KR102118649B1 - 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법 - Google Patents

태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양고도 측정장치에 관한 것으로서, 베이스 플레이트의 상부에서 회전가능하게 결합된 회전플레이트와, 회전플레이트 상부에서 회전플레이트의 회전중심방향과 직교하는 방향을 따라 회전가능하게 회전플레이트에 지지되게 설치된 틸팅플레이트와, 틸팅플레이트의 상면에 장착되며 입사면에 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 위치에 대응되게 출력하는 시모스보드와, 시모스 보드의 입사면으로부터 수직상으로 연장되게 결합된 집광통과, 집광통의 상부에 결합된 집속렌즈와, 회전플레이트를 회전구동하는 제1구동부와, 틸팅플레이트를 틸팅구동하는 제2구동부와, 제1 및 제2구동부를 제어하면서 시모스보드로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 베이스 플레이트가 안착된 지점을 기준으로 태양에 대한 고도각을 산출하는 제어유니트를 구비한다. 이러한 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법에 의하면, 자동으로 정밀하게 태양 고도를 측정하여 제공해줄 수 있다.

Description

태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법{measuring apparatus for sun altitude angle and measuring method for sun altitude angle thereof}
본 발명은 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법에 관한 것으로서, 상세하게는 자동으로 태양을 추적하여 태양의 고도를 산출하는 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법에 관한 것이다.
태양의 고도는 계절의 변화에 따라 달라지고, 계절의 변화는 지구의 자전축이 23.5°기울어진 상태에서 태양을 중심으로 공전하기 때문에 일어나는 현상이다.
최근 태양광을 이용하여 발전 또는 집열하는 장치의 이용이 증가하고 있으며 집광 효율을 높이기 위해 태양광을 추적하는 추적장치도 적용되고 있다.
한편, 태양의 고도를 측정하는 장치는 국내 등록특허 제10-1301320호 등 다양하게 제안되어 있으나 대부분 학습교구용으로서 사용자가 조작에 의해 고도를 측정하는 구조로 되어 있을 뿐 고도를 자동으로 측정하여 알려주지는 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 태양의 고도를 자동으로 측정하여 알려줄 수 있는 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양고도 측정 장치는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 상부에서 상기 베이스 플레이트의 상면 중앙에서 수직한 방향으로 연장되는 제1중심선을 기준으로 상기 베이스 플레이트에 대해 회전가능하게 결합된 회전플레이트와; 상기 회전플레이트 상부에 상기 베이스 플레이트의 상면과 나란한 방향을 따라 수평상으로 연장되되 상기 제1중심선과 교차하는 제2중심선을 기준으로 회전가능하게 상기 회전플레이트에 지지되게 설치된 틸팅플레이트와; 상기 틸팅플레이트의 상면에 장착되며 광을 입사 받는 입사면에 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 위치에 대응되게 출력하는 시모스보드와; 속이빈 원통형상으로 형성되어 상기 시모스 보드의 입사면으로부터 수직상으로 연장되게 결합된 집광통과; 상기 집광통의 상부에 결합되어 태양광을 상기 입사면에 집속시키는 집속렌즈와; 상기 회전플레이트를 회전구동하는 제1구동부와; 상기 틸팅플레이트를 틸팅구동하는 제2구동부와; 상기 제1 및 제2구동부를 제어하면서 상기 집광통을 통해 수신되어 상기 시모스보드로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 상기 베이스 플레이트가 안착된 지점을 기준으로 태양에 대한 고도각을 산출하는 제어유니트;를 구비한다.
