專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)方位探測(cè)器及其構(gòu)成的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及太陽(yáng)方位探測(cè)和自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能可以說(shuō)是一種取之不盡用之不竭的清潔能源。太陽(yáng)能利用是當(dāng)前炙手可熱領(lǐng)域，包括太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能灶等。這些應(yīng)用，為了獲得最大的太陽(yáng)能利用率，都需要使太陽(yáng)能接收裝置(如太陽(yáng)能電池板、集熱器、反射器等)時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng)，這些都離不開(kāi)太陽(yáng)跟蹤技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，一般包括太陽(yáng)方位探測(cè)器、控制系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)等部分。太陽(yáng)方位探測(cè)器大都由光敏傳感器構(gòu)成，根據(jù)接收的太陽(yáng)能產(chǎn)生控制信號(hào)，控制系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤?，F(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)，已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)發(fā)展到今天的數(shù)字控制技術(shù)。在太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)中，太陽(yáng)方位探測(cè)器是最關(guān)鍵的部件，其性能直接影響到跟蹤精度，常用的光電式探測(cè)器采用光電傳感器，如光電池、光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻等，根據(jù)感應(yīng)的太陽(yáng)光線產(chǎn)生電信號(hào)。這種探測(cè)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，但受散射光、云霧衰減等多種因素的干擾，工作不穩(wěn)定，甚至無(wú)法感應(yīng)。 廣州中科院工業(yè)技術(shù)研究院的人員在2010年第一期的《太陽(yáng)能》期刊上，以《太陽(yáng)能集熱器跟蹤傳感器》為題，介紹了一種太陽(yáng)能跟蹤傳感器。把四個(gè)光敏二極管設(shè)置在一個(gè)圓桶內(nèi)組成電橋，雖能穩(wěn)定工作，但不能排除云霧干擾。于是，又在外面設(shè)置了兩個(gè)尋源啟動(dòng)光敏二極管，這兩個(gè)光敏二極管沒(méi)有組成電橋電路，這樣又降低了抗干擾性能，影響工作的穩(wěn)定性，難以在產(chǎn)品中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)探測(cè)器容易受到散射光干擾，特別是云霧產(chǎn)生的衰減、漫反射干擾的缺點(diǎn)，提供一種太陽(yáng)方位探測(cè)器及其構(gòu)成的自動(dòng)跟蹤裝置，提高探測(cè)器抗干擾能力和工作穩(wěn)定性。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，太陽(yáng)方位探測(cè)器，包括分別接收東、西、南、北方向太陽(yáng)能的東向傳感器、西向傳感器、南向傳感器和北向傳感器，所述傳感器位于與入射陽(yáng)光垂直的平面上，其特征在于，所述平面被相互垂直的第一隔板和第二隔板分割為東、西、南、北四個(gè)部分；其中，東向傳感器和西向傳感器分別位于東西部分并對(duì)稱(chēng)地位于第一隔板兩邊，南向傳感器和北向傳感器分別位于南北部分并對(duì)稱(chēng)地位于第二隔板兩邊；所述隔板上設(shè)置有遮光板，所述遮光板與所述平面平行，分別遮擋東向傳感器、西向傳感器和南向傳感器、北向傳感器的部分直射光線，并且東向傳感器和西向傳感器被遮光板遮擋的部分相等，南向傳感器和北向傳感器被遮光板遮擋的部分相等。本發(fā)明的太陽(yáng)方位探測(cè)器，東向傳感器、西向傳感器和南向傳感器、北向傳感器之間僅由隔板隔離，距離非常近，可以認(rèn)為處于完全相同的環(huán)境，特別是被遮光板遮擋的相等部分，可以感應(yīng)相同的漫反射等干擾信號(hào)，并相互抵消，極大地提高了探測(cè)器的抗干擾能力。具體的，所述第一隔板和第二隔板由一張矩形隔板折彎構(gòu)成。