KR20070108666A - 태양 위치 추적장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 측정이 가능한 태양 위치 추적장치에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 태양 위치 추적장치는 집광 렌즈, 프리즘 등으로 구성되어 태양광을 집광하는 광학 수단과, 상기 광학 수단에 의해 집광된 광 스팟을 수광하는 소정 면적의 수광부를 구비하며, 상기 수광부에는 광 스팟의 광량 분포를 인식하여 그에 상응하는 전기적 신호를 발생시키는 광 감지막이 구비되는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서와, 상기 PSD 센서로부터 출력되는 전기적 신호를 분석하여 태양의 위치(x) 및 고도(y) 정보를 산출하는 신호 처리 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 위치 추적장치{System for tracking the sun}
도 1은 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 참고도.
본 발명은 태양 위치 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 측정이 가능한 태양 위치 추적장치에 관한 것이다.
위성체 자세 제어, 안테나 방향 제어, 항법, 태양광 발전 등의 우주 및 지상용 장비에는 태양의 위치를 추적하는 제어장치가 사용되고 있다. 일반적인 태양 위치 추적장치는 태양광을 집광하는 광학 장치, 집광된 태양광을 분석하는 광센서로 구성되며, 광센서로는 통상, 포토 트랜지스터(photo transistor) 또는 포토 다이오드(photo diode)가 이용되고 있다.
광학 장치를 통해 태양광이 집광되어 광센서 즉, 포토 트랜지스터 또는 포토 다이오드 상에 맺히게 되는데, 태양의 고도 및 위치에 따라 광센서에 맺히는 태양광의 형상은 가변되고 광센서는 태양광의 형상에 상응하는 전기적 신호를 출력한다. 소정의 신호 처리 장치를 통해 광센서로부터 출력되는 전기적 신호를 분석하여 태양의 고도 및 위치를 파악할 수 있게 된다.
그런데, 포토 트랜지스터 또는 포토 다이오드를 광센서로 이용하는 경우, 태양의 밝기 정보에 따른 전압 출력을 비교하는 방식이기 때문에 광센서의 중심 위치와 집광된 태양 위치 간의 오차 정보를 정확히 파악할 수 없고, 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 측정에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 측정이 가능한 태양 위치 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치는 집광 렌즈, 프리즘 등으로 구성되어 태양광을 집광하는 광학 수단과, 상기 광학 수단에 의해 집광된 광 스팟을 수광하는 소정 면적의 수광부를 구비하며, 상기 수광부에는 광 스팟의 광량 분포를 인식하여 그에 상응하는 전기적 신호를 발생시키는 광 감지막이 구비되는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서와, 상기 PSD 센서로부터 출 력되는 전기적 신호를 분석하여 태양의 위치(x) 및 고도(y) 정보를 산출하는 신호 처리 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 PSD 센서의 일측에 상기 광 감지막과 전기적으로 연결되는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극이 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 태양의 위치(x) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행하며, 상기 제 3 및 제 4 전극은 태양의 고도(y) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행한다.
바람직하게는, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극으로부터 출력되는 전기적 신호는 각각 I1, I2, I3, I4 로 명명되어, 아래의 <수학식 1>에 적용되어 태양의 위치(x) 및 고도(y) 산출에 이용된다.
본 발명의 특징에 따르면, PSD 센서를 이용함으로써 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 분석이 가능하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 태양 위치 추적장치는 크게 광학 수단, PSD(Position Sensitive Detector) 센서(110_ 및 신호 처리 수단(120)의 조합으로 이루어진다. 상기 광학 수단은 태양광을 집광하여 상기 광센서 상에 조사하는 역할을 수행하는 것으로서 집광 렌즈(101), 프리즘(도시하지 않음) 및 측광 차단막(102) 등으로 구성될 수 있다.
상기 PSD 센서(110)는 상기 광학 수단을 거쳐 집광된 태양광을 수광하고, 수광된 태양광에 상응하는 전기적 신호를 출력하는 역할을 수행하는 것으로서, 구체적으로 상기 PSD 센서(110)는 소정 면적을 갖는 수광부를 구비하며 상기 수광부에는 광 감지막(111)(photosensitive surface)이 구비된다. 상기 광 감지막(111)은 수광되는 태양광의 광량을 전기적으로 변환하는 역할을 수행한다. 상기 광 감지막(111) 상에는 광 감지막(111)의 손상을 방지하기 위해 실리콘 레진(silicon resin)과 같은 보호막이 구비될 수 있다. 또한, 상기 PSD 센서(110)에는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극이 구비된다. 상기 제 1 내지 제 4 전극은 상기 광 감지막(111)과 전기적으로 연결되어 상기 광 감지막(111)으로부터 출력되는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행한다. 상기 제 1 내지 제 4 전극으로부터 출력되는 전기적 신호를 통해 태양의 고도(y) 및 위치(x)를 파악할 수 있는데 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 신호 처리 수단(120)은 상기 제 1 내지 제 4 전극으로부터 출력되는 전기적 신호를 분석하여 최종적으로 태양의 고도 및 위치를 산출하는 역할을 수행한다.
