CN110398223A - 双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统 - Google Patents

Abstract

双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统，系统包括圆柱底座、旋转圆柱体和步进电机，旋转圆柱体设置在圆柱底座上，步进电机驱动旋转圆柱体旋转，旋转圆柱体的中心转轴位置上设置感光管直线阵列，旋转圆柱体上由中心转轴沿圆柱径向开有感光缝隙，圆柱底座与旋转圆柱体相接触的一面设有感光管圆形阵列，所述感光管圆形阵列以旋转圆柱体的转轴为圆心。本发明无需精密的机械结构和光学器件，实现了较高精度的太阳方位角测量，且成本低廉，生产的重复性一致性高，适合批量生产。

Description

双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，用于太阳方位的测量，为一种双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统。

背景技术

在科学研究和生产实践，例如太阳能光伏发电中，常常需要测量太阳的方位，为了满足研究和生成的需要，本发明提出一种高精度的双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统。

发明内容

本发明的目的是解决太阳方位，包含方位角和俯仰角的测量问题，提出一种双圆柱缝隙式太阳方位测量方法与系统。

本发明的技术方案为：双圆柱缝隙式太阳方位测量系统，包括圆柱底座、旋转圆柱体和步进电机，旋转圆柱体设置在圆柱底座上，步进电机驱动旋转圆柱体旋转，旋转圆柱体的中心转轴位置上设置感光管直线阵列，旋转圆柱体上由中心转轴沿圆柱径向开有感光缝隙，圆柱底座与旋转圆柱体相接触的一面设有感光管圆形阵列，所述感光管圆形阵列以旋转圆柱体的转轴为圆心，感光管直线阵列和感光管圆形阵列的输出分别经信号调理电路连接微控制器MCU。

进一步的，所述感光缝隙的缝隙宽度在满足以下约束的情况下最小化：1)射入光线不发生衍射；2)射入光线到达感光管处，其光强在感光管灵敏度下限之上。

上述双圆柱缝隙式太阳方位测量系统的测量方法，步进电机驱动旋转圆柱体旋转，阳光通过感光缝隙照射到感光管直线阵列和感光管圆形阵列，由感光管直线阵列的电压均值随旋转圆柱体绕轴旋转角度而变化的直线角度曲线，测量当前太阳的方位角，直线角度曲线的峰值与阳光贯穿感光缝隙同步发生；由感光管圆形阵列对光线感应后的电压输出值，测量旋转圆柱体当前的旋转角，以圆形阵列中电压最大的感光管的角度，作为旋转圆柱体当前的旋转角。

本发明的测量系统及其测量方法无需精密的光学器件，也无需精密的机械结构，实现了较高精度的太阳方位测量，成本低廉，生产的重复性、一致性高，适合批量生产。

附图说明

图1为本发明测量系统的结构示意图，系统竖直设置，测量太阳方位角。

图2为本发明测量系统水平设置，测量太阳俯仰角。

图3为本发明测量系统的电路信号图。

图4为本发明的测量方法流程图。

具体实施方式

如图1，本发明的测量系统包括圆柱底座、旋转圆柱体和步进电机，旋转圆柱体设置在圆柱底座上，步进电机驱动旋转圆柱体旋转，旋转圆柱体的中心转轴位置上设置感光管直线阵列，旋转圆柱体上由中心转轴沿圆柱径向开有感光缝隙，圆柱底座与旋转圆柱体相接触的一面设有感光管圆形阵列，所述感光管圆形阵列以旋转圆柱体的转轴为圆心，感光管直线阵列和感光管圆形阵列的输出分别经信号调理电路连接微控制器MCU，如图3所示。

本发明测量系统是对当前的太阳相对本测量系统的整体方位予以测量，其包括如下两个子功能：(1)太阳方位角测量；(2)太阳俯仰角测量。图1是系统竖直设置时的示意图，适用于测量太阳方位角，当需要测量太阳俯仰角时，只需将本发明的测量系统水平设置即可，如图2所示。