第一隔板和第二隔板為整體結(jié)構(gòu)，便于加工和安裝。具體的，所述傳感器均為光電傳感器。采用光電傳感器作為光信號(hào)感應(yīng)裝置，技術(shù)成熟，便于后續(xù)電路處理。進(jìn)一步的，所述東向傳感器、西向傳感器具有相同型號(hào)和參數(shù)，所述南向傳感器、 北向傳感器具有相同型號(hào)和參數(shù)。對(duì)應(yīng)位置的傳感器具有相同型號(hào)和參數(shù)，可以提高探測(cè)精度和抗干擾能力。進(jìn)一步的，所述東向傳感器、西向傳感器分別位于電橋的不同橋臂，所述電橋橋臂中點(diǎn)為信號(hào)輸出端；所述南向傳感器、北向傳感器分別位于另一電橋的不同橋臂，該另一電橋橋臂中點(diǎn)為信號(hào)輸出端。采用電橋電路作為信號(hào)輸出電路，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高。進(jìn)一步的，所述信號(hào)輸出端反相并聯(lián)兩只三極管，兩只三極管的控制端分別連接兩個(gè)橋臂中點(diǎn)。輸出端接入三極管(可以是雙極型三極管或場(chǎng)效應(yīng)三極管)可以對(duì)電路進(jìn)行隔離，降低相互干擾。更進(jìn)一步的，所述東向傳感器對(duì)應(yīng)位置的背面安裝有傳感器，用于探測(cè)東方初升的太陽(yáng)。該增加的傳感器，可以探測(cè)次日東方初升的太陽(yáng)，為跟蹤裝置復(fù)位、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守提供條件。進(jìn)一步的，所述傳感器與東向傳感器并聯(lián)。將增加的傳感器與東向傳感器并聯(lián)，可以簡(jiǎn)化接入電路，降低成本。本發(fā)明的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置，包括太陽(yáng)方位傳感器、控制系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)與太陽(yáng)方位傳感器連接，接收太陽(yáng)方位傳感器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。采用本發(fā)明的太陽(yáng)方位傳感器作為跟蹤裝置的前端探測(cè)器，可以提高太陽(yáng)跟蹤裝置可靠性和跟蹤精度。具體的，所述控制系統(tǒng)接收東向傳感器和西向傳感器輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)方位角進(jìn)行跟蹤，接收南向傳感器和北向傳感器輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)仰角進(jìn)行跟蹤。本發(fā)明的有益效果是，由四個(gè)光電傳感器提供空間四個(gè)方向的感應(yīng)跟蹤，保證任何一個(gè)角度的感應(yīng)，傳感器的巧妙配置結(jié)合遮光板的作用，能有效地克服在云霧天時(shí)所造成的傳感器感應(yīng)不及時(shí)或無(wú)法感應(yīng)跟蹤的缺點(diǎn)。本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)和控制電路都很簡(jiǎn)單，成本低廉，安全隱患少，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明進(jìn)一步增加一只光電傳感器，可確保次日東升的太陽(yáng)的光線被感知，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全天候全無(wú)人值守的自動(dòng)跟蹤。


圖1是實(shí)施例1的立體圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的仰視圖；圖4是實(shí)施例1的電橋結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實(shí)施例1的另一電橋結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是跟蹤裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的太陽(yáng)方位探測(cè)器，包括分別接收東、西、南、北方向太陽(yáng)能的東向傳感器、 西向傳感器、南向傳感器和北向傳感器。為了能夠最大限度地接收太陽(yáng)能，這4只傳感器位于與入射陽(yáng)光垂直的平面上。這4只傳感器被分成2組，分別位于被相互垂直的第一隔板和第二隔板分隔的東、西、南、北四個(gè)部分。其中，東向傳感器和西向傳感器為一組，分別位于東西部分并對(duì)稱(chēng)地位于第一隔板兩邊；南向傳感器和北向傳感器為一組，分別位于南北部分并對(duì)稱(chēng)地位于第二隔板兩邊。