固定连接,所述四杆机构28的从动杆与导光装置15侧壁铰接,所述位置控制电机29安置在测定腔6中部侧壁上,所述位置控制摆动臂30的主动杆与位置控制电机29电机轴固定连接,所述位置控制摆动臂30的从动杆与导光装置15侧壁铰接。所述位置控制电机和调角电机均由控制单元控制,通过双电机驱动的调节,可以使导光装置在保证导光孔平行于入射光线的同时,在平面内进行移动,从而调节入射光线的位置,使反射光线刚好可以穿过上文所述第一光感应板上的通孔照射到第二光度计上。
优选的,所述导光装置15朝向检测腔4一侧设置遮光板31。所述遮光板可以对太阳光进行遮挡,减少其对反射光线检测产生的干扰。
优选的,所述第二光感应板13为光感应板阵列。通过阵列的光感应板,可以扩大入射光线的检测区域,防止入射光线照射到第二光感应板之外的区域。
实施例1:
本装置在测定镜面相对反射率时,将本装置移动至聚光镜旁边(本装置的支架系统可由机械臂或其它台架结构替代),通过液压式伸缩杆调整高度,将导光装置和检测腔移动至镜面上方。太阳光会通过光孔照射在第二光感应板(光感应板阵列)的某位置处,然后第二光感应板处理器会计算出对应的相对太阳角,并传输给控制单元,控制单元给出相应指令,操控伺服电机齿轮驱动角度调节杆,调整导光装置和检测腔位置及角度,再通过联动的调节电机驱动四杆结构、位置控制电机驱动摆动臂,将导光腔调整到一定位置,使导光孔与太阳入射光线平行。太阳光线通过两个导光腔上的两个导光管射入,通过导光管射入的两束光线数量与强度上相等。其中一束光线垂直照射在第一导光腔的第一光度计上,第一光度计读出相应参数后反馈给控制单元。另一束光线通过第二导光腔照射在镜面上形成反射,反射光线通过反射孔照射在第一光感应板上,此时第一光感应板处理器会将光线相应位置反馈给控制单元,控制单元会再给出相应指令,操控联动的调节电机驱动四杆结构、位置控制电机驱动摆动臂,将导光腔调整到到一定位置,使反射光线可以通过第一光感应板之间的通孔照射在光度计上,并且控制单元会操控第二光度计调节装置的伺服电机转动,带动卷带盘进行旋转,从而使反射光线垂直照射在第二光度计上,然后第二光度计将结果反馈给控制单元,作为控制单元的电脑控制系统会显示出初始光强度以及反射后的光强度,给出对应的光损失和相对反射率。
实施例2:
针对实施例1,本实施例中可将光度计替换成能流密度计、光伏板或其它可以测量光物理性质的仪器,以便测试不同参数。
实施例3:
本实施例中所述调节座、角度调节杆可用机械臂替代,使检测腔的角度调节更为方便。
本实施例中所述第二光度计角度调节装置可用伺服电机齿轮驱动转动杆代替伺服电机驱动卷扬盘,齿轮驱动的方式更稳定,可以使第二光度计的角度调节更为精确。
Claims (4)
1.一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,包括调节座(1),其特征是:所述调节座(1)上设置角度调节杆(2)和与角度调节杆(2)相适应的角度驱动装置(3),所述角度调节杆(2)远离调节座(1)一端设置检测腔(4),所述检测腔(4)包括左右相连的反射检测腔(5)和测定腔(6),所述反射检测腔(5)底部设置反射孔(7),所述反射检测腔(5)中部设置第一光感应板(8)、第一光感应板处理器(9)和第二光度计(10),所述反射检测腔(5)顶部设置第二光度计角度调节装置(11),所述第二光度计角度调节装置(11)用于调节所述第二光度计(10)的角度,所述测定腔(6)顶部设置光孔(12),所述测定腔(6)内设置第二光感应板(13),所述测定腔(6)底部设置第二光感应板处理器(14),所述检测腔(4)前侧设置导光装置(15),所述导光装置(15)底面无遮挡,所述导光装置(15)与检测腔(4)之间设置角度与位置调节器(16),所述导光装置(15)包括与反射检测腔(5)相对应的第二导光腔(17)和与测定腔(6)相对应的第一导光腔(18),所述第二导光腔(17)与第一导光腔(18)顶面上均开设一尺寸位置相同导光孔(19),所述第一导光腔(18)内设置第一光度计(20),所述调节座(1)上设置控制单元(21),所述控制单元(21)与角度驱动装置(3)、第一光感应板处理器(9)、第二光度计(10)、第二光度计角度调节装置(11)、第二光感应板处理器(14)、角度与位置调节器(16)、第一光度计(20)电连接;所述导光装置(15)朝向检测腔(4)一侧设置遮光板(31);所述第二光感应板(13)为光感应板阵列。
2.根据权利要求1所述的一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,其特征是:所述调节座(1)包括支架(22)、液压伸缩杆(23)和安装台(24),所述液压伸缩杆(23)位于支架(22)与安装台(24)之间,所述角度调节杆(2)与安装台(24)转动连接,所述角度驱动装置(3)为设置在安装台(24)顶面的伺服电机,所述伺服电机通过齿轮传动装置驱动所述角度调节杆(2)转动。
3.根据权利要求1所述的一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,其特征是:所述第二光度计角度调节装置(11)包括转动杆(25)、伺服电机和卷扬盘(26),所述转动杆(25)与反射检测腔(5)转动连接,所述第二光度计(10)固定设置在转动杆(25)中部,所述伺服电机位于反射检测腔(5)内第一光感应板(8)上方,所述卷扬盘(26)固定在伺服电机的电机轴上,所述卷扬盘(26)内设置卷扬带,所述卷扬带与第二光度计(10)一端固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种表征太阳能聚光装置性能参数的测试装置,其特征是:所述角度与位置调节器(16)包括调角电机(27)、四杆机构(28)、位置控制电机(29)及位置控制摆动臂(30),所述调角电机(27)安置在测定腔(6)底部,所述四杆机构(28)的主动杆与调角电机(27)的电机轴固定连接,所述四杆机构(28)的从动杆与导光装置(15)侧壁铰接,所述位置控制电机(29)安置在测定腔(6)中部侧壁上,所述位置控制摆动臂(30)的主动杆与位置控制电机(29)电机轴固定连接,所述位置控制摆动臂(30)的从动杆与导光装置(15)侧壁铰接。
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