상기 제어유니트는 고도측정모드를 설정할 수 있도록 된 조작부와; 상기 조작부로부터 고도측정모드로 설정되면, 상기 제1구동부를 구동하여 상기 시모스 보드의 입사면에 대해 제1방향을 따라 연장된 제1가이드선에 광이 입사되게 상기 회전 플레이트를 회전시키고, 상기 제1가이드선에 광이 입사되면 상기 제2구동부를 구동하여 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되게 상기 틸팅플레이트를 회전시키며, 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되게 상기 틸팅플레이트의 회전량 정보를 이용하여 태양의 고도를 산출한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양고도 측정장치의 고도산출방법은 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상부에서 상기 베이스 플레이트의 상면 중앙에서 수직한 방향으로 연장되는 제1중심선을 기준으로 상기 베이스 플레이트에 대해 회전가능하게 결합된 회전플레이트와, 상기 회전플레이트 상부에 상기 베이스 플레이트의 상면과 나란한 방향을 따라 수평상으로 연장되되 상기 제1중심선과 교차하는 제2중심선을 기준으로 회전가능하게 상기 회전플레이트에 지지되게 설치된 틸팅플레이트와, 상기 틸팅플레이트의 상면에 장착되며 광을 입사 받는 입사면에 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 위치에 대응되게 출력하는 시모스보드와, 속이빈 원통형상으로 형성되어 상기 시모스 보드의 입사면으로부터 수직상으로 연장되게 결합된 집광통과, 상기 집광통의 상부에 결합되어 태양광을 상기 입사면에 집속시키는 집속렌즈와, 상기 회전플레이트를 회전구동하는 제1구동부와, 상기 틸팅플레트를 틸팅구동하는 제2구동부와, 상기 제1 및 제2구동부를 제어하면서 상기 시모스보드로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 상기 베이스 플레이트가 안착된 지점을 기준으로 태양에 대한 고도각을 산출하는 제어유니트를 구비하는 태양고도 측정장치의 고도 산출방법에 있어서, 가. 상기 제1구동부를 구동하여 상기 시모스 보드의 입사면에 대해 제1방향을 따라 연장된 제1가이드선에 광이 입사되게 상기 회전 플레이트를 회전시키는 단계와; 나. 상기 제1가이드선에 광이 입사되면 상기 제2구동부를 구동하여 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되게 상기 틸팅플레이트를 회전시키는 단계와; 다. 상기 나단계를 거쳐 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되기까지 상기 틸팅플레이트의 회전량 정보를 이용하여 태양의 고도를 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법에 의하면, 자동으로 정밀하게 태양 고도를 측정하여 제공해줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양고도 측정 장치를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 태양고도 측정 장치의 측면도이고,
도 3은 도 1의 시모스보드에 입사되는 광을 통해 고도를 산출하는 과정을 설명하기 위한 시모스 보드를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 태양고도 측정 장치의 제어계통을 나타내 보인 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양고도 측정 장치를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양고도 측정 장치의 측면도이고, 도 3은 도 1의 시모스보드에 입사되는 광을 통해 고도를 산출하는 과정을 설명하기 위한 시모스 보드를 나타내 보인 도면이고, 도 4는 도 1의 태양고도 측정 장치의 제어계통을 나타내 보인 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 태양고도 측정 장치(100)는 베이스 플레이트(110), 회전플레이트(120), 틸팅플레이트(130), 부상지지판(140), 시모스(CMOS)보드(160), 집광통(170), 집속렌즈(172), 제1 및 제2모터(151)(152), 제어유니트(200)를 구비한다.
베이스 플레이트(110)는 측정대상 지면에 안착될 수 있게 원판형상으로 형성되어 있다.
회전플레이트(120)도 원판형상으로 형성되어 베이스 플레이트(110)의 상부에서 상기 베이스 플레이트의 상면 중앙에서 수직한 방향으로 연장되는 제1중심선(P1)을 기준으로 베이스 플레이트(110)에 대해 회전가능하게 결합되어 있다.
도시된 예에서는 제1구동원으로 적용된 제1모터(151)의 제1회전축(151a)에 회전플레이트(120)의 회전중심에 결합되어 있고, 이 경우 제1회전축(151a)의 중심 연장방향이 제1중심선에 대응된다.
