KR100295605B1 - Analog solar sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광선이 슬릿을 통과할 때의 각도를 전압으로 변환하여 입사각도를 구할 수 있는 아날로그 태양센서에 있어서, 출력신호의 처리속도를 증가시키고 정밀도를 크게 향상시키는 아날로그 태양 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides an analog solar sensor in which an angle of incidence can be obtained by converting an angle when sunlight passes through a slit into a voltage, thereby increasing the processing speed of an output signal and greatly improving the accuracy. The purpose is.
본 발명에 따르면, 태양광선이 입사되는 슬릿, 상기 슬릿을 통해 입사된 태양광선의 압사각도를 전류로 변환시키는 감지소자, 상기 감지소자에 의하여 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전류 - 전압 변환기, 상기 전류 - 전압 변환기를 통과한 전압 신호에 포함된 잡음을 제거하는 필터, 상기 필터를 통과한 출력 신호를 원하는 크기의 전압으로 증폭시키는 증폭기를 포함하는 아날로그 태양센서에 있어서, 상기 감지소자는 한쪽 단면이 S자 형상으로 이루어진 2 개의 감지소자의 테이퍼면을 접합시킨 것을 특징으로 하는 아날로그 태양센서가 제공된다.According to the present invention, a slit into which solar light is incident, a sensing device for converting the angle of incidence of the solar light incident through the slit into a current, and a current-to-voltage converter for converting the current signal converted by the sensing device into a voltage signal. In the analog solar sensor comprising a filter for removing the noise contained in the voltage signal passed through the current-voltage converter, an amplifier for amplifying the output signal passed through the filter to a voltage of a desired size, wherein the sensing element is one side An analog solar sensor is provided, comprising a tapered surface of two sensing elements each having an S-shaped cross section.
Description
본 발명은 태양광선의 입사각도를 구할 수 있도록 한 아날로그 태양센서에 관한 것이며, 특히 입사되는 태양광선이 고정된 슬릿(slit)을 통과할 때의 각도를 전압으로 변환하여 입사각도를 구할 수 있고, 정밀도가 0.1도 이하인 고정밀도 아날로그 태양센서에 관한 것이다.The present invention relates to an analog solar sensor that can obtain the incident angle of the sunlight, in particular, the angle of incidence when the incident sunlight passes through a fixed slit (slit) can be converted into a voltage to obtain the incidence angle, The present invention relates to a high precision analog solar sensor with a precision of 0.1 degrees or less.
상기와 같이 태양의 입사각도를 구할 수 있는 아날로그 태양센서의 응용 분야는 매우 광범위하며, 특히, 자세 제어를 위한 인공위성에 주로 사용된다. 인공위성은 자세 제어를 위하여 우주 환경에 존재하는 태양, 별, 지구 자기장 등을 이용하는데 그 중에서 가장 쉽게 이용할 수 있는 기준원은 태양광이다. 태양광의 에너지는 단위 제곱미터당 1.4 KW 로서 우주공간에 있는 어떠한 기준원보다 크기 때문에 광학센서의 기준원으로서 적합하다. 즉, 태양으로부터 방사되는 태양광선이 위성에 장착된 태양센서의 슬릿을 통해 입사될 때 입사되는 태양광선의 각도에 따라 태양전지의 출력신호의 강도가 변화하는데 이를 이용하여 자세 정보를 얻을 수 있다.As described above, the field of application of the analog solar sensor which can obtain the angle of incidence of the sun is very wide, and in particular, it is mainly used in satellites for attitude control. Satellites use the sun, stars, and the Earth's magnetic field in space to control their attitude, and the most easily available reference source is sunlight. The solar energy is 1.4 KW per square meter, which is larger than any reference source in space, making it suitable as a reference source for optical sensors. That is, the intensity of the output signal of the solar cell changes according to the angle of the incident sunlight when the sunlight rays emitted from the sun are incident through the slit of the solar sensor mounted on the satellite, it is possible to obtain the attitude information by using this.