이상과 같은 구성을 갖는 태양 위치 추적장치의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 집광 렌즈(101), 프리즘 등으로 구성되는 광학 장치를 통해 상기 PSD 센서(110)의 수광부 상에 태양광이 집광된다. 수광부 상에 집광되는 태양광은 태양의 고도 및 위치에 따라 수광부 상의 광 스팟(spot)의 위치가 달라지며 광 스팟의 형상 역시 변화하게 된다. 여기서, 광 스팟의 형상이 변화된다는 것은 해당 광 스팟의 광량 분포가 변화함을 의미한다.
상기 수광부 상에 집광된 광 스팟은 상기 광 감지막(111)에 의해 감지되는데, 상기 광 감지막(111)은 상기 광 스팟의 광량 분포를 인식하고 그에 상응하는 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 여기서, 상기 광 스팟의 광량 분포를 인식한다는 것은 광 스팟의 밝기 및 광 스팟의 면적 모멘텀(momentum)의 중심점을 좌표상으로 인식함을 의미한다. 한편, 전술한 바와 같이 상기 광 감지막(111)은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(112)(113)(114)(115)과 전기적으로 연결되어 있음에 따라 상기 광 감지막(111)으로부터 발생된 전기적 신호는 상기 제 1 내지 제 4 전극(112)(113)(114)(115)에 전달되는데, 상기 제 1 내지 제 4 전극 중 상기 제 1 및 제 2 전극(112)(113)은 태양의 위치(x) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행하며, 상기 제 3 및 제 4 전극(114)(115)은 태양의 고도(y) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행한다.
상기 제 1 내지 제 4 전극(112)(113)(114)(115)으로부터 출력되는 전기적 신호는 상기 신호 처리 수단(120)에 전달된다. 상기 신호 처리 수단(120)은 상기 제 1 내지 제 4 전극으로부터 출력된 전기적 신호를 전압 신호로 변환하고 ADC(Analog-Digital Converter)를 이용하여 해당 변환된 전압 신호를 디지털 전압 신호로 전환한다. 이 때, 상기 제 1 내지 제 4 전극의 디지털 전압 신호는 각각 I1, I2, I3, I4 로 명명될 수 있다.
최종적으로, 상기 제 1 내지 제 4 전극의 디지털 전압 신호를 다음의 <수학식 1>에 적용하면 태양의 위치(x) 및 고도(y)를 알 수 있게 된다.
Figure 112006032063790-PAT00001
(여기서, L은 PSD 센서의 길이이다.)
본 발명에 따른 태양 위치 추적장치는 다음과 같은 효과가 있다.
PSD 센서를 이용함으로써 태양의 고도 및 위치에 대한 정확한 정량 분석이 가능하게 된다.

Claims (3)

  1. 집광 렌즈, 프리즘 등으로 구성되어 태양광을 집광하는 광학 수단과,
    상기 광학 수단에 의해 집광된 광 스팟을 수광하는 소정 면적의 수광부를 구비하며, 상기 수광부에는 광 스팟의 광량 분포를 인식하여 그에 상응하는 전기적 신호를 발생시키는 광 감지막이 구비되는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서와,
    상기 PSD 센서로부터 출력되는 전기적 신호를 분석하여 태양의 위치(x) 및 고도(y) 정보를 산출하는 신호 처리 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PSD 센서의 일측에 상기 광 감지막과 전기적으로 연결되는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극이 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 태양의 위치(x) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행하며, 상기 제 3 및 제 4 전극은 태양의 고도(y) 정보에 상응하는 전기적 신호를 검출하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극으로부 터 출력되는 전기적 신호는 각각 I1, I2, I3, I4 로 명명되어, 아래의 수학식에 적용되어 태양의 위치(x) 및 고도(y) 산출에 이용되는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적장치.
    Figure 112006032063790-PAT00002
    (여기서, L은 PSD 센서의 길이이다.)
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CN102707735A (zh) * 2012-06-07 2012-10-03 西安电子科技大学 高精度向日自动跟踪方法
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