CN203629564U - 一种测量平行光入射角度的光电角度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及太阳能应用领域，特别涉及一种测量平行光入射角度的光电角度传感器，该传感器由光电探测单元、电流采集单元、信息处理单元、测量输出单元和外包壳体构成；所述光电角度传感器是一个有两对感光面的六面体；所述两对感光面，每一对相对感光面的夹角为α，其中0°＜α＜180°；两个相对的感光面之间的夹角α1、α2可以相等，也可以不相等。本实用新型采用直接光电信号转换处理，无需成像步骤，结构简单，设备体积小；不需要标定平行光入射角度，方便快捷。采用材料简单、价格较低，相对于同精度同类产品可显著降低成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能应用领域，特别涉及一种测量平行光入射角度的光电角度传感器。
背景技术
随着能源枯竭和环境污染日益突出，社会发展对清洁能源的需求日益迫切。在众多的清洁能源中，太阳能被认为是一种很有前景的能源，并且在市场得到了大规模的应用。太阳能的广泛推广与应用，有利于实现能源与环境的可持续发展。
太阳能利用有很多种方式，如太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳能热水器、太阳能空调等，但不管是哪种太阳能利用方式，都需要把太阳光的能量收集起来。由于太阳光入射角度是不断变化的，传统的固定式太阳能装置对太阳能的利用率是非常低的，如太阳能热水器。而由于太阳能发电等投资较大的设施，能量利用低就意味着长的投资回报周期。为了提高太阳能利用率，人们发明了很多太阳能收集装置和控制方法，其中最典型的是定日镜。定日镜的工作原理是太阳能吸收装置能够根据太阳的方向自动调整姿态，以提高太阳能的利用率，但如何测量太阳光的方向是一个关键技术。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种测量平行光入射角度的光电角度传感器。
一种测量平行光入射角度的光电角度传感器，由光电探测单元、电流采集单元、信息处理单元、测量输出单元和外包壳体构成；所述光电角度传感器是一个有两对感光面的六面体；所述两对感光面，每一对相对感光面的夹角为α，其中0°＜α＜180°；两个相对的感光面之间的夹角α1、α2可以相等，也可以不相等。
所述光电探测单元是感光面。
所述感光面的元器件可以是太阳能电池、光敏电阻中的一种或几种，两对感光面选择的元器件可以相同，也可以不同，但每对感光面的感光元器件应保持一致，以保证测量精度。
所述电流采集单元优选采用精密电阻作为传感器件的电流测量电路板。
所述信息处理单元优选单片机。
所述测量输出单元优选串口和/或无线发送模块。
所述外包壳体包括内外两层，内层由密封的玻璃或塑料等高透光材料加工制成，内层中充入惰性气体，用于保护内部光学元件和电学器件，外层为方形或圆筒形，外包壳体的底平面可以增设水平仪和指南针，用于调整光电传感器的安装角度与安装方向。
本实用新型所述的一种测量平行光入射角度的光电角度传感器的工作流程是：将传感器置于空中，固定，确定传感器底面平行于地平面，将入射的平行光束照射到传感器上，光线透过外包壳体外层5，外包壳体内层6，照射到光电探测单元7上，光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，转换为电流强度，信息处理单元9根据公式完成β1、β2的计算，确定平行光入射角度β∈﹙β1，β2﹚，测量输出单元将β结果输出。
本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型不需要标定平行光入射角度，方便快捷。
2、采用了4面感光结构，计算得出平行光入射的空间角度，精度高、误差小；
3、本实用新型光电角度传感器相对感光面的夹角可以相等，也可以不相等，0°＜α＜180°，光线测量角度广大，可通过支架对一些人类难以进入的地方进行全方位光线角度测量；
4、采用材料简单、价格较低，相对于同精度同类产品可显著降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的去除外包壳体的俯视图；
图2为本实用新型用于测量平行光入射角度的工作原理侧视图；
图3为本实用新型的光电角度传感器切面图。
具体实施方式
下面结合附图1、2、3对本实用新型作进一步详细的说明：
附图1中，1，2，3，4均为感光面，其中，1，2为相对的一对感光面，3、4为相对的一对感光面。
附图3中，5 -外包壳体外层，6-外包壳体内层，7-光电探测单元，8-电流采集单元，9-信息处理单元，10-测量输出单元。
实施例1
光电探测单元7由感光面1、2、3、4组成，感光面1、2之间的夹角为α1，感光面3、4之间的夹角为α2，两对感光面夹角α1、α2相等，且α1=α2=90°，两对感光面选择的元器件相同，均为太阳能电池；电流采集单元8是采用精密电阻的电流测量电路板；信息处理单元9是单片机；测量输出单元10是无线发送模块。外包壳体内层6由密封的玻璃加工制成，外包壳体内层6中充入惰性气体，用于保护内部光学元件和电学器件，外包壳体外层5为方形，由金属材料制成，外包壳体外层5的底平面增设水平仪和指南针，用于调整光电传感器的安装角度与安装方向。
外包壳体内层6安装在外包壳体外层5之内，光电探测单元7，电流采集单元8，信息处理单元9以及测量输出单元10均安装在外包壳体内层6之内。
将传感器置于空中，固定，确定传感器底面平行于地平面，将入射的平行光束照射到传感器上，光线透过外包壳体外层5，外包壳体内层6，照射到光电探测单元7上，光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，转换为电流强度，信息处理单元9根据公式完成β1、β2的计算，确定平行光入射角度β∈﹙β1，β2﹚，测量输出单元10将β结果输出。
