JP5952814B2 - 携帯型反射率計及び太陽熱発電プラントのミラーの特性測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は光学測定機器の技術に属する。
より詳細には、本発明は、太陽熱エネルギを得るための集光器で用いられるヘリオスタット鏡、スターリング、フレネル等であろうとなかろうと平面鏡又はある程度の曲率を有する鏡による反射係数の分野におけるスペクトル特性化用の携帯用機器に関する。この装置は、この測定を実行するために必要とされる全ての構成要素を備え、データを処理し、保存のためにデータをコンピュータに送る。
より詳細には、本発明は、太陽熱エネルギを得るための集光器で用いられるヘリオスタット鏡、スターリング、フレネル等であろうとなかろうと平面鏡又はある程度の曲率を有する鏡による反射係数の分野におけるスペクトル特性化用の携帯用機器に関する。この装置は、この測定を実行するために必要とされる全ての構成要素を備え、データを処理し、保存のためにデータをコンピュータに送る。
再生可能エネルギでは、太陽熱収集技術が見られ、それは、国内工業部門において技術的及び経済的に重要である。太陽熱エネルギは、高温で流体を加熱することを要する従来の熱電サイクルによって電気を生み出す。これらのシステムは、太陽熱発電所の技術に応じて、完全に平坦か、ある程度の球面曲率を有するか、若しくは放物面又は円筒放物面を有し得る鏡を用いて、その一つ又は複数の吸収ポイントで太陽エネルギの集中を最大化させることを必要とする。
従って、これらのシステムに導入される鏡の反射係数の値は、太陽熱エネルギを発生する発電所の能力において重要な役割を果たす。さらにまた、これらの反射値の情報は、その地域の環境条件の情報及びプラントの他の技術データと共に、エネルギ資源を適切に管理するために、近い将来、生成されるであろう電力を予測することを可能にする。
多数の鏡を導入している電気エネルギ生産施設の運転及び管理のために、各鏡の反射特性を、素早く、便利に簡単に得ることを可能にする装置を設けることが都合がよい。このタイプの測定を実行する装置は、反射率計と呼ばれている。
これらのプラントに導入される太陽エネルギ吸収要素の光学特性（波長によって光学パラメータの依存性を決める最大エネルギ吸収及び最小エネルギ損失）が与えられると、装置は、波長に従って鏡の測定を行う必要がある。
同様に、その装置は、周囲光強度が、それ自身が測定されるべき信号より、通常は高く、時には、それを超えるので、概して好ましくない環境条件で、ユニットの近くで反射極限値の正確な測定を提供する必要がある。加えて、高い精度の測定の要求は、電気を生成するプラントの効率を維持するために、太陽熱技術では必須である。
他方、鏡における反射は、乱反射及び正反射の二つの特徴であり得る。乱反射は、正反射とは異なり無指向性である。正反射では、ビームは、入射角と同じ反射各で反射される。プラントの鏡の表面に堆積する汚れが原因で、太陽光の反射が、乱反射成分及び正反射成分を有することになる。正反射が吸収要素上で一カ所に集まることになるので、発電の観点のみからすれば正反射が有用である。従って、装置は、鏡の反射係数の測定において乱反射の影響を最小限にするべきである。
最後に、装置は、発電プラントで共通に用いられる一連の形式の鏡を正確に調整することができなければならない。具体的には、装置は、機械調整をすることなく、様々な厚みの平面鏡、ある程度の球面曲率を有する鏡、放物面鏡及び円筒放物面鏡を正確に調整できなければならない。
従来の反射率計は、広域スペクトル光源及び可変フィルタリング要素を使用する。可変フィルタリング要素は、狭いスリットが繋がる可動回折格子のように、様々な波長を連続して選択することを可能にする。このオプションにより、実質的に連続的な方法で波長を変化させることが可能になるが、その結果、得られる入射光の力が非常に低い、低ダイナミックレンジ測定を有するより複雑で精巧なシステムとなる。さらにまた、従来の装置は、乱反射の影響を最小化せず、実際、一部の例では、散光を全て集めることに興味を示し、検出において積分球が実施されている。
米国特許5815254号には、透過測定モードと反射測定モードとで動作し得る分光光度計が示されている。それは、白色光源、ハロゲン光源又はキセノン光源と、照射光ビームをサンプルからサンプル表面に運ぶための光ファイバと、回折格子及び検出線に基づくスペクトル解析とを使用する。
米国特許3862804号には、各測定において含められるミラー切り替え、測定基準による補正及び散乱光反射の測定に入れるための積分球を有するダブルビーム反射率計が示されている。このシステムは、白色光、波長選択用のモノクロメータ、平行ビームを有する照明及び検出器における積分球を使用し、前記検出器において散乱光が全て収集されて測定される。
米国特許第4687329号には、広域スペクトル源、この場合には、紫外線を使用し、かつ、固定された様々なフィルタを使用し、多数の別々のポイントにおいてスペクトル測定を実行するための分光光度計が示されている。