한편, 태양의 입사각도를 구할 수 있는 종래의 일반적인 아날로그 태양센서는 도 1에서 도시한 바와 같이 태양광선이 통과하는 슬릿(104), 직각삼각형 모양의 2개의 센서소자의 테이퍼면(경사면)을 접합시킨 감지소자(100), 상기 감지소자에 의하여 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전류 - 전압 변환기(106), 상기 전류 - 전압 변환기에 의하여 변환된 전압신호에서 잡음 성분을 제거하는 필터(107), 상기 필터를 통과한 미약한 출력 신호를 원하는 전압으로 충분히 증폭시키는 증폭기(108)로 구성되어 있다.On the other hand, in the conventional analog solar sensor that can obtain the angle of incidence of the sun, as shown in Figure 1, the slit 104 through which the sunlight passes, and the tapered surface (inclined surface) of the two sensor elements of the right triangle shape The sensing element 100, a current-voltage converter 106 for converting the current signal converted by the sensing element into a voltage signal, and a filter 107 for removing noise components from the voltage signal converted by the current-voltage converter. And an amplifier 108 which sufficiently amplifies the weak output signal passing through the filter to a desired voltage.
상기의 아날로그 태양센서의 작동원리를 살펴보면 다음과 같다.The operating principle of the analog solar sensor is as follows.
상기 슬릿(104)을 통해 입사된 태양광선은 상기 감지소자(100)에 의하여 전류신호로 변환되고, 변환된 전류신호는 상기 전류 - 전압 변환기(106)에 의하여 전압신호로 변환된다. 변환된 전압신호는 상기 필터(107)에 의하여 전압신호에 포함된 각종 잡음 성분이 제거되어 출력되며, 상기 필터를 통과한 출력신호는 증폭기(108)에 의하여 충분한 신호의 크기로 증폭된다.The sunlight incident through the slit 104 is converted into a current signal by the sensing element 100, and the converted current signal is converted into a voltage signal by the current-voltage converter 106. The converted voltage signal is output by removing various noise components included in the voltage signal by the filter 107, and the output signal passing through the filter is amplified to a sufficient signal size by the amplifier 108.
한편, 종래의 아날로그 태양센서는 태양광선이 슬릿을 통과할 때 발생하는 난반사 때문에 압사각도 0˚부근에서 정밀도가 떨어지고, 또한, 감지소자가 직각 삼각형 구조이기 때문에 입사되는 태양광선의 입사각도와 감지소자의 출력전압이 비례(선형성)하지 않게 된다.On the other hand, in the conventional analog solar sensor, the accuracy of reflection is in the vicinity of 0 ° due to the diffuse reflection generated when sunlight passes through the slit. Also, since the sensing element is a right triangle structure, the incident angle of the incident sunlight and the sensing element The output voltage is not proportional (linearity).
이를 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at this in detail as follows.
도 1b는 종래의 아날로그 태양센서에 사용되던 감지소자의 확대도인데, 직각 삼각형의 형상을 가진 태양광선 센서소자의 테이퍼면을 접합하여 제작한 것으로써, 전압 - 각도 특성은 태양광선의 입사각도가 커지면, 수광면적(감지소자에 비추는 태양광선의 면적)이 넓어지고, 광도와 출력전압의 선형성이 떨어지는데, 그 이유는 입사각도가 커짐에 따라 수광면적은 넓어지지만, 입사각도의 증가량과 수광면적의 증가량이 선형성을 나타내지 않기 때문에, 결국 입사각도와 출력전압도 선형성을 나타내지 않게 된다.1B is an enlarged view of a sensing element used in a conventional analog solar sensor, manufactured by joining a tapered surface of a photovoltaic sensor element having a right triangle shape, and the voltage-angle characteristic is an angle of incidence of sunlight The larger the light receiving area (the area of sunlight shining on the sensing element), the lower the linearity of the light intensity and the output voltage. The reason is that the light receiving area becomes wider as the angle of incidence increases, but the increase in the incident angle and the light receiving area Since the increase amount does not show linearity, the incident angle and output voltage also do not show linearity.
상기에서 서술한 이유 때문에 출력 전압을 데이터 처리하면 일반적으로 5차 다항식을 이용한 식으로 표현이 되므로 처리가 복잡하고 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 이에 관한 보다 상세한 내용은 [미국특허 5644134, Sun Sensors, 1997.7.1], [미국특허 5572316, Analog sun sensor, 1996.11.5]에서 기술되고 있다.For the reasons described above, when the output voltage is data processed, it is generally expressed as a formula using a fifth-order polynomial, which causes a problem that the processing is not complicated and easy. More details on this are described in US Patent 5644134, Sun Sensors, 1997.7.1, US Patent 5572316, Analog sun sensor, 1996.11.5.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 난반사를 최소화하고 감지소자의 감지특성을 보상하여 정밀도를 향상시킨 아날로그 태양센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention to provide an analog solar sensor with improved precision by minimizing diffuse reflection and compensating the sensing characteristics of the sensing element.
