SU1401292A1

SU1401292A1 - Wide-angle photosensor for orienting heliostat

Info

Publication number: SU1401292A1
Application number: SU864155697A
Authority: SU
Inventors: Николай Иванович Тюшкевич; Владимир Васильевич Зяблицев; Галина Евгеньевна Пыльникова
Original assignee: Западный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1988-06-07

Abstract

Изобретение относитс к гелиотехнике и может быть использовано в качестве датчика слежени в автоматических системах управлени гелиостатами на солнечных электростанци х или другими солнечными энергетическими установками. Целью изобретени вл етс повышение помехозащищенности фотодатчика. Поставленна цель достигаетс за счет того, что в корпусе фотодатчика параллельно подложке установлены экраны с квадратными отверсти ми, по сторонам которых установлены фотоэлементы, выходы которых соединены между собой и через размыкающие кЪнтакты реле подключены к выходам фотоэлементов, установленных в тех же плоскост х на подложке. Обмотка управление реле подключена к выходу порогового элемента, входом подключенного к выходу дифференциального усилител , соединенного входами с выходами п того фотоэлемента, установленного в центре подложки. 3 ил. с (О (ЛThe invention relates to solar technology and can be used as a tracking sensor in automatic control systems for heliostats at solar power plants or other solar power plants. The aim of the invention is to improve the noise immunity of the photo sensor. This goal is achieved due to the fact that in the photosensor case, parallel to the substrate screens are installed with square apertures, on the sides of which photocells are installed, the outputs of which are interconnected and through disconnecting contacts of the relays installed in the same planes on the substrate. The winding of the control relay is connected to the output of the threshold element, the input connected to the output of the differential amplifier connected by inputs to the outputs of the fifth photocell mounted in the center of the substrate. 3 il. c (O (L

Description

toto

соwith

NDND

I Изобретение относитс к гелиотехнике и может быть использовано в качестве дат- 1чика ориентации в автоматических системах управлени гелиостатами на солнечных электрических станци х или другими солнечными энергетическими установками.I The invention relates to solar technology and can be used as an orientation sensor in automatic control systems for heliostats at solar power stations or other solar power plants.

Цель изобретени - повышение помехозащищенности фотодатчика.The purpose of the invention is to improve the noise immunity of the photo sensor.

На фиг. показана конструктивна схема фотодатчика; на фиг. 2 - принципиальна схема установки фотоэлементов на под- ложке; на фиг. 3 - электрическа схема фотодатчика.FIG. shows the structural diagram of the photo sensor; in fig. 2 - a schematic diagram of the installation of photovoltaic cells on a substrate; in fig. 3 - photocell electrical circuit.

Фотодатчик содержит установленный на подложке 1 (фиг. 1) пылезащитный корпус 2, в крышке 3 которого выполнено диафрагмируемое квадратное отверстие 4.The photo sensor contains mounted on the substrate 1 (Fig. 1) dust-proof housing 2, in the lid 3 of which is made a diaphragmized square hole 4.

На подложке 1 (фиг. 2) расположены основной четырехквадратный фотоприемник 5, состо щий из первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 фотоэле.ментов. П тый, т.е. центральный, фотоэлемент 10 предназна- чен дл контрол падающего на фотоприемник 5 светового потока.On the substrate 1 (Fig. 2) are located the main four-square photodetector 5, consisting of the first 6, second 7, third 8 and fourth 9 photoelements. Fifth, i.e. The central, photocell 10 is designed to control the light flux incident on the photodetector 5.