また、分光光度計の背景(background)には、異なる波長の光源のコレクションソースが用いられるものもある。米国特許出願２００８／０１４４００４号では、血液中の様々な検体の検出のための透過測定を実行するためにマルチプルＬＥＤが同時に用いられている。しかし、単一のスペクトル測定が行なわれるのではなく、むしろ、僅かに異なる波長で複数の同時測定が行なわれる。さらにまた、周辺光に対する保護がなく、反射又は参照の測定を行なうことも可能ではない。
また、分光光度計の背景(background)には、異なる波長の光源のコレクションソースが用いられるものもある。米国特許出願２００８／０１４４００４号では、血液中の様々な検体の検出のための透過測定を実行するためにマルチプルＬＥＤが同時に用いられている。しかし、単一のスペクトル測定が行なわれるのではなく、むしろ、僅かに異なる波長で複数の同時測定が行なわれる。さらにまた、周辺光に対する保護がなく、反射又は参照の測定を行なうことも可能ではない。
上記した装置又は他の類似する装置は、何れも、範囲、感度及び／又は機械的構成の何れかで、太陽熱収集装置用の鏡の分野における測定に必要な要求を満たさない。
本発明は、携帯型で丈夫で、かつ使用が容易な装置を得るために、上記した問題の特別な特徴を考慮しており、適正な感度及びダイナミックレンジで、急速に測定を行い、測定されるべきミラーの厚さ及び曲率において十分な公差を持ち、測定における乱反射の寄与を最小化する。
装置は、発光ダイオードＬＥＤによって決められる異なる波長でミラーの鏡面反射係数の測定を行う。測定対象となるミラーは、平面鏡又は湾曲鏡であり得、異なる厚さの第一又は第二サイドミラーであり得る。
各波長は、装置における反射率測定光チャンネルを構成する。各反射率測定光チャンネルのために、装置は、二つの測定を実行し、即ち、ＬＥＤによって発せられた光の割合における参照測定と、ミラーによって鏡面反射された光の直接測定とを実行する。装置は、各光チャンネルにおける測定において参照測定及び直接測定の同時測定を行い、前記チャンネルのＬＥＤ発光力の変動を適切に修正する。
光チャンネルの数は可変であり得、少なくとも一つが、赤外線の近くまでの紫外線領域における商用ＬＥＤによる所望のスペクトル域をカバーする。太陽熱エネルギ生産設備のスペクトル特性測定のための通常の要求のためには、約５つの測定波長を有していれば十分であり得る。
鏡面反射の測定を確保するための、各光チャンネルに対する、ＬＥＤからの光ビームの入射角と、ミラーによって反射される光ビームの集束角は同じである。ミラー上の照射領域のサイズにより、反射率測定に取り込まれ得る散光の量が決められる。この望ましくない散光の量を最小限にするために、ミラー上の照射領域は可能な限り小さくするべきである。このために、ＬＥＤからの照射ビームの出力開口数は、一定の直径及び長さを持つダイアフラムによって制限され、システムの光軸上で方向決めされ、ミラー上での必要な光ビーム入射角を確保する。
鏡面反射でミラーによって反射される光は、ミラーによって鏡面的に反射された光の直接測定のための検出器上にビームを焦点合わせするレンズによって収集される。このレンズ及び検出器システムは、システムの光軸上で方向決めされ、鏡面反射における光ビームの集束角を確保する。この位置でのビームのサイズに関連するレンズのサイズにより、ミラーの曲率に対してのシステムの公差及びミラー表面を保護するガラスの厚みによって決められる測定装置に対するミラー表面の位置に対してのシステムの公差が決まる。レンズのサイズが、その位置でのビームのサイズより大きくない場合、正確な測定のためのミラーの曲率又はミラーの厚さの状態は、固有なものになり、それが変わると、ミラーによって鏡面的に反射された光ビームの全てではない光ビームがレンズによって集められ、検出器に到達されることになり、結果として、反射率測定のエラーに繋がる。太陽エネルギ生産設備において標準的なミラーの曲率及び厚さに対する十分な公差を持つために、レンズのサイズは、その点でビームのサイズの二倍であることが十分であり得る。
照射ビームの開口数、レンズサイズ及びレンズの焦点距離から成る光パラメータの組合せにより、ＬＥＤ、ミラー、レンズ及び検出器の相対位置が決まり、従って、装置のサイズが決まる。管理可能な携帯型装置を得るためには、最大焦点が１５ｍｍであり、最大直径が２．７ｍｍ（０．５インチ）のレンズを有することが望ましい。
ユニットの極めて近くで反射係数の値を正確に決めることを可能にする高感度な測定を得るためには、収集システムに十分に大きなノイズ比に対する関連信号を持たせる必要がある。光信号は、最初は周囲の太陽光から得るので、即ち、それは高輝度信号であるので、前記信号に対して、ノイズ比を高くすることを可能にする幾つかのタイプの処理を実行することが必須である。この場合には、同期検波やロックインのような抽出アルゴリズムを実行することにより信号を処理することが最も適当である。このタイプの処理を実行するために、信号測定が、周囲のノイズから容易に識別され得ることが必要であり、それは、通常、幾つかのタイプの変調を加えることによって達成される。