제1a도는 종래 기술에 따른 아날로그 태양센서의 구성을 나타낸 예시도이고,Figure 1a is an exemplary view showing the configuration of an analog solar sensor according to the prior art,
제1b도는 제1a도에 도시된 감지소자의 확대도이고,FIG. 1B is an enlarged view of the sensing element shown in FIG. 1A,
제2a도는 본 발명의 한 실시예에 따른 아날로그 태양센서의 구성도이고,Figure 2a is a block diagram of an analog solar sensor according to an embodiment of the present invention,
제2b도는 제2a도에 도시된 감지소자의 확대도이고,FIG. 2B is an enlarged view of the sensing element shown in FIG. 2A,
제3도는 제2b도에 도시된 감지 소자의 S자 형상을 타원 방정식을 이용하여 구체화시키는 개념을 보여주는 단면이다.3 is a cross-sectional view showing the concept of embodying the S-shape of the sensing element shown in FIG. 2B using an elliptic equation.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100, 200 : 감지소자 104 : 슬릿100, 200: sensing element 104: slit
106 : 전류 - 전압 변환기 107 : 필터106: current-voltage converter 107: filter
108 : 증폭기 210 : 감쇠필터108 amplifier 210 attenuation filter
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 태양광선이 입사되는 슬릿, 상기 슬릿을 통해 입사된 태양광선의 입사각도를 전류로 변환시키는 감지소자, 상기 감지소자에 의하여 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전루 - 전압 변환기, 상기 전류 - 전압 변환기를 통과한 전압 신호에 포함된 잡음을 제거하는 필터, 상기 필터를 통과한 출력 신호를 원하는 크기의 전압으로 증폭시키는 증폭기를 포함하는 아날로그 태양센서에 있어서, 상기 감지소자는 한쪽 단면이 S자 형상으로 이루어진 2 개의 감지소자의 테이퍼면을 접합시킨 것을 특징으로 하는 아날로그 태양센서가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, a slit into which the sunlight is incident, a sensing element for converting the incident angle of the sunlight incident through the slit into a current, the current signal converted by the sensing element An analog aspect including an electric current-to-voltage converter for converting into a voltage signal, a filter for removing noise contained in the voltage signal through the current-to-voltage converter, and an amplifier for amplifying the output signal through the filter to a voltage having a desired magnitude. In the sensor, the sensing element is provided with an analog solar sensor, characterized in that the tapered surface of the two sensing elements of one end in an S-shape bonded to each other.
아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.
도면의 도 2a에서 도시된 바와 같이, 아날로그 태양센서는 6개의 장치(104, 106, 107, 108, 200, 210)를 포함하는 바, 입사되는 태양광선의 난반사를 감소시키기 위하여 태양광선의 광도를 감쇠시키는 감쇠필터(210)가 설치되고, 태양광선을 감지하기 위하여 적당한 크기의 홀(Hole)을 갖는 슬릿(104)이 설치되며, 태양광선의 광도에 따라 이를 전류신호로 변환시키는 감지소자(200)가 설치된다. 또한 감지소자에 의하여 발생한 출력신호를 모니터링하기 위한 전류 - 전압 변환기(106), 필터(107) 및 증폭기(108)가 설치된다.As shown in FIG. 2A of the drawing, the analog solar sensor includes six devices 104, 106, 107, 108, 200, and 210, and the light intensity of sunlight is reduced to reduce the diffuse reflection of the incident sunlight. Attenuation filter 210 to attenuate is installed, and a slit 104 having a hole (Hole) of a suitable size is installed to detect sunlight, and a sensing element 200 for converting it into a current signal according to the brightness of sunlight. ) Is installed. In addition, a current-to-voltage converter 106, a filter 107 and an amplifier 108 are provided for monitoring the output signal generated by the sensing element.
상기 감쇠필터(210)는 태양광선이 슬릿을 통과할 때 발생하는 난반사 성분을 감소시키는 역할을 한다. 한편, 태양에너지가 강할수록 난반사 성분은 증가하므로, 감쇠필터(210)를 가변성 감쇠필터로 구성하는 것이 보다 바람직하다. 이 때 감쇠 정도는 감지소자(200)가 충분하게 태양광선을 감지할 수 있을 정도이어야 한다.The attenuation filter 210 serves to reduce the diffuse reflection component that occurs when sunlight passes through the slit. On the other hand, as the solar energy is stronger, the diffuse reflection component increases, so it is more preferable to configure the damping filter 210 as a variable damping filter. At this time, the degree of attenuation should be enough for the sensing element 200 to sufficiently detect sunlight.
