CN112631339B - 一种移动式定日镜二次反射指向修正系统及方法 - Google Patents

一种移动式定日镜二次反射指向修正系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动式定日镜二次反射指向修正系统及方法，属于太阳能热发电领域。具体包括运动平台、姿态测量器、转动云台、图像采集器、计算控制单元、基准物和目标物，通过图像采集系统对准安装在吸热器焦平面处的目标光源，以该姿态下的图像采集系统光轴矢量表征目标定日镜的二次反射法向矢量，实现一种高精度、高效率的二次反射指向修正系统。

Description

一种移动式定日镜二次反射指向修正系统及方法
技术领域
本发明属于太阳能热发电领域，具体公开了一种移动式定日镜二次反射指向修正系统及方法。
背景技术
作为一种新型的塔式光热发电技术，二次反射式太阳能光热发电站通过安装在镜场中心高处的二次反射镜将定日镜反射的太阳光汇聚到吸热器焦平面处。而二次反射镜在生产制造过程和施工安装过程中会引入误差，使得定日镜对应的实际二次反射指向与理论二次反射指向存在一定的偏差，导致按照理论二次反射指向计算时太阳光无法准确反射至吸热器焦平面区域，从而影响整个光热发电站的发电效率。不同于传统塔式，二次反射式太阳能光热发电技术中不仅求定日镜具有较高的一次反射精度，还要求定日镜具有较高的二次反射精度，所以需要一种修正二次反射镜生成误差和安装误差的定日镜二次反射指向修正方法。
二次反射镜通常是由多块子镜组成的离散面，并且安装在较高的区域，需要通过测量二次反射镜的面形和姿态计算定日镜实际二次反射指向。常规的检测方法是基于飞时测距对二次反射镜进行点采样，即在二次反射镜上选取若干点进行测量。由于飞时测距只能针对漫反射面进行测量，否则会无法接受回波信号，而二次反射镜表面具有高反射率特性，所以无法直接通过飞时测距进行测量，需要在二次反射镜表面布置漫反射特征点。该方法需要逐点测量，需要耗费大量的工时。此外，可以使用条纹反射的反射检测二次反射镜。该方法需要在吸热器焦平面处布置巨大的漫反射面，在漫反射面的上方且不会遮挡二次反射镜的位置布置投影仪，投影仪往漫反射面上透射条纹图像，在镜场中不同的区域布置图像采集器，通过条纹的弯曲情况计算二次反射镜的面形和姿态。该方法中漫反射面和投影仪的布置均具有较大难度，每个图像采集器均需要测绘和标定姿态，并且对条纹解算结果的拼接也会引入误差。上述两种方法都是通过对二次反射镜面形、姿态的测量计算每台定日镜的实际二次反射指向，容易引入计算误差，不能完全表征定日镜真实的二次反射指向。
发明内容
本发明针对二次反射式太阳能热发电技术中定日镜的二次反射指向点难以精确测量的问题，通过图像采集系统对准安装在吸热器焦平面处的目标光源，以该姿态下的图像采集系统光轴矢量表征目标定日镜的二次反射法向矢量，实现一种高精度、高效率的二次反射指向修正系统。
本发明一种移动式定日镜二次反射指向校正系统，至少包括运动平台、姿态测量器、转动云台、图像采集器、计算控制单元、基准物和目标物。
所述运动平台可以在镜场中移动，用于将安装在运动平台上的姿态测量器、转动云台、图像采集器和计算控制单元移动至待测定日镜的检测位置。
所述姿态测量器获取运动平台当前的倾斜程度，用于消除转动云台基准面与水平面间的倾斜偏差对计算结果的影响。所述姿态测量器包括倾角仪或陀螺仪。
所述转动云台用于调整图像采集器光轴，使得图像采集器能够对准基准物或目标物。
所述图像采集器由成像光路和数字图像传感器组成，可以使用可变焦距透镜或固定焦距透镜。所述图像采集器固定在转动云台上，用于采集基准物的像或目标物在二次反射镜上的虚像。
所述计算控制单元用于获取姿态测量器的倾斜数据、控制转动云台转动至目标角度、控制图像采集器采集图像、识别图像中基准物像中心或目标物虚像中心、计算待测定日镜的实际二次反射指向和数据存储。
所述基准物安装在镜场中，基准物的中心坐标通过测绘获得，用于校正转动云台的实际转角偏差。
所述目标物是漫反射标志物或具有一定亮度的光源，安装在吸热器焦平面中心处，用于计算待测定日镜的实际二次反射指向。
本发明还公开了一种移动式定日镜二次反射指向修正方法，包括如下步骤：
(1)在吸热器焦平面中心处布置目标物；
(2)运动平台上承载姿态测量器、转动云台、图像采集器、计算控制单元，将运动平台移动至待测定日镜的检测位置，然后固定运动平台；
(3)计算控制单元控制转动云台转动，使得图像采集器视场中心对准基准物中心，记录该状态下姿态测量器读数
Figure BDA0002816431790000021
其中
Figure BDA0002816431790000022
表示绕姿态测量器X轴的转角读数，
Figure BDA0002816431790000023
表示绕姿态测量器Y轴转角读数，X轴和Y轴相互正交；记录该状态转动云台的两轴转角
Figure BDA0002816431790000024
其中
Figure BDA0002816431790000025
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure BDA0002816431790000026
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(4)图像采集器对准基准物中心时，图像采集器的理论光轴为：
Figure BDA0002816431790000027
式中[Bx,By,Bz]为测绘获得的基准物中心坐标，[Hx,Hy,Hz]num表示编号为num的定日镜中心坐标，Ox表示图像采集器理论光轴x方向分量，Oy表示图像采集器理论光轴y方向分量，Oz表示图像采集器理论光轴z方向分量；
图像采集器的计算光轴为：
Figure BDA0002816431790000031
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵，Ox′表示图像采集器计算光轴x方向分量，Oy′表示图像采集器计算光轴y方向分量，Oz′表示图像采集器计算光轴z方向分量；
(5)计算图像采集器计算光轴与理论光轴的夹角，并分解至转动云台z′轴和y′轴，
Figure BDA0002816431790000032
式中Δθz′表示绕云台z′轴的零位偏差，Δθy′表示绕云台y′轴的零位偏差；
(6)计算控制单元控制转动云台转动，使得图像采集器视场中心对准二次反射镜上的目标物虚像中心，记录该状态转动云台的两轴转角
Figure BDA0002816431790000033
其中
Figure BDA0002816431790000034
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure BDA0002816431790000035