このタイプの装置の別の必須の特徴は、便利で融通の利く方法でデータの処理及びエクスポートを可能にすることであり、それらは最もふさわしいと判断される方法で記憶され得る。これは、標準ネットワークプロトコルを用いたワイヤレス通信を通して、ＵＳＢポートを介した従来のケーブル接続を用いて、従来のコンピュータメモリースティックを使用することによって解決され得る。
測定装置のジェネラルスキームは以下の通りである。
・特徴付けられることが要求されるミラーにおける波長の範囲をカバーする様々な発光ダイオード、即ち、ＬＥＤ。一つの好ましい実施例では、各波長に対して一つのＬＥＤが使用されている。
・使用される各ＬＥＤ用の二つの光検知器。一方が参照信号用であり、他方が直接信号を得るためである。
・ＬＥＤソースの変調、必要な信号の検出及び処理の機能を実行する回路。アナログ又はデジタル同期検波（ロックイン）であり得、光学的な環境背景ノイズから信号を抽出する。
・情報を処理し装置を制御する中央システム。それは外部コンピュータ又はマイクロコントローラのような装置自身に組み込まれたシステムであり得る。このシステムは、システムの動作全体を制御し、常に、使用されるチャンネルに対応する電子構成部品を選択し、内部及び外部通信を監視する。
・最も適当とみなされる方法で必要なデータを記憶するためのシステム。これは、コンピュータ自身のメモリ又は組み込まれたシステムの場合にはリムーバブルメモリースティックであり得る。
・装置を管理するために必要とされるスクリーン及びボタンを含むユーザインターフェイスシステム。
・検出及び信号処理システム、データ処理用中央システム、データ記憶システム及びユーザインターフェイス間の通信用システム。
・システムの電子及び光学構成要素の適切な絶縁を提供するケーシング。これにより、それらの簡単な運搬及び測定するべきミラーへの反復的な取り付けが可能になる。
・装置及び獲得した情報のその後の処理との通信を実行し、直接信号と、更正基準の前の参照信号との間の関係から各波長での反射係数を獲得するために必要な、装置にインストールされるソフトウェア。同様に、そのソフトウェアは、太陽スペクトルにおける波長に対応する重みによって得られた反射率を重みづけすることによってグローバル値を提供する。
・特徴付けられることが要求されるミラーにおける波長の範囲をカバーする様々な発光ダイオード、即ち、ＬＥＤ。一つの好ましい実施例では、各波長に対して一つのＬＥＤが使用されている。
・使用される各ＬＥＤ用の二つの光検知器。一方が参照信号用であり、他方が直接信号を得るためである。
・ＬＥＤソースの変調、必要な信号の検出及び処理の機能を実行する回路。アナログ又はデジタル同期検波（ロックイン）であり得、光学的な環境背景ノイズから信号を抽出する。
・情報を処理し装置を制御する中央システム。それは外部コンピュータ又はマイクロコントローラのような装置自身に組み込まれたシステムであり得る。このシステムは、システムの動作全体を制御し、常に、使用されるチャンネルに対応する電子構成部品を選択し、内部及び外部通信を監視する。
・最も適当とみなされる方法で必要なデータを記憶するためのシステム。これは、コンピュータ自身のメモリ又は組み込まれたシステムの場合にはリムーバブルメモリースティックであり得る。
・装置を管理するために必要とされるスクリーン及びボタンを含むユーザインターフェイスシステム。
・検出及び信号処理システム、データ処理用中央システム、データ記憶システム及びユーザインターフェイス間の通信用システム。
・システムの電子及び光学構成要素の適切な絶縁を提供するケーシング。これにより、それらの簡単な運搬及び測定するべきミラーへの反復的な取り付けが可能になる。
・装置及び獲得した情報のその後の処理との通信を実行し、直接信号と、更正基準の前の参照信号との間の関係から各波長での反射係数を獲得するために必要な、装置にインストールされるソフトウェア。同様に、そのソフトウェアは、太陽スペクトルにおける波長に対応する重みによって得られた反射率を重みづけすることによってグローバル値を提供する。
本発明によって提供される利点及び進歩の一つは、システムが、特別な暗闇や保護された状態なしに、周辺光がある野外で、ミラーの反射率の測定を実行することができることにある。
本発明によって提供される別の利点及び進歩は、様々な曲率で様々な厚みのミラーを、それらのパラメータに高い公差を持って、装置の調整をする必要なく、特性測定することができることにある。
非常に重要な他の進歩は、測定における反射された散光の寄与を最小限にすることであり、ミラーの汚れが関連する設備における測定において非常に興味深いポイントである。
本発明をよりよく理解してもらうために、以下に、特許請求の範囲に記載した発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の第一の好ましい実施例
各光チャネルに対して図１ａに示した構造を有する光学系に基づく好ましい実施例が提案される。