또한, 상기 감지소자(200)는 종래기술에서 발생하였던 문제점, 즉 태양광선의 입사각도와 감지소자에서 발생하는 전류신호의 세기가 선형성(linearity)을 갖지 않는다는 문제점을 극복하기 위하여, 도 2b와 같이 일측면이 S자 형상으로 이루어진 2개의 센서소자(220, 230)의 테이퍼면을 접합하여 구성한다,In addition, in order to overcome the problem that the sensing device 200 has occurred in the prior art, that is, the incident angle of sunlight and the intensity of the current signal generated by the sensing device do not have linearity, as shown in FIG. 2B. The tapered surfaces of the two sensor elements 220 and 230, each of which has an S-shaped side, are bonded to each other.
상기의 감지소자는 일측면이 S자 형상으로 이루어진 2개의 센서소자가 접합되어 있기 때문에, 태양광선의 입사각도가 증가함에 따라, 감지소자의 일부분은 오히려 종래의 직각삼각형으로 이루어진 태양센서보다 입사각도의 증가와 수광면적의 증가가 선형성을 나타내지 않으나, 또 다른 일부분은 입사각도의 증가와 수광면적의 증가가 선형성을 나타낼 정도로 수광면적이 증가하므로, 전체적으로 종래의 아날로그 태양센서보다 더 정밀도가 높다.Since the sensing element is joined to two sensor elements each having an S-shape on one side thereof, as the incident angle of the sunlight increases, a part of the sensing element is rather more incident than the conventional solar sensor made of a right triangle. Although the increase in the light receiving area and the increase in the light receiving area do not show linearity, the other part increases the light receiving area such that the increase in the incident angle and the increase in the light receiving area show linearity, so that the overall precision is higher than that of the conventional analog solar sensor.
즉, 본 실시예에서는 태양광선의 입사각도가 커짐에 따라 감지소자에 비추어지는 수광면적의 증가를 종래의 아날로그 태양센서보다 더욱 크게 하여, 태양광선의 입사각도와 출력전압의 선형성을 보장할 목적으로 센서소자를 S자 형상으로 제작한 것이다.That is, in the present embodiment, as the incident angle of the solar light increases, the increase in the light receiving area projected on the sensing element is made larger than that of the conventional analog solar sensor, so as to ensure linearity of the incident angle of the sunlight and the output voltage. The device is manufactured in an S shape.
한편, 본원 발명의 실시예에서는 x2/212+ y2/82= 1 을 이용하여 S자 형상을 구체화하였는데, 이는 도 3에 도시되어 있다.On the other hand, in the embodiment of the present invention using a x 2/21 2 + y 2 /8 2 = 1 were embodying the S-shape, which is shown in FIG.
즉, 도 3에 도시되어 있는 타원의 제 2 사분면 위의 점 (10,7) 및 (20,2)를 잡아서 그 곡면을 이용하여 본 실시예를 구현하였는데, 이와 같은 S자 형상은 태양광의 입삭 각도가 -20도에서 +20도 이내에서 가장 그 정밀도가 높다는 것이 실험적으로 입증되었다.In other words, the present embodiment was implemented by using the curved surfaces by grabbing the points (10,7) and (20,2) on the second quadrant of the ellipse shown in FIG. It is experimentally proven that the highest accuracy is within -20 to +20 degrees.
또한, 이와 같이 태양 센서를 구성하면, 각도를 구하기 위한 다항식도 종래의 5차 다항식과는 달리, 1차 다항식에 근사한 식이 나오게 되어 데이터 처리 과정이 매우 간단해지는 효과가 있다.In addition, if the solar sensor is configured as described above, the polynomial for obtaining the angle is also different from the conventional fifth-order polynomial, and thus an equation that approximates the first-order polynomial comes out, which greatly simplifies the data processing process.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 태양광선의 난반사를 억제하고, 태양광선의 입사각도와 감지소자의 출력신호가 선형성을 나타내도록 하여, 출력신호의 처리 속도를 증가시키고, 태양센서의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention suppresses diffuse reflection of sunlight, and makes the incident angle of the sunlight and the output signal of the sensing element exhibit linearity, thereby increasing the processing speed of the output signal and greatly improving the precision of the solar sensor. It can be effective.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함음 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only for describing the best embodiment of the present invention and not for limiting the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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Payment date: 20070502 Year of fee payment: 7 |
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