本发明的测量系统的设计利用了以下原理基础：

1)光电效应原理：光线的照射变化可引起半导体感光材料电特性的变化；

2)细窄缝隙采光有利于提高测量精度：缝隙越窄，光电效应随圆柱体旋转变化的敏感度越高，可以使测量精度越高；

3)阵列状态与角度状态的映射关系。

本发明测量系统的测量方法为：步进电机驱动旋转圆柱体旋转，阳光通过感光缝隙照射到感光管直线阵列和感光管圆形阵列，由感光管直线阵列的电压均值随旋转圆柱体绕轴旋转角度而变化的直线角度曲线，测量当前太阳的方位角，直线角度曲线的峰值与阳光贯穿感光缝隙同步发生；由感光管圆形阵列对光线感应后的电压输出值，测量旋转圆柱体当前的旋转角，以圆形阵列中电压最大的感光管的角度，作为旋转圆柱体当前的旋转角。

下面介绍本发明的测量流程，如图4所示：

1)步进电机的转轴角度复位至零度；

2)MCU读取感光管直线阵列电压输出；

3)实时计算感光管直线阵列各管输出电压的均值V，同时记录对应电机转轴的旋转角φ，用于得到直线角度曲线；

4)步进电机电机转轴旋转△φ角度；

5)MCU读取感光管圆形阵列电压输出；

6)MCU读取感光管圆形阵列中电压峰值所对应的感光管索引号，将其映射成电机转轴角度；

7)MCU读取并记录当前的电机转轴角度，若其等于360°,则跳转至下一步，否则跳转至步骤2)；

8)读取并记录各电压均值V中的峰值所对应的φ，表示为φ₀，φ₀即为当前的太阳方位角或俯仰角；

9)跳转至步骤2)，持续测量。

Claims (4)

1.双圆柱缝隙式太阳方位测量系统，其特征是包括圆柱底座、旋转圆柱体和步进电机，旋转圆柱体设置在圆柱底座上，步进电机驱动旋转圆柱体旋转，旋转圆柱体的中心转轴位置上设置感光管直线阵列，旋转圆柱体上由中心转轴沿圆柱径向开有感光缝隙，圆柱底座与旋转圆柱体相接触的一面设有感光管圆形阵列，所述感光管圆形阵列以旋转圆柱体的转轴为圆心，感光管直线阵列和感光管圆形阵列的输出分别经信号调理电路连接微控制器MCU。

2.根据权利要求1所述的双圆柱缝隙式太阳方位测量系统，其特征是所述感光缝隙的缝隙宽度在满足以下约束的情况下最小化：1)射入光线不发生衍射；2)射入光线到达感光管处，其光强在感光管灵敏度下限之上。

3.权利要求1或2所述的双圆柱缝隙式太阳方位测量系统的测量方法，其特征是步进电机驱动旋转圆柱体旋转，阳光通过感光缝隙照射到感光管直线阵列和感光管圆形阵列，由感光管直线阵列的电压均值随旋转圆柱体绕轴旋转角度而变化的直线角度曲线，测量当前太阳的方位角，直线角度曲线的峰值与阳光贯穿感光缝隙同步发生；由感光管圆形阵列对光线感应后的电压输出值，测量旋转圆柱体当前的旋转角，以圆形阵列中电压最大的感光管的角度，作为旋转圆柱体当前的旋转角。

4.根据权利要求3所述的双圆柱缝隙式太阳方位测量系统的测量方法，其特征是包括以下步骤：

1)步进电机的转轴角度复位至零度；

2)MCU读取感光管直线阵列电压输出；

3)实时计算感光管直线阵列各管输出电压的均值V，同时记录对应电机转轴的旋转角φ，用于得到直线角度曲线；

4)步进电机电机转轴旋转△φ角度；

5)MCU读取感光管圆形阵列电压输出；

6)MCU读取感光管圆形阵列中电压峰值所对应的感光管索引号，将其映射成电机转轴角度；

7)MCU读取并记录当前的电机转轴角度，若其等于360°,则跳转至下一步，否则跳转至步骤2)；

8)读取并记录各电压均值V中的峰值所对应的φ，表示为φ₀，φ₀即为当前的太阳方位角或俯仰角；

9)跳转至步骤2)，持续测量。