太陽熱収集器用のミラー（１）は、通常、セカンドフェイスミラーであり、ミラー表面上に、約３ｍｍ〜５ｍｍの間の厚さのガラスがある。これらのミラーは、平坦であり得、一点に太陽光を集中させるためのパワープラントの場合には球状に湾曲され得、又は、コアチューブ上で太陽光を集中させるような場合には円筒放物面であり得る。ミラーは、太陽スペクトルにおいて非常に高い反射係数を有しなければならない。
各光チャネルに対して図１ａに示した構造を有する光学系に基づく好ましい実施例が提案される。
太陽熱収集器用のミラー（１）は、通常、セカンドフェイスミラーであり、ミラー表面上に、約３ｍｍ〜５ｍｍの間の厚さのガラスがある。これらのミラーは、平坦であり得、一点に太陽光を集中させるためのパワープラントの場合には球状に湾曲され得、又は、コアチューブ上で太陽光を集中させるような場合には円筒放物面であり得る。ミラーは、太陽スペクトルにおいて非常に高い反射係数を有しなければならない。
反射測定は、ＬＥＤエミッター（２）によって生成されたビームがアウターガラス（１’’）を通過して、鏡面的なミラー表面（１’）で反射され、その後再びアウターガラス（１’’）を通過した後に、反射検出器（３）によって実行される測定により得られる。
ＬＥＤ（発光ダイオード）（２）は、システムの光軸（７）上で、ミラー（１）への決められた入射角に合った方向に位置決めされ、その結果、それは、鏡面仕上げ表面の方向を備えたＬＥＤの最大発光の方向に一致する。この好ましい実施例では、入射角は１５°である。ミラーの方向に向けられたこのＬＥＤ出力ビームは、ダイアフラム（５）による開口数で制限され、鏡面上でのビームサイズを補償する。さらにまた、システムは、検出器（４）によって異なる方向でＬＥＤによって発せられた光の一部の測定から参照信号を得る。
ミラー上でのビームの鏡面反射は、この位置でビームサイズの二倍のサイズのレンズ（６）によって収集される。このレンズ（６）は、システムの光軸に従って方向決めされ、直接光測定検出器（３）上に光ビームの焦点を合わせる。
図２及び図３は、構成要素を保護する上側及び前側ケーシングを含んでいない実施例の機械的な態様を示している。図面では、二つの側面ケーシング（９）が含められており、この実施例では、これらが、ミラー上での装置の支持部品を形成し、特徴付けられるべきミラー上での光学系の高さを、簡単で素早い方法で、繰り返しの位置決めを可能にする。反射測定用のエミッター、検出器、ダイアフラム及びレンズを収容した部品（８）もまた、区別され得る。
第一の好ましい実施例では、反射測定のための反射光チャンネルが直線である。エミッター（２）及び直接光検出器（３）が、部品（８）の上面に配置される。底面には、レンズ（６）及びダイアフラム（５）が配置される。この実施例では、ダイアフラム（５）は、ＬＥＤポジションにつながる同じ部材上に形成された孔である。支持部材（９）の底面に沿って配置されたゴム製Ｏリングにより、ミラー上で、それにダメージを与えることなく、装置が正確に支持される。参照検出器（４）はＬＥＤエミッター（２）上に配置され、エミッターによって、その方向に発せられた光ビームを測定する。また、参照検出器（４）は、装置の電子部品が設けられた同じプリント回路基板（１１）上で支持される。
図６は、データ収集及び処理用システム（１２）、データ処理及び装置制御システム（１４）、データ記憶システム（１５）及びユーザインターフェイスシステム（２３）を含む全体の図を示している。周辺光の影響を受けることなく測定を行なうために、データ収集及び処理システム（１２）は、（各々異なる時間で）複数のＬＥＤの電源電流を正弦波的に変えることによって変調されるエミッターの信号（２１）を用いる。この変調により、各時点で測定されるべきＬＥＤに対応する周波数を除く全ての周波数要素を取り除き、検出器（３，４）が検知する信号を引き出すことが可能になる。ＬＥＤ変調信号（２１）は、局部発振器によって変調発生器（１８）で発生される。
好ましい実施例では、可視スペクトルの高速統合測定のために白色光を発するＬＥＤに加えてスペクトル関心領域をカバーする４３５、５２５、６５０、７８０及び９４９の５つのＬＥＤ周波数が選択されている。
光検出器（３，４）の後ろには二つの増幅器（１９）が設けられており、これらの増幅器の増幅率は、それらの持つ抵抗の値に依存する。これら抵抗の一つは、デジタルポテンショメータであり得、その値はソフトウェアを介して制御され得、アナログ・デジタル変換システム（１７）のデジタル出力（２０）を使用中何時でも、各チャンネルの増幅率を調整することを可能にする。
周波数フィルタリングは、信号検出及び処理システム（１２）において同期検波（ロックイン検出）によって実行される。同期検波システムは、もっぱら変調周波数に対する信号の増幅を伴い、その周波数は電気参照信号から得られる。同期検波はアナログ又はデジタルであり得る。
同期アナログ検波の場合、光検出器（３，４）で検出された信号は、ロックイン増幅アナログ回路で処理される。前記回路の出力（連続信号）は、アナログ・デジタル変換器（１７）に向けられる。アナログ・デジタル変換は、エミッター（２）及び検出器（３，４）並びに毎回測定されるべき光チャンネルの選択の基板の電源のデジタル出力（２０）を介した制御にも関与するデータ収集基板ＤＡＱを用いて実行される。