隔板上設(shè)置有與所述平面平行的遮光板，分別遮擋兩組傳感器中兩只傳感器的相等部分的直射陽(yáng)光。每一組中，兩只傳感器處于遮光板的兩側(cè)，環(huán)境相似，受散射光，溫度等干擾因素所產(chǎn)生的干擾信號(hào)(電流)是相等的，能夠在電路上相互抵消，只有直射陽(yáng)光在兩個(gè)傳感器上產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)(電流)才作為有用信號(hào)，并被成倍輸出(同一組中，一只傳感器信號(hào)減少，對(duì)應(yīng)的另一只傳感器信號(hào)增加)。所以本發(fā)明的探測(cè)器識(shí)別能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定性高，傳感器的結(jié)構(gòu)以及后續(xù)控制電路都很簡(jiǎn)單，成本低廉，便于推廣應(yīng)用。實(shí)施例1參見(jiàn)圖1、圖2和圖3。本例太陽(yáng)方位探測(cè)器，包括東向傳感器U2、西向傳感器U1、 南向傳感器U3和北向傳感器U4，以及東向傳感器U2、西向傳感器Ul對(duì)應(yīng)位置的背面安裝的傳感器U6、U5。圖1中，傳感器U1、U4不可見(jiàn)，用虛線表示。傳感器U2、U1、U3、U4分別接收東、西、南、北方向太陽(yáng)光，產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。其中，傳感器U2、Ul產(chǎn)生太陽(yáng)方位角變化的感應(yīng)信號(hào)，用于太陽(yáng)方位角的跟蹤；傳感器U3、U4產(chǎn)生太陽(yáng)仰角變化的感應(yīng)信號(hào)，用于太陽(yáng)仰角的跟蹤；傳感器U6用于探測(cè)器處于西方時(shí)，探測(cè)次日東方初升的太陽(yáng)，主要作用是提供系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，使探測(cè)器由向西復(fù)位到向東，以便開(kāi)始新一天的伺服跟蹤。傳感器TO用于平衡電路。為了能夠最大限度地接收太陽(yáng)能，提高感應(yīng)靈敏度，傳感器U2、UU U3、U4布置在與入射陽(yáng)光垂直的平面1上。這4只傳感器被分成2組，分別被相互垂直的第一隔板21 和第二隔板22分割為東、西、南、北四個(gè)部分。東向傳感器U2和西向傳感器Ul為一組，分別位于東西部分并對(duì)稱(chēng)地位于第一隔板21兩邊；南向傳感器U3和北向傳感器U4為一組， 分別位于南北部分并對(duì)稱(chēng)地位于第二隔板22兩邊。本例第一隔板21和第二隔板22由一張矩形隔板折彎成直角構(gòu)成，第一隔板21和第二隔板22上設(shè)置有與平面1平行的遮光板 3，用來(lái)分別遮擋兩組傳感器中兩只傳感器的相等部分的直射陽(yáng)光，圖2中示出的是遮光板 3分別遮擋傳感器U2、U1和傳感器U3、U4各一半的情況。該被遮擋的部分用于感應(yīng)干擾信號(hào)(如散射光線、溫度等)，并通過(guò)電路相互抵消，從而提高抗干擾能力。本例所有傳感器(Ul、U2、U3、U4、U5、U6)均采用光電傳感器，能夠?qū)⒔邮盏奶?yáng)能(太陽(yáng)光)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)(如光敏電阻、光電池等)。本例中，東向傳感器U2、 西向傳感器Ul具有相同型號(hào)和參數(shù)，南向傳感器U3、北向傳感器U4具有相同型號(hào)和參數(shù)。 圖4示出了本例東向傳感器U2、西向傳感器Ul構(gòu)成的電橋結(jié)構(gòu)，東向傳感器U2、西向傳感器Ul分別位于電橋的不同橋臂，并分別與傳感器U6、TO并聯(lián)，圖4中電阻R1、R2分別位于電橋的另外兩臂，電阻Rl、R2與傳感器的連接點(diǎn)為電橋橋臂中點(diǎn)，也是本例的信號(hào)輸出端， 其輸出信號(hào)反映太陽(yáng)方位角的變化，用于對(duì)太陽(yáng)方位角進(jìn)行跟蹤。本例的南向傳感器U3、北向傳感器U4與電阻R3、R4構(gòu)成的另一電橋結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖5。同樣的，南向傳感器U3、北向傳感器U4分別構(gòu)成該另一電橋的兩橋臂，該另一電橋橋臂中點(diǎn)為信號(hào)輸出端，其輸出信號(hào)反映太陽(yáng)仰角的變化，用于跟蹤太陽(yáng)仰角。本例電橋的信號(hào)輸出端反相并聯(lián)兩只三極管，見(jiàn)圖中4、5、6中的三極管Q1、Q2。三極管Ql控制端(基極)連接橋臂中點(diǎn)A，發(fā)射極連接橋臂中點(diǎn)B，集電極Cl為輸出端；三極管Q2的基極連接橋臂中點(diǎn)B，發(fā)射極連接橋臂中點(diǎn)A，集電極C2為輸出端。