Выходы основных фотоэлементов каналов управлени (п о зениту 6 и 7, по азимуту 8 и 9). (фиг. 3) соединены между собой встречно-последовательно и совместно с первым 11 и вторым 12 потенциометрами подключены к входам первого 13 и второго 14 дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с входами первого 15 и второго 16 пороговых элементов. Выходы п того фотоэлемента 10 и входного резистора 17 подключены к входам третьего дифференциального усилител 18, выход которого, в свою очередь, соединен с входом третьего порогового элемента 19, формирование сигнала «Об ьект слежени потер н осуществл етс с помощью логического элемента ИЛИ-НЕ 20, в.ходы которого соединены с выходами первого 15, второго 16 и третьего 19 пороговых элементов. К выходу третьего порогового элемента 9 подключена также об.мотка 21 управлени электромагнит- ного реле. Размыкающие контакты 22-25 электромагнитного реле включены в цепи, соедин ющие фотоэлементы 6-9 фотоприемника 5 с параллельно включенными фотоэлементами 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 (например, по зениту фотоэлементы 26, 28 и 30 параллельны фотоприемнику 6, а фотоэлементы 27, 29 и 31 параллельны фотоприемнику 7), расположенных на экранах 41-43, имеющих центральные квадратные отверсти . При этом в зависимости от требуе.мого угла захвата может устанавливатьс один, два или три дополнительных экрана с четырехквадрант- ным д,ополнительным фотоприемником. Фотодатчик имеет, общую шипу 44.The outputs of the main photocells of control channels (zenith 6 and 7, in azimuth 8 and 9). (Fig. 3) are interconnected counter-sequentially and together with the first 11 and second 12 potentiometers connected to the inputs of the first 13 and second 14 differential amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the first 15 and second 16 threshold elements. The outputs of the fifth photocell 10 and the input resistor 17 are connected to the inputs of the third differential amplifier 18, the output of which, in turn, is connected to the input of the third threshold element 19, the formation of the signal "The tracking object is lost by means of the logical element OR NES 20 whose inputs are connected to the outputs of the first 15, second 16 and third 19 threshold elements. A winding 21 of the control of the electromagnetic relay is also connected to the output of the third threshold element 9. The opening contacts 22-25 of the electromagnetic relay are included in the circuits connecting the photocells 6-9 of the photodetector 5 with parallel-connected photoelectric cells 26-37 additional photodetectors 38-40 (for example, at the zenith photoelectric cells 26, 28 and 30 are parallel to the photodetector 6, and the photoelectric cells 27, 29 and 31 are parallel to the photodetector 7) located on screens 41-43 having central square holes. At the same time, depending on the required capture angle, one, two or three additional screens can be installed with a four-quadrant g, additional photodetector. The photo sensor has a common spike 44.

Основному фотоприемнику 5 (фиг. 1) соответствует угол захвата ±5°, дополнительным фотоприемникам 38-40 - соответственно ±15, ±30 и ±55The main photodetector 5 (Fig. 1) corresponds to the capture angle of ± 5 °, additional photodetectors 38-40 - respectively ± 15, ± 30 and ± 55

5five

0 0

п о by

5 five

5five

Фотодатчик работает следующим образом .The photo sensor works as follows.