同期デジタル検波の場合、第一のステップは、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、デジタル信号処理の能力があるマイクロコントローラ、又は同期検波アルゴリズムを実行するコンピュータのような、次の信号のデジタル処理システムへの信号の入力のための、変調信号（２１）及びＤＡＱを用いた光検知器（３，４）からの信号のデジタル化である。
検出及び信号処理システム（１２）は、従来の外部コンピュータであり得るデータ処理及び装置制御システム（１４）と通信する。
別の実施例では、制御コンピュータが、アナログ・デジタル変換器（１７）に置き換えて使用することもできるマイクロコントローラのような実際の装置に組み込まれたシステムに置き換えられる。デジタル形式での処理を実行する場合、同期処理を実行するために用いられる要素と同じ要素（ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、デジタル信号処理の能力があるマイクロコントローラ）が、ＤＡＰ及び制御コンピュータ（１４）の両方の代わりになり得る。後者の場合、プロセッサ要素は、変調発生器（１８）で用いられる局部発信器の代わりにもなり得、変調信号が同じ処理システムによって発生されるので、変調信号（２１）を獲得する必要性をなくす。
図５は、装置の中に全てのシステムが組み込まれた実施例の外観を示している。
データ処理装置制御システムにインストールされたプログラムは、対応するＬＥＤ変調のための測定チャンネル選択並びに別の処理及び記憶装置のために獲得されたデータの読取を含む、測定処理に必要な機能を全て実行するために信号検出及び処理システム（１２）に組み込まれたコマンドの使用を可能にする。また、それは、関連データを記憶システム（１５）に記憶し、データ及びユーザインターフェイスシステム（２３）を用いたコマンドを管理することを可能にする。平面鏡に対応する測定の具体例を図５に示す。
装置の操作方法は、チューブの反射及び透過係数を得るための以下のステップを有する。
１．ミラー上に安定的に支持される方法で装置を位置決めするステップ
２．装置のエミッターを作動させるステップ
３．連続的に、ＬＥＤエミッターの各々を測定周波数に変調するステップ
４．ミラー表面でのビームのサイズを確保するために、ミラーの方向に向けられた出力ＬＥＤエミッタービームを、ダイアフラム（５）による数の孔で制限するステップ
５．ＬＥＤエミッター（２）によって発生されたビームを、ミラー表面で鏡面的に反射するステップ
６．ミラー上でのビームの鏡面反射を、その位置でビームの二倍のサイズであって、システムの光軸に従って方向決めされ、直接光測定検出器（３）上に光ビームを焦点合わせするレンズ（６）で収集するステップ
７．他方において、検出器（４）を用いて、システムが、別の異なる方向にＬＥＤによって発せられた光の一部の測定から参照信号を獲得するステップ
８．各ＬＥＤの発光強度の変化の影響を取り除くために、変調されたＬＥＤに対応する反射検出器において得られたデータをその参照信号によって標準化するステップ
９．次いで、既知の標準参照によってもその最終値が得られる、各波長に対するミラーの反射係数を獲得するステップ
１０．既知の反射係数を用いてミラーを使用することを必要とする先の校正であって、この方法の最初の８つのステップに続けて実行される校正の後に、標準に対応する値を装置に記憶するステップ
１１．獲得した情報の処理の後に、基本的には、ある標準を使用する校正の前の直接信号と参照信号との間の関係に基づいて波長の各々に対する反射係数の値を得ることから成るステップ
１２．太陽スペクトルにおける前記波長に対応する重みを用いて、各波長において得られた値の重み付けにより反射率の総合的値を得るステップ
１．ミラー上に安定的に支持される方法で装置を位置決めするステップ
２．装置のエミッターを作動させるステップ
３．連続的に、ＬＥＤエミッターの各々を測定周波数に変調するステップ
４．ミラー表面でのビームのサイズを確保するために、ミラーの方向に向けられた出力ＬＥＤエミッタービームを、ダイアフラム（５）による数の孔で制限するステップ
５．ＬＥＤエミッター（２）によって発生されたビームを、ミラー表面で鏡面的に反射するステップ
６．ミラー上でのビームの鏡面反射を、その位置でビームの二倍のサイズであって、システムの光軸に従って方向決めされ、直接光測定検出器（３）上に光ビームを焦点合わせするレンズ（６）で収集するステップ
７．他方において、検出器（４）を用いて、システムが、別の異なる方向にＬＥＤによって発せられた光の一部の測定から参照信号を獲得するステップ
８．各ＬＥＤの発光強度の変化の影響を取り除くために、変調されたＬＥＤに対応する反射検出器において得られたデータをその参照信号によって標準化するステップ