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(7)计算该姿态下图像采集器实际光轴：
Figure BDA0002816431790000036
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵；
(8)将计算所得的图像采集器该姿态的实际光轴作为编号为num的待测定日镜实际二次反射指向存储在计算控制单元中。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过控制转动云台使得图像采集器的视场中心对准基准物中心，利用进过测绘的基准物中心修正转动云台的转角偏差，保证定日镜二次反射指向的修正精度，无需对转动云台和图像采集器姿态进行精确标定；
(2)本发明利用光路可逆原理通过布置在吸热器焦平面中心处的目标物修正定日镜的二次反射指向，充分利用二次反射镜表面的高反射率特性，不需要对二次反射镜进行额外处理；
(3)本发明通过控制转动云台使得图像采集器的视场中心对准二次反射镜上的目标物虚像中心，实现待测定日镜二次反射指向的修正，距离越远的定日镜修正精度越高；
(4)本发明通过安装在转动云台上的图像采集器光轴表征待测定日镜的实际二次反射光路，更符合定日镜与二次反射镜的实际情况，不会引入面形拟合等间接测量带来的计算误差。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统示意图；
图2为本发明实施例中的转动云台坐标系与姿态测量器坐标系示意图。
图中：1-运动平台、2-姿态测量器、3-转动云台、4-图像采集器、5-计算控制单元、6-基准物、7-目标物、8-吸热器、9-二次反射镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种移动式定日镜二次反射指向校正系统，至少包括运动平台1、姿态测量器(倾角仪或陀螺仪等)2、转动云台3、图像采集器4、计算控制单元5、基准物6和目标物7。
运动平台1可以在镜场中移动，用于将安装在运动平台上的姿态测量器2、转动云台3、图像采集器4和计算控制单元5移动至待测定日镜的检测位置。
姿态测量器2获取运动平台1当前的倾斜程度，用于消除转动云台3基准面与水平面间的倾斜偏差对计算结果的影响。
转动云台3用于调整图像采集器4光轴，使得图像采集器4能够对准基准物6或目标物7。
图像采集器4由成像光路(透镜或小孔等)和数字图像传感器组成，可以使用可变焦距透镜或固定焦距透镜，图像采集器4固定在转动云台上，用于采集基准物6的像或目标物7在二次反射镜9上的虚像。
计算控制单元5用于获取姿态测量器2的倾斜数据、控制转动云台3转动至目标角度、控制图像采集器4采集图像、识别图像中基准物像中心或目标物虚像中心、计算待测定日镜的实际二次反射指向和数据存储。
基准物6安装在镜场中，基准物6的中心坐标通过测绘获得，用于校正转动云台3的实际转角零位偏差。
目标物7是漫反射标志物或具有一定亮度的光源，安装在吸热器8焦平面中心处，用于计算待测定日镜的实际二次反射指向。
实施例2
一种移动式定日镜二次反射指向修正方法，包括如下步骤：
(1)在吸热器8焦平面中心处布置目标物7；
(2)运动平台1上承载姿态测量器2、转动云台3、图像采集器4、计算控制单元5，将运动平台1移动至待测定日镜的检测位置，然后固定运动平台；
(3)计算控制单元5控制转动云台3转动，使得图像采集器4视场中心对准基准物6中心，记录该状态下姿态测量器2读数
Figure BDA0002816431790000051
其中
Figure BDA0002816431790000052
表示绕姿态测量器X轴的转角读数，
Figure BDA0002816431790000053
表示绕姿态测量器Y轴转角读数，X轴和Y轴相互正交；记录该状态转动云台的两轴转角
Figure BDA0002816431790000054
其中
Figure BDA0002816431790000055
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure BDA0002816431790000056
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(4)图像采集器4对准基准物6中心时，图像采集器的理论光轴为：
Figure BDA0002816431790000057
式中[Bx,By,Bz]为测绘获得的基准物中心坐标，[Hx,Hy,Hz]num表示编号为num的定日镜中心坐标，Ox表示图像采集器理论光轴x方向分量，Oy表示图像采集器理论光轴y方向分量，Oz表示图像采集器理论光轴z方向分量；
图像采集器的计算光轴为：
Figure BDA0002816431790000058
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵，Ox′表示图像采集器计算光轴x方向分量，Oy′表示图像采集器计算光轴y方向分量，Oz′表示图像采集器计算光轴z方向分量；
(5)计算图像采集器计算光轴与理论光轴的夹角，并分解至转动云台z′轴和y′轴，
Figure BDA0002816431790000061
式中Δθz′表示绕云台z′轴的零位偏差，Δθy′表示绕云台y′轴的零位偏差，Ox表示图像采集器理论光轴x方向分量，Oy表示图像采集器理论光轴y方向分量，Oz表示图像采集器理论光轴z方向分量，Ox′表示图像采集器计算光轴x方向分量，Oy′表示图像采集器计算光轴y方向分量，Oz′表示图像采集器计算光轴z方向分量；
(6)计算控制单元5控制转动云台3转动，使得图像采集器4视场中心对准二次反射镜9上的目标物虚像中心，记录该状态转动云台的两轴转角
Figure BDA0002816431790000062
其中
Figure BDA0002816431790000063
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure BDA0002816431790000064
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(7)计算该姿态下图像采集器实际光轴：
Figure BDA0002816431790000065
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵；
(8)将计算所得的图像采集器4该姿态的实际光轴作为编号为num的待测定日镜实际二次反射指向存储在计算控制单元5中。