틸팅플레이트(130)는 사각 판형상으로 형성되어 있고, 회전플레이트(120) 상부에 회전 플레이트(120)에 대해 이격되게 지지되어 베이스 플레이트(110)의 상면과 나란한 방향을 따라 수평상으로 연장되되 제1중심선(P1)과 교차하는 제2중심선(P2)을 기준으로 회전가능하게 회전플레이트(120)에 지지되게 설치되어 있다.
부상지지판(140)은 회전 플레이트(120) 상면에서 상호 이격되어 수직상으로 연장되어 틸팅 플레이트(130)를 회전가능하게 지지하는 제2회전축(145)을 회전가능하게 지지한다.
여기서, 제2회전축(145)의 연장방향은 베이스 플레이트(110)의 상면과 나란한 방향을 따라 수평상으로 연장되되 제1중심선(P1)과 교차하는 제2중심선(P2)에 대응된다.
제2회전축(145)은 제2구동원으로 적용된 제2모터(152)의 회전축이다.
시모스(CMOS;complementary metal-oxide semiconductor)보드(160)는 틸팅플레이트(130)의 상면에 이격부재(164)를 통해 이격되게 장착되며 광을 입사 받는 입사면(162)에 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 위치에 대응되게 출력한다.
시모스보드(160)는 집속렌즈(172)를 통해 입사되어 수신된 광을 전기적 신호로 변환하며, 각 화소마다 전기적 신호로 변환하는 변조기가 마련된 구조로 되어 있어 입사면(162)에 입사되는 광의 입사위치정보를 제공할 수 있다.
이러한 시모스보드(160)에 대해 입사면(162)의 위치 정보를 제공하는 각 화소 배치 및 대응되는 좌표정보를 도 3에 도식적으로 도시하였고, 시모스보드(160)에서 출력되는 신호를 이용한 태양의 고도산출과정은 후술한다.
집광통(170)은 속이빈 원통형상으로 형성되어 시모스 보드(160)의 입사면(162)으로부터 수직상으로 연장되게 결합되어 있다.
집속렌즈(172)는 집광통(170)의 상부에 결합되어 태양광을 입사면(172)에 집속시킨다.
제1모터(151)는 회전플레이트(120)를 회전구동하는 제1구동부로서 적용된 것으로서, 베이스 플레이트(110)에 매입되게 설치되어 있다.
제1모터(151)의 제1회전축(151a)은 베이스 플레이트(110)로부터 돌출되어 회전 플레이트(120)의 저면과 결합되어 제1모터(151)의 회전에 의해 회전플레이트(120)를 회전시킬 수 있게 되어 있다.
제2모터(152)는 틸팅플레이트(130)를 틸팅구동하는 제2구동부로서 적용된 것으로서, 일측 부상지지판(140)에 결합되게 설치되어 있다.
제2모터(152)의 제2회전축(145)은 제2모터(152)가 장착된 일측 부상지지판(140)을 관통하여 타측 부상 지지판(140)에 회전가능하게 지지되어 틸팅 플레이트(140)의 저면과 결합되어 제2모터(152)의 회전에 의해 틸팅 플레이트(130)를 틸팅시킬 수 있게 되어 있다.
도시되지는 않았지만 제2모터(152)의 회전량을 검출하여 후술되는 제어유니트(200)의 제어부(220)에 제공하는 회전각도검출센서 예를 들면 엔코더, 홀센서 등이 적용될 수 있다.
제어유니트(200)는 제1 및 제2모터(151)(152)를 제어하면서 집광통(170)을 통해 수신되어 시모스보드(160)로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 베이스 플레이트(110)가 안착된 지점을 기준으로 태양에 대한 고도각을 산출한다.
제어유니트(200)는 조작부(210), 제어부(220) 및 표시부(230)를 구비한다.
조작부(210)는 고도측정모드를 설정할 수 있도록 되어 있다.
제어부(210)는 제1 및 제2모터(151)(152)를 제어하면서 시모스보드(160)로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 태양에 대한 고도각을 산출하고 상세한 제어과정을 이하에서 설명한다.