９．次いで、既知の標準参照によってもその最終値が得られる、各波長に対するミラーの反射係数を獲得するステップ
１０．既知の反射係数を用いてミラーを使用することを必要とする先の校正であって、この方法の最初の８つのステップに続けて実行される校正の後に、標準に対応する値を装置に記憶するステップ
１１．獲得した情報の処理の後に、基本的には、ある標準を使用する校正の前の直接信号と参照信号との間の関係に基づいて波長の各々に対する反射係数の値を得ることから成るステップ
１２．太陽スペクトルにおける前記波長に対応する重みを用いて、各波長において得られた値の重み付けにより反射率の総合的値を得るステップ
本発明の第二の好ましい実施例
第二の好ましい実施例は、光チャンネルの配置以外は、第一の好ましい実施例と同一であり、この配置は、図４に示したような線形の代わりに円である。従って、ミラー表面上の照明ポイントは、全てのＬＥＤダイオードに対して同じであり、各チャンネルの反射率測定はミラー上の同じポイントに対応する。
第二の好ましい実施例は、光チャンネルの配置以外は、第一の好ましい実施例と同一であり、この配置は、図４に示したような線形の代わりに円である。従って、ミラー表面上の照明ポイントは、全てのＬＥＤダイオードに対して同じであり、各チャンネルの反射率測定はミラー上の同じポイントに対応する。
本発明の第三の好ましい実施例
第三の好ましい実施例は、各測定チャンネルにおいてレンズが取り除かれ、図１ｂに示すように、その位置に、検出器が直接配置されていることを除いて、第一の好ましい実施例と同一である。従って、ミラー上でのビームの鏡面反射は直接光測定検出器（３）に直接、導かれる。
第三の好ましい実施例は、各測定チャンネルにおいてレンズが取り除かれ、図１ｂに示すように、その位置に、検出器が直接配置されていることを除いて、第一の好ましい実施例と同一である。従って、ミラー上でのビームの鏡面反射は直接光測定検出器（３）に直接、導かれる。
本発明の第四の好ましい実施例
第四の好ましい実施例は、各測定チャンネルにおいてレンズが取り除かれ、図１ｂに示すように、その位置に、検出器が直接配置されていることを除いて、第二実施例と同一である。従って、ビームのミラーにおける鏡面反射は、直接光測定検出器（３）に直接、導かれる。
第四の好ましい実施例は、各測定チャンネルにおいてレンズが取り除かれ、図１ｂに示すように、その位置に、検出器が直接配置されていることを除いて、第二実施例と同一である。従って、ビームのミラーにおける鏡面反射は、直接光測定検出器（３）に直接、導かれる。
本発明の主たる応用は、太陽熱発電プラントの平面鏡及び円筒状放物面鏡の光特性の制御のための装置の使用であるが、測定装置と類似の特徴を必要とする他の工業分野への拡張は排除されない。
１ ガラス（１’’）の表面（１’）が鏡面であることを特徴とするミラー
２ ＬＥＤビームエミッター
３ 反射検出器
４ 反射基準検出器
５ ミラーの表面でのビームサイズを制限するダイアフラム
６ ミラーによって反射されたビームを収集するレンズ
７ システムの光軸を示す線
８ 直接反射測定ＬＥＤエミッター及び検出器を収容する部分
９ ミラー上の装置用支持部分を形成する側面ケーシング
１０ ミラー上で、その表面にダメージを与えることなく装置を正確に支持することを補償するＯリング
１１ 基準測定検出器を収容するプリント回路基板
１２ 信号の収集及び処理用システム
１３ ミラーの反射係数を測定するモジュール
１４ データ処理及び装置制御システム
１５ データ記憶システム
１６ 同期検波
１７ アナログ・デジタル変換器
１８ 変調発生器
１９ トランスインピーダンス増幅器
２０ デジタル出力経由制御
２１ ＬＥＤ変調信号
２２ 測定された電気アナログ信号
２３ ユーザインターフェイス
２４ コマンド
２５ データ
２６ 装置スクリーン
２７ 装置のボタン又はキーボード
２ ＬＥＤビームエミッター
３ 反射検出器
４ 反射基準検出器
５ ミラーの表面でのビームサイズを制限するダイアフラム
６ ミラーによって反射されたビームを収集するレンズ
７ システムの光軸を示す線
８ 直接反射測定ＬＥＤエミッター及び検出器を収容する部分
９ ミラー上の装置用支持部分を形成する側面ケーシング
１０ ミラー上で、その表面にダメージを与えることなく装置を正確に支持することを補償するＯリング
１１ 基準測定検出器を収容するプリント回路基板
１２ 信号の収集及び処理用システム
１３ ミラーの反射係数を測定するモジュール
１４ データ処理及び装置制御システム
１５ データ記憶システム
１６ 同期検波
１７ アナログ・デジタル変換器
１８ 変調発生器
１９ トランスインピーダンス増幅器
２０ デジタル出力経由制御
２１ ＬＥＤ変調信号
２２ 測定された電気アナログ信号
２３ ユーザインターフェイス
２４ コマンド
２５ データ
２６ 装置スクリーン
２７ 装置のボタン又はキーボード
Claims (26)
- 太陽熱収集器のミラーの特性測定用の、より詳細には、太陽熱収集器のミラーの鏡面反射のスペクトル測定用の携帯型反射率計であって、