При включении гелиоустановки в работу утром или после перерыва в ее работе из-за облачности световое п тно находитс за пределами оевнопого фотоприемника 5. Фотоэлемент 10 незасвечен, об.мотка 21 управлени электромагнитного реле обесточена, его контакты 22-25 замкнуты и фотоэлементы 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 подключены к фотоэле.мен- там 6-9 основного фотрприемника 5. Если угол рассогласовани между световым пучком , прошедщим через отверстие 4 в крышке 3, и оптической осью фотодатчика меньпле его угла захвата, то световой пучок засветит по крайней мере один фотоэлемент (возможна засветка двух фотоэлементов смежных квадрантов одновременно). Фотодатчик выдает соответствующий управл ющий сигнал на исполнительный механизм управл емого гелиостата, т.е. начинаетс работа фотодатчика в режиме захвата (грубого слежени ). В результате поворота отражател гелиостата угол рассогласовани уменьшаетс , световое п тно переходит с более удаленных дополнительных фотоприемников на ближайший к подложке 1 дополнительный фотоприемник, а затем и на основной фотоприемник 5. При засветке п того фотоэлемента 10 срабатывает электромагнитное реле и своими контакта.ми 22-25 отключает фотоэлементы 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 от фотоэлементов 6-9 основного фотоприемника 5, т.е. режим грубого слежени переходит в режим точного слежени .When the solar installation is turned on in the morning or after a break in its work due to cloudiness, the light spot is outside the photodetector 5. The photocell 10 is not illuminated, the control winding 21 of the electromagnetic relay is de-energized, its contacts 22-25 are closed and the photoelectric cells 26-37 Additional photodetectors 38-40 are connected to photoelectric cells 6-9 of the main photo receiver 5. If the mismatch angle between the light beam passing through aperture 4 in the cover 3 and the optical axis of the photosensor is less than its capture angle, then the light beam at least one photocell is shining (two photocells of adjacent quadrants can be illuminated simultaneously). The photo sensor provides the appropriate control signal to the actuator of the controlled heliostat, i.e. the photosensor starts in the capture mode (coarse tracking). As a result of rotation of the reflector of the heliostat, the misalignment angle decreases, the light spot moves from the more distant additional photodetectors to the additional photodetector closest to the substrate 1, and then to the main photodetector 5. When the fifth photocell 10 illuminates, the electromagnetic relay operates and its contacts. 25 turns off the photocells 26-37 of the additional photodetectors 38-40 from the photocells 6-9 of the main photodetector 5, i.e. coarse tracking mode goes into accurate tracking mode.

Если угол рассогласовани между световым потоком и оптической осью фотодатчика больп1е его угла захвата, то все фотоэлементы 6-9 и 26-37 всех фотоприемников 5, 38, 39 и 40 незасвечены, на выходах всех пороговых элементов 15, 16 и 19 сигналы равны «О. В результате этого на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 по вл етс сигнал «Объект слежени потер н, который .может быть использован дл привлечени внимани дежурного персонала установки, а также дл автоматической организации режима управлени «Поиск с применением датчиков положени Солнца на небосводе и положени отражател гелиостата.If the misalignment angle between the luminous flux and the optical axis of the photosensor is larger than its capture angle, then all photocells 6–9 and 26–37 of all photodetectors 5, 38, 39, and 40 are unlit, and at the outputs of all threshold elements 15, 16, and 19, the signals are “O . As a result, at the output of the element OR-NOT 20, a signal appears. The tracking object is lost, which can be used to attract the attention of the installation personnel, as well as to automatically organize the search mode using the Sun position sensors in the sky and the heliostat reflector.