제어부(220)는 조작부(210)로부터 고도측정모드로 설정되면, 제1모터(151)를 구동하여 시모스 보드(160)의 입사면(162)에 대해 제1방향을 따라 연장된 제1가이드선에 광이 입사되게 회전 플레이트(120)를 회전시킨다.
즉, 도 3에서 시모스 보드(160)의 입사면(162)의 이차원 평면에 대해 어레이된 화소에 대해 직교좌표로 표기할 때 제1방향은 y좌표로, 제1방향에 직교하는 제2방향은 x 좌표로 표기할 때, 입사면(162)에 대해 제1방향을 따라 연장된 제1가이드선(S)은 x좌표상에서 중앙이 되는 Xc값을 갖으며 제1방향으로 연장되는 선이된다.
이 경우 제어부(220)는 x좌표상에서 중앙이 되는 Xc값에 대응하는 제1가이드선(S)에 광이 입사되면 제2모터(152)를 구동하여 제1가이드선(S)의 중심위치(Xc, Yc)에 광이 입사되게 틸팅플레이트(130)를 회전시키며, 제1가이드선(S)의 중심위치에 광이 입사되게 틸팅플레이트(130)의 회전량 정보를 이용하여 태양의 고도를 산출하고, 산출된 태양의 고도를 표시부(230)에 표시한다.
이러한 태양고도 측정 장치 및 그 고도 산출방법에 의하면, 태양고도를 측정하고자 하는 지점에 베이스 플레이트(110)를 안착시키고, 고도측정모드로 설정하면 자동으로 태양고도를 정밀하게 산출하여 제공함으로서 사용상의 편리성을 제공한다.
110: 베이스 플레이트 120: 회전플레이트
130: 틸팅플레이트 140: 부상지지판
151: 제1모터 152: 제2모터
160: 시모스(CMOS)보드 170: 집광통
172: 집속렌즈 200: 제어유니트

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상부에서 상기 베이스 플레이트의 상면 중앙에서 수직한 방향으로 연장되는 제1중심선을 기준으로 상기 베이스 플레이트에 대해 회전가능하게 결합된 회전플레이트와, 상기 회전플레이트 상부에 상기 베이스 플레이트의 상면과 나란한 방향을 따라 수평상으로 연장되되 상기 제1중심선과 교차하는 제2중심선을 기준으로 회전가능하게 상기 회전플레이트에 지지되게 설치된 틸팅플레이트와, 상기 틸팅플레이트의 상면에 장착되며 광을 입사 받는 입사면에 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 위치에 대응되게 출력하는 시모스보드와, 속이빈 원통형상으로 형성되어 상기 시모스 보드의 입사면으로부터 수직상으로 연장되게 결합된 집광통과, 상기 집광통의 상부에 결합되어 태양광을 상기 입사면에 집속시키는 집속렌즈와, 상기 회전플레이트를 회전구동하는 제1구동부와, 상기 틸팅플레이트를 틸팅구동하는 제2구동부와, 상기 제1 및 제2구동부를 제어하면서 상기 시모스보드로부터 출력되는 입사광의 위치정보를 이용하여 상기 베이스 플레이트가 안착된 지점을 기준으로 태양에 대한 고도각을 산출하는 제어유니트를 구비하는 태양고도 측정장치의 고도 산출방법에 있어서,
    가. 상기 제1구동부를 구동하여 상기 시모스 보드의 입사면에 대해 제1방향을 따라 연장된 제1가이드선에 광이 입사되게 상기 회전 플레이트를 회전시키는 단계와;
    나. 상기 제1가이드선에 광이 입사되면 상기 제2구동부를 구동하여 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되게 상기 틸팅플레이트를 회전시키는 단계와;
    다. 상기 나단계를 거쳐 상기 제1가이드선의 중심위치에 광이 입사되기까지 상기 틸팅플레이트의 회전량 정보를 이용하여 태양의 고도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양고도 측정장치의 고도 산출방법.
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