・少なくとも一つの光源としての発光ダイオード（２）並びに少なくとも二つの光検出器である基準検出器（４）及び測定検出器（３）を備えたミラーの反射係数の測定を実行するモジュール（１３）と、
・発光ダイオード（２）の出力光ビーム及びミラー上での入射を、サイズ及び孔において、制限し、ミラー上に照射されるサイズを確保し、従って、測定における乱反射の寄与を制限するダイアフラム（５）と、
・ミラーの曲率及び厚みにおける許容範囲を持つために、ミラー上でのビームの鏡面反射の後ろに配置され、前記ビームよりサイズが大きく、システム（７）の光軸に従って方向決めされ、光ビームを光検出器（3)に焦点合わせするレンズ（６）と、
・・各時点において測定されるＬＥＤに対応する周波数を除く周波数を除去する同期アナログ又はデジタル検波器（１６）、
・・前記同期アナログ又はデジタル検波器（１６）から受信した信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器（１７）及び
・・各光発光ダイオードを調整して、各測定周波数において、変調された光を発せさせる電子変調発生器（１８）又は
マイクロプロセッサ
を備えた、特定の光波長におけるミラーの反射率に対する値を得るための信号収集及び処理用電子システム（１２）と、
・太陽スペクトルにおける各波長に従った重みを用いて、得られた値を重み付けすることによって全体的な反射率の値を提供するデータ処理及び装置制御システム（１４）と、
・関連データ記憶システム（１５）と、
・ユーザインターフェースシステム（２３）と、
・上記システム（１２，１３，１４，１５，２３）間の通信用システムと、
・外装ケーシングと
を少なくとも備えていることを特徴とする携帯型反射率計。 - 光検出器（３，４）の後ろで二つの増幅処理（１９）が行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 二つの増幅処理の少なくとも一方が、ソフトウェアコマンドを介して何時でも変更され得る増幅率を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の携帯型反射率計。 - 発光ダイオードの数が、太陽スペクトルに対応する３００から２５００ｎｍの間のスペクトル領域の範囲内で１から２４の間である
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - ５つのＬＥＤが４３５、５２５、６５０、７８０及び９４９ｎｍの波長で導入され、かつ、白色光を発する一つのＬＥＤが導入される
ことを特徴とする請求項４に記載の携帯型反射率計。 - エミッターが直線構造で配置されるようにエミッター配置がなされている
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - エミッターが円形構造で配置されるようにエミッター配置がなされている
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 各エミッターが、光ビームの最大放射方向がミラー上のシステムの入射光軸に合致するように方向決めして配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - レンズ（６）及び光検出器（３）の両方が、鏡面反射によって決められたシステム（７）の光軸に従って方向決めされる
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - レンズ（６）のサイズが、この点においてビームのサイズの二倍である
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - レンズが、１５ｍｍの最大焦点と、１２．７ｍｍ（０．５インチ）の最大直径を有し、携帯型装置を管理できるようにする
ことを特徴とする請求項１０に記載の携帯型反射率計。 - 変調発生器（１８）が局部発振器である
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - アナログ・デジタル変換器（１７）がデータ収集基板ＤＡＱ又はマイクロコントローラによって実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 変調発生器（１８）が、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、デジタル信号処理の能力があるマイクロコントローラ、又はコンピュータのような任意のデジタル処理システムである
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 信号処理が、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、デジタル信号処理の能力があるマイクロコントローラ、又はコンピュータのような任意のデジタル処理システムによって実行される
ことを特徴とする請求項１４に記載の携帯型反射率計。 - 同期検波（１６）及び変調発生器（１８）において用いられるデジタル処理システムが同じものである