平行光照射到光电探测单元7上，与第一对感光面1、2之间的夹角β1的计算方法如下：
光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，实例中一组数据为，电流强度I1=（16.000mA）、I2=（0.000mA），根据公式β1=arctg[(I1-I2)/( I1-I2)*tg(α1/2)]，计算出β1=（45.000°）。
实例中平行光照射到光电探测单元7上，与第二对感光面3、4之间的夹角β2的计算方法如下：
光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，转换为电流强度I3=（15.145mA）、I4=（4.141mA），根据公式β2=arctg[(I3-I4)/( I3-I4)*tg(α2/2)]，计算出β2=（29.709°）；
因此，平行光入射角度β∈﹙45.000°，29.709°﹚。
实施例2
光电探测单元7由感光面1、2、3、4组成，感光面1、2之间的夹角为α1，感光面3、4之间的夹角为α2，两对感光面夹角α1、α2相等，且α1=60°，α2=120°，感光面1、2选择的元器件相同，均为太阳能电池；感光面3、4选择的元器件相同，均为光敏电阻；电流采集单元8是采用精密电阻作为传感器件的电流测量电路板；信息处理单元9是单片机；测量输出单元10是串口和无线发送模块。外包壳体内层6由密封的高透光塑料材料加工制成，外包壳体内层6中充入惰性气体，用于保护内部光学元件和电学器件，外包壳体外层5为圆筒形，由金属材料制成，外包壳体外层5的底平面增设水平仪和指南针，用于调整光电传感器的安装角度与安装方向。
外包壳体内层6安装在外包壳体外层5之内，光电探测单元7，电流采集单元8，信息处理单元9以及测量输出单元10均安装在外包壳体内层6之内。
将传感器置于空中，固定，确定传感器底面平行于地平面，将入射的平行光束照射到传感器上，光线透过外包壳体外层5，外包壳体内层6，照射到光电探测单元7上，光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，转换为电流强度，信息处理单元9根据公式完成β1、β2的计算，确定平行光入射角度β∈﹙β1，β2﹚，测量输出单元10将β结果输出。
实例中一组平行光照射到光电探测单元7上，与第一对感光面1、2之间的夹角β1的计算方法如下：
光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，转换为电流强度I1=（9.030mA）、I2=（8.960mA），根据公式β1=arctg[(I1-I2)/( I1-I2)*tg(α1/2)]，计算出β1=（0.013°）。
平行光照射到光电探测单元7上，与第二对感光面3、4之间的夹角β2的计算方法如下：
光电探测单元7将光能转换为电信号，电流采集单元8负责采集电信号，实例中电流强度I3=（15.588mA）、I4=（9.000mA），根据公式β2=arctg[(I3-I4)/( I3-I4)*tg(α2/2)]，计算出β2=（24.892°）；
因此，实例中平行光入射角度β∈﹙0.013°，24.892°﹚。
Claims (7)
1.一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：光电角度传感器由光电探测单元、电流采集单元、信息处理单元、测量输出单元和外包壳体构成；所述光电角度传感器是一个有两对感光面的六面体；所述两对感光面，每一对相对感光面的夹角为α，其中0°＜α＜180°；两个相对的感光面之间的夹角α1、α2可以相等，也可以不相等。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述光电探测单元是感光面。
3.根据权利1所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述感光面的元器件可以是太阳能电池、光敏电阻中的一种或几种，两对感光面选择的元器件可以相同，也可以不同，但每对感光面的感光元器件应保持一致，以保证测量精度。
4.根据权利1所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述电流采集单元优选采用精密电阻作为传感器件的电流测量电路板。
5.根据权利1所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述信息处理单元优选单片机。
6.根据权利1所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述测量输出单元优选串口和/或无线发送模块。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，其特征在于：所述外包壳体包括内外两层，内层由密封的玻璃或塑料高透光材料加工制成，内层中充入惰性气体，用于保护内部光学元件和电学器件，外层为方形或圆筒形，外包壳体的底平面可以增设水平仪和指南针，用于调整光电传感器的安装角度与安装方向。
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| CN103616012A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 天津孚感科技有限公司 | 一种平行光入射角度的测量方法和光电角度传感器 |
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