專利名稱：利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行 發(fā)電。其中塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用眾多的定日鏡，將太陽熱輻射反射到置于高塔頂 部的高溫集熱器上，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換 為電能。在塔式太陽能熱發(fā)電中，定日鏡的定日精度是比較關(guān)鍵的參數(shù)，只有定日鏡的定日 精度足夠高，才能保證太陽光斑能量準(zhǔn)確聚集到集熱器上，保證熱發(fā)電系統(tǒng)有較高的光熱 轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而保障熱發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。定日鏡有兩個(gè)運(yùn)動控制軸水平方向360度轉(zhuǎn)動(pan)和垂直方向的俯仰運(yùn)動 (tilt)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動通過傳動機(jī)構(gòu)和連接器傳送到定日鏡的支架，伺服系統(tǒng)的運(yùn)動中心和 定日鏡的運(yùn)動中心存在一個(gè)固定的位置偏移，這會給定日鏡的跟日角度帶來一個(gè)固定的控 制偏差。除此之外，定日鏡的定日精度還受其它多方面因素的影響，比如太陽模型帶來的偏 差，利用太陽模型計(jì)算跟日角度所涉及多個(gè)參數(shù)的測量誤差，定日鏡運(yùn)動軸的安裝偏差，定 日鏡支架的制造誤差，定日鏡支架的水平安裝偏差，定日鏡鏡面制造的幾何誤差，定日鏡鏡 面的整體安裝誤差以及伺服系統(tǒng)的控制誤差等等。這些誤差都可以看作靜態(tài)誤差。除了靜 態(tài)誤差外，定日鏡的定日精度還受到動態(tài)誤差源的影響，這主要是外界環(huán)境和外界環(huán)境變 化導(dǎo)致的影響，比如大風(fēng)引起的抖動，氣流擾動產(chǎn)生的幾何形變，定日鏡支架和反射玻璃在 溫度變化下的形變等等。由上可見，定日鏡的跟日誤差總是存在的，誤差越大，定日鏡的聚光效率越低，通 過測量定日鏡的跟日誤差可以控制每臺定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào) 試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的 測量裝置及方法，能夠測量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的跟日誤差，從而可以控制每臺定 日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ) 償提供參考數(shù)據(jù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的 測量裝置，包括漫反射板，用于對定日鏡反射的太陽光斑成像，所述漫反射板的中心設(shè)為定日鏡 的理論聚光點(diǎn)；攝像機(jī)，用于采集所述漫反射板上的太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端 機(jī)；
接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的太陽光斑圖像，并將該太陽光斑圖 像傳送給具有圖像分析模塊的PC機(jī)；具有圖像分析模塊的PC機(jī)，用于通過圖像分析模塊對太陽光斑圖像進(jìn)行分析處 理，獲得定日鏡反射光斑中心位置，并與理論聚光點(diǎn)的位置進(jìn)行比較，得出定日鏡在不同時(shí) 刻的光斑中心偏移量，根據(jù)一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心偏移 量和定日鏡中心到所述漫反射板中心的距離計(jì)算出定日鏡的跟日誤差。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)，所述圖像分析模塊的分析處理包括對太 陽光斑圖像進(jìn)行剪裁、濾波、歸一化，以及用相關(guān)運(yùn)算確定反射光斑的中心。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)，，所述相關(guān)運(yùn)算的模板由一個(gè)二維高斯函 數(shù)構(gòu)成，形式如下
權(quán)利要求
1.一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在于，包括漫反射板，用于對定日鏡反射的太陽光成像，所述漫反射板的中心為定日鏡的理論聚 光點(diǎn)；攝像機(jī)，用于采集所述漫反射板上的太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)；接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的太陽光斑圖像，并將該太陽光斑圖像傳 送給具有圖像分析模塊的PC機(jī)；具有圖像分析模塊的PC機(jī)，用于通過圖像分析模塊對太陽光斑圖像進(jìn)行分析處理，獲 得定日鏡反射光斑中心位置，并與理論聚光點(diǎn)的位置進(jìn)行比較，得出定日鏡在不同時(shí)刻的 光斑中心偏移量，根據(jù)一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心偏移量和 定日鏡中心到所述漫反射板中心的距離計(jì)算出定日鏡的跟日誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述圖像分析模塊的分析處理包括對太陽光斑圖像進(jìn)行剪裁、濾波、歸一化，以及采用 相關(guān)運(yùn)算確定反射光斑的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述相關(guān)運(yùn)算的模板由一個(gè)二維高斯函數(shù)構(gòu)成，形式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，對所述相關(guān)運(yùn)算的模板離散化，然后進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，所述相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)二維矩 陣，用R表示
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述相關(guān)運(yùn)算為分別求取圖像信號和高斯模板的傅里葉頻譜，然后在頻域下求兩個(gè)頻 譜的乘積，再進(jìn)行反傅里葉變換，獲得相關(guān)結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述相關(guān)運(yùn)算為對圖像進(jìn)行空域?yàn)V波，空域?yàn)V波算子根據(jù)頻率響應(yīng)特性和高斯窗口函 數(shù)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述根據(jù)一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心偏移量和定日鏡中 心到所述漫反射板中心的距離計(jì)算出定日鏡的跟日誤差具體為設(shè)在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心在X方向和Z方向的偏 移量的標(biāo)準(zhǔn)差分別記為ox，Oz，取兩者中大值的3倍作為定日鏡反射光斑中心的線性誤差 σ，定日鏡中心點(diǎn)距離漫反射板中心點(diǎn)的距離為d，定日鏡跟日誤差為e，則e = 2atan (3 σ / d)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述漫反射板表面有均勻涂層，涂層材料為具有良好漫反射特性的白色防水涂料，所述 涂層上用黑色防水顏料刷有用于校準(zhǔn)攝像機(jī)參數(shù)的圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在 于，所述攝像機(jī)為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
10.一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量方法，其特征在于，包括用漫反射板對定日鏡反射的太陽光斑成像，所述漫反射板的中心設(shè)為定日鏡的理論聚 光點(diǎn)；采集所述漫反射板上的太陽光斑圖像，通過遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)傳送給具有圖像分析模 塊的PC機(jī)；用具有圖像分析模塊的PC機(jī)通過圖像分析模塊對太陽光斑圖像進(jìn)行分析處理，獲得 定日鏡反射光斑中心位置，并與理論聚光點(diǎn)的位置進(jìn)行比較，得出定日鏡在不同時(shí)刻的光 斑中心偏移量，根據(jù)一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心偏移量和定 日鏡中心到所述漫反射板中心的距離計(jì)算出定日鏡的跟日誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用圖像分析技術(shù)的定日鏡跟日誤差的測量方法及裝置，裝置包括漫反射板，用于對定日鏡反射的太陽光成像，漫反射板的中心設(shè)為定日鏡的理論聚光點(diǎn)；攝像機(jī)，用于采集漫反射板上的太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)；接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的太陽光斑圖像，并將該太陽光斑圖像傳送給具有圖像分析模塊的PC機(jī)；具有圖像分析模塊的PC機(jī)，用于計(jì)算定日鏡的跟日誤差。本發(fā)明能夠測量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的跟日誤差，從而可以控制每臺定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。
文檔編號G01C1/00GK102116604SQ20091021696
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者許芬 申請人:北方工業(yè)大學(xué)