В основном режиме работы, т.е. в режиме точного слежени , световое п тно в плоскости фотоэлементов 6-9 основного четырех- квадрантного фотонриемника 5 (фиг. 1 и 2) от прошедшего через отверстие 4 в крышке 3 (фиг. 1) светового потока одинаково засвечивает светочувствительные площадки фотоэлементов 6-9 (фиг. 2). При этом наибольша чувствительность основного фотоприемника 5 имеет место тогда, когда световой поток засвечивает примерно половину светочувствительных площадок фотоэлементов 6-9. Сигналы от соединенных встречнопоследовательно фотоэлементов 6-9 (по зениту 6 и 7, по азимуту 8 и 9) равны «О и токи (напр жени ) на выходах пороговых элементов 15 и 16 также равны «О, т.е. световое п тно на входе фотодатчика находитс в зоне нечувствительности. П тый фотоэлемент 10 (фиг. 2) полностью засвечен , сигнал на выходе порогового элемента 19 -равен «1, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 (фиг. 3) сигнал равен «О. Обмотка 21 управлени электромагнитного реле обтекаетс током, его контакты 22-25 разомкнуты, и фотоэлементы 26-31 дополнительных фотоприемников 38-40 отсоединены от фотоэлементов 6-9 основного фотоприемника 5. При этом уставка порогового элемента 19 выбираетс из услови нечувствительности к фоновой засветке п того фотоэлемента 10. На фотоэлементы 6-9 фотоприемника 5 фоновые засветки не вли ют, так как они включены встречно, т.е. по дифференциальной схеме.In the main mode of operation, i.e. in the exact tracking mode, the light spot in the plane of the photocells 6-9 of the main four-quadrant phototransmitter 5 (Fig. 1 and 2) from the light flux transmitted through the opening 4 in the lid 3 (Fig. 1) equally illuminates the photosensitive areas of the photocells 6-9 (Fig. 2). In this case, the sensitivity of the main photodetector 5 is greatest when the luminous flux illuminates about half of the photosensitive areas of the photocells 6-9. The signals from photocell 6–9 connected by counter-succession (at zenith 6 and 7, at azimuth of 8 and 9) are equal to “O and currents (voltages) at the outputs of the threshold elements 15 and 16 are also equal to“ O, i.e. the light spot at the photosensor input is in the dead zone. The fifth photocell 10 (Fig. 2) is completely illuminated, the signal at the output of the threshold element 19 is equal to "1, at the output of the element OR-NOT 20 (Fig. 3) the signal is equal to" O. The control winding 21 of the electromagnetic relay is flowed around, its contacts 22-25 are open, and the photo cells 26-31 of additional photodetectors 38-40 are disconnected from the photo cells 6-9 of the main photodetector 5. In this case, the setting of the threshold element 19 is selected from insensitive to background illumination of the photocell 10. On the photocells 6–9 of the photodetector 5, background illumination does not affect, since they are turned on counter, i.e. according to the differential scheme.

При смещении светового п тна, например по зениту вверх (в результате смеш,е- ни Солнца на небосводе) на входе первого дифференциального усилител 13 по вл етс напр жение разбаланса. Это напр жение усиливаетс и подаетс на вход первого порогового элемента 15. В зависимости от знака и величины усиленного сигнала на выходе порогового элемента 15 по вл етс соответствующий сигнал, например, «Зенит назад, который подаетс на электродвигатель привода гелиостата, кЬторый вращает отражатель по зениту, т.е. в вертикальной плоскости. В автоматической системе управлени поворот отражател гелиостата продолжаетс до тех пор, пока световое п тно на фотоэлементах 6 и 7 не окажетс в зоне нечувствительности. Аналогично работает и канал управлени по азимуту.When the light spot is shifted, for example, at the zenith up (as a result of mixing, the Sun is in the sky), the unbalance voltage appears at the input of the first differential amplifier 13. This voltage is amplified and fed to the input of the first threshold element 15. Depending on the sign and magnitude of the amplified signal, a corresponding signal appears at the output of the threshold element 15, for example, Zenith backward, which is fed to the heliostat drive motor, which rotates the reflector i.e. in the vertical plane. In the automatic control system, the rotation of the reflector of the heliostat continues until the light spot on the photocells 6 and 7 is in the dead zone. The azimuth control channel works in the same way.

Таким образом, в режиме точного слежени световое п тно не выходит за пределы фотоэлементов 8-10 фотоприемника 5. Паразитна бокова засветка фотоэлементов дополнительных фотоприемников не сказываетс на работе датчика, так как эти фотоэлементы отключены от фотоэлементов основного фотоприемпика размыкающими контактами 22-25 электромагнитного реле.Thus, in the accurate tracking mode, the light spot does not extend beyond the photocells 8-10 of the photodetector 5. The parasitic side illumination of the photoelectric cells of the additional photodetectors does not affect the operation of the sensor, since these photoelectric cells are disconnected from the photoelectric cells of the main photodetector by the opening contacts 22-25 of the electromagnetic relay.