Claims (1)

1.一种移动式定日镜二次反射指向校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在吸热器焦平面中心处布置目标物；
(2)运动平台上承载姿态测量器、转动云台、图像采集器、计算控制单元，将运动平台移动至待测定日镜的检测位置，然后固定运动平台；
(3)计算控制单元控制转动云台转动，使得图像采集器视场中心对准基准物中心，记录该状态下姿态测量器读数
Figure FDA0003852176350000011
其中
Figure FDA0003852176350000012
表示绕姿态测量器X轴的转角读数，
Figure FDA0003852176350000013
表示绕姿态测量器Y轴转角读数，X轴和Y轴相互正交；记录该状态转动云台的两轴转角
Figure FDA0003852176350000014
其中
Figure FDA0003852176350000015
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure FDA0003852176350000016
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(4)图像采集器对准基准物中心时，图像采集器的理论光轴为：
Figure FDA0003852176350000017
式中[Bx,By,Bz]为测绘获得的基准物中心坐标，[Hx,Hy,Hz]num表示编号为num的定日镜中心坐标，Ox表示图像采集器理论光轴x方向分量，Oy表示图像采集器理论光轴y方向分量，Oz表示图像采集器理论光轴z方向分量；
图像采集器的计算光轴为：
Figure FDA0003852176350000018
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵，Ox′表示图像采集器计算光轴x方向分量，Oy′表示图像采集器计算光轴y方向分量，Oz′表示图像采集器计算光轴z方向分量；
(5)计算图像采集器计算光轴与理论光轴的夹角，并分解至转动云台z′轴和y′轴，
Figure FDA0003852176350000021
式中Δθz′表示绕云台z′轴的零位偏差，Δθy′表示绕云台y′轴的零位偏差；
(6)计算控制单元控制转动云台转动，使得图像采集器视场中心对准二次反射镜上的目标物虚像中心，记录该状态转动云台的两轴转角
Figure FDA0003852176350000022
其中
Figure FDA0003852176350000023
表示该状态下绕云台y′轴转角，
Figure FDA0003852176350000024
表示该状态下绕云台z′轴转角；
(7)计算该姿态下图像采集器实际光轴：
Figure FDA0003852176350000025
式中Roty()表示绕姿态测量器Y轴的旋转矩阵，Rotx()表示姿态测量器X轴的旋转矩阵，Rotz′()表示绕转动云台z′轴的旋转矩阵，Roty′()表示绕转动云台y′轴的旋转矩阵；
(8)将计算所得的图像采集器该姿态的实际光轴作为编号为num的待测定日镜实际二次反射指向存储在计算控制单元中。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101311764A (zh) * 2008-07-11 2008-11-26 中国科学院电工研究所 利用人工光源调整曲面定日镜面型的方法
WO2016205612A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Solarreserve Technology, Llc Heliostat characterization using starlight
JP2018124007A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 ナブテスコ株式会社 パネル駆動装置及びパネル駆動方法
CN107870633A (zh) * 2017-11-13 2018-04-03 深圳中天云隼科技有限公司 监控目标定位方法
CN109508044B (zh) * 2018-12-14 2022-03-29 上海晶电新能源有限公司 一种定日镜二次反射指向校正系统及方法

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