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - データ処理及び装置制御システム（１４）が、携帯型反射率計の外部にあるコンピュータである
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 装置と外部コンピュータとの間の通信が、無線又は有線で実行される
ことを特徴とする請求項１７に記載の携帯型反射率計。 - 関連データの記憶システム（１５）が、携帯型反射率計の外部にあるコンピュータに配置されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の携帯型反射率計。 - ユーザインターフェイスシステム（２３）が、携帯型反射率計の外部にあるコンピュータに配置されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の携帯型反射率計。 - データ処理及び装置制御システム（１４）が装置自身に組み込まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - 装置自身に組み込まれたシステムが、信号の検出及び処理用のシステムプロセス（１２）においても用いられる構成要素の少なくとも一つと置き換わり、これらの構成要素が、同期検波（１６）、アナログ・デジタル変換器（１７）及び変調発生器（１８）に加えて、それらの記憶システム（１５）及びユーザインターフェイスシステム（２３）である
ことを特徴とする請求項２１に記載の携帯型反射率計。 - 装置自身に組み込まれたシステムが、記憶システム（１５）及び／又はそれらの機能を実行するユーザインターフェイスシステム（２３）と置き換わる
ことを特徴とする請求項２１に記載の携帯型反射率計。 - 反射率の測定用の光チャンネルが直線に配置され、
エミッター（２）及び直接光検出器（３）が、ある部材（８）の上側に配置され、下面にはレンズ（６）及びＬＥＤ位置に繋がる同じ部材に形成された孔からなり得るダイアフラム（５）が配置され、支持部材（９）の下側形状に沿って弾性Ｏリング（１０）が配置され、ミラーにダメージを与えることなく、ミラー上に装置を正確に支持することを保証し、
参照検出器（４）が、ＬＥＤエミッター（２）に配置され、それらによって、その方向に発せられた光ビームを測定し、装置の電子部品を含む同じプリント回路基板（１１）上に支持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型反射率計。 - ミラーの反射係数を測定することを特徴とする請求項１〜２４の何れか一項の携帯型反射率計を使用する太陽熱発電プラントのミラーの特性測定方法であって、
１．ミラー上に安定的に支持される方法で装置を位置決めするステップ
２．装置のエミッターを作動させるステップ、
３．連続的に、ＬＥＤエミッターの各々を測定周波数に変調するステップ、
４．ミラー表面でのビームのサイズを確保するために、ミラーの方向に向けられた出力ＬＥＤエミッタービームを、ダイアフラム（５）による開口数で制限するステップ、
５．ＬＥＤエミッター（２）によって発生されたビームを、ミラー表面で鏡面的に反射するステップ、
６．ミラー上でのビームの鏡面反射を、その位置でビームの二倍のサイズであって、システムの光軸に従って方向決めされ、直接光測定検出器（３）上に光ビームを焦点合わせするレンズ（６）で収集するステップ、
７．他方において、検出器（４）を用いて、システムが、別の異なる方向にＬＥＤによって発せられた光の一部の測定から参照信号を獲得するステップ、
８．各ＬＥＤの発光強度の変化の影響を取り除くために、変調されたＬＥＤに対応する反射検出器において得られたデータをその参照信号によって標準化するステップ、
９．次いで、既知の標準参照によってもその最終値が得られる、各波長に対するミラーの反射係数を獲得するステップ、
１０．既知の反射係数を用いてミラーを使用することを必要とする先の校正であって、この方法の最初の８つのステップに続けて実行される校正の後に、標準に対応する値を装置に記憶するステップ、
１１．獲得した情報の処理の後に、基本的には、ある標準を使用する校正の前の直接信号と参照信号との間の関係に基づいて波長の各々に対する反射係数の値を得ることから成るステップ、及び
１２．太陽スペクトルにおける前記波長に対応する重みを用いて、各波長において得られた値の重み付けにより反射率の総合的値を得るステップ
を備え、
参照信号及び反射信号の測定が、各波長に対して同時に行われる
ことを特徴とする方法。 - ミラー上で反射した光ビームが、反射力の直接測定の信号を得るために、レンズ（６）を使用することなく光検出器（３）によって直接収集される
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
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