Введение цепей автоматического отключени фотоэлементов дополнительных фотоприемников от фотоэлементов в зоне нечувствительности фотодатчика обеспечивает ему повышенную устойчивость по отнощению к внещним паразитны.м (случайным) засветкам . Это особенно важно, так как режим точного слежени - основной режим работы автоматической системы управлени гелиотехнической установкой. А случайные боковые засветки (блики, отраженные лучи от элементов конструкции гелиостатов) особенно характерны дл зеркальных концентрирующих систем солнечных энергетических станций большой мощности.The introduction of the circuits of automatic disconnection of photocells of additional photodetectors from photocells in the dead zone of the photosensor provides it with increased stability with respect to external parasitic (random) illumination. This is especially important because the accurate tracking mode is the main mode of operation of the automatic control system of the solar installation. A random side flare (glare, reflected rays from the structural elements of heliostats) are especially characteristic of high-power mirror concentrating systems of solar power plants.

Кроме того, при использовании аналогового выхода фотодатчика предложенна конструкци и схема включени фотоприемников обеспечивают возможность отработкиIn addition, when using the analog output of the photosensor, the proposed design and the circuit for turning on the photodetectors provide the possibility of working out

значительных рассогласований в системе с большей скоростью, чем в режиме точного слежени , что улучшает показатели качества управлени объектом.significant discrepancies in the system at a faster rate than in the exact tracking mode, which improves the quality of control of the object.

Применение квадратных отверстий вApplication of square holes in

крышке 3 и в экранах 41-43 с дополнительными четырехквадрантными фотоприемниками 38-40 приводит к уменьшению числа фотоэлементов в два раза по сравнению с применением круглых отверстий в тех же детал х и при прочих равных услови х.the cover 3 and the screens 41-43 with the additional four to quadrant photodetectors 38-40 leads to a decrease in the number of photocells by half compared with the use of round holes in the same parts and ceteris paribus.

К тому же при квадратном световом п тне в процессе точного слежени ослабл етс вли ние одного канала на другой, что сокращает число включений привода гелиостата.Moreover, in the case of a square light spot, in the process of accurate tracking, the influence of one channel on the other is weakened, which reduces the number of inclusions of the heliostat drive.

2020

Claims

Invention Formula

five

Wide-range photo-sensor of orientation of the heliostat, containing a dustproof case with optically opaque mounted on a square substrate

5 side walls and an opaque opaque cover with a square diaphragm orifice, which transmits radiation; a four-quadrant photodetector, the first, second, third, and fourth photocells of which are installed inside the body along the middle sides of the substrate, and the fifth photocell is installed in the center of the substrate, the first conclusions are opposite photocells of a four-quadrant photodetector are connected in pairs to the inputs of the first and second differential amplifiers, the first and second pins of the first photocell n Connected to the corresponding inputs of the third differential amplifier, the second outputs of all photoells of the four-quadrant photo receiver are connected to a common bus, the outputs of the first, second and third differential amplifiers are connected to the inputs of the first, second and third threshold elements, respectively, connected to the inputs of the OR element NOT that differs by the fact that, in order to increase the noise immunity of the photo sensor, it additionally has an electromagnetic relay, an input resistor, and the first and second sweeps ntsiometry, and inside the body, opaque screens with square openings are installed parallel to the substrate, in the middle of the sides of which additional photocells are installed, the first leads of photocells mounted on the like sides of the screen openings are connected

between each other and through the opening contacts of the electromagnetic relay are connected to the first pins of photocells installed on the respective sides of the substrate, the second pins of all additional photocells are connected to the common bus; the first and second pins of the first and second potentiometers and the input resistor are connected to different inputs of the first and second, respectively and third differential amplifiers, moving pins

the first and second potentiometers are connected with a common length, the first and second terminals of the control winding of the electromagnetic relay are connected respectively to the output of the third threshold element and to the common bus.

30 28 - -

s.f

13

31 29 27 o / Jff J 320l f2. 3

Zenith forward

Zenith back

Azimuth ylered

Azimuth back

OSbet m - tracking lost

four