圖中三極管Ql、Q2均為NPN三極管，當(dāng)A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓時(shí)，三極管Ql導(dǎo)通，集電極Cl輸出B點(diǎn)電壓；反之，三極管Q2導(dǎo)通，集電極C2輸出A點(diǎn)電壓。本發(fā)明的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置，包括太陽(yáng)方位探測(cè)器、控制系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)，如圖6所示。圖中虛線左邊為太陽(yáng)方位探測(cè)器，其中僅示出了東向傳感器U2和西向傳感器Ul 構(gòu)成的電橋。使用時(shí)將太陽(yáng)方位探測(cè)器固定在跟蹤設(shè)備上，如圖6中的反射鏡10的上邊沿， 探測(cè)器輸出端連接控制系統(tǒng)。調(diào)整探測(cè)器的方位使反射鏡10正對(duì)太陽(yáng)時(shí)，平面1的法線指向太陽(yáng)。這時(shí)東向傳感器U2和西向傳感器Ul的感光部分相等，電橋處于平衡狀態(tài)，橋臂中點(diǎn)A、B電位相等，輸出端無(wú)輸出，隨著太陽(yáng)向西偏移，西向傳感器Ul感光部分增加，東向傳感器U2感光部分減少，電橋失去平衡，三極管Ql導(dǎo)通，從集電極Cl輸出感應(yīng)信號(hào)，經(jīng)控制系統(tǒng)處理驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作，帶動(dòng)反射鏡10向西旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽(yáng)。當(dāng)反射鏡又對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)， 東向傳感器U2和西向傳感器Ul的感光部分又相等，電橋恢復(fù)平衡。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)東西方向(太陽(yáng)方位角)的追蹤。給南向傳感器U3和北向傳感器U4配上相同的電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)南北方向(太陽(yáng)仰角)的跟蹤，具體電路參考圖6，此處不再詳述。從上面的描述可以看出，因?yàn)橥粋€(gè)電橋上的兩只光敏元件分別設(shè)置在遮光板3 的兩側(cè)，隨著太陽(yáng)偏移，一個(gè)傳感器的感光量增加，另一個(gè)傳感器感光量則減少，一加一減， 變化增加一倍，加大了差距，電橋極易失去平衡而輸出控制信號(hào)，所以本發(fā)明控制靈敏度高，跟蹤精度也高。把遮光板3兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩只傳感器的差值電流取出來(lái)，作為太陽(yáng)跟蹤控制用的檢測(cè)電路，除上述電橋外還有差分器、比較器等也能達(dá)到穩(wěn)定工作的目的，具體電路屬于本領(lǐng)域成熟技術(shù)，本發(fā)明不再在此詳述。為了在一天的跟蹤伺服完成后，次日早上使反射鏡能自動(dòng)返回東方，本發(fā)明在東向傳感器對(duì)應(yīng)位置的背面安裝有傳感器U6，用于探測(cè)東方初升的太陽(yáng)。為了平衡，電路中又增加了傳感器U5。因?yàn)樘綔y(cè)器是固定在反射鏡上同步運(yùn)行的，一天的跟蹤結(jié)束后，反射鏡上的探測(cè)器是面向西方的。次日東升的太陽(yáng)照射不到探測(cè)器正面的傳感器，但它可以照到背面的傳感器U6，使三極管Q2導(dǎo)通，集電極C2輸出感應(yīng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)反射鏡10向東旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到一定角度，傳感器U2開(kāi)始感應(yīng)太陽(yáng)光線，接替?zhèn)鞲衅鱐O的工作，保持信號(hào)的連續(xù)性。當(dāng)探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)東邊的太陽(yáng)，靜止片刻后，又開(kāi)始新一天的跟蹤，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的全自動(dòng)跟蹤。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)方位探測(cè)器，包括分別接收東、西、南、北方向太陽(yáng)能的東向傳感器、西向傳感器、南向傳感器和北向傳感器，所述傳感器位于與入射陽(yáng)光垂直的平面上，其特征在于，所述平面被相互垂直的第一隔板和第二隔板分割為東、西、南、北四個(gè)部分；其中，東向傳感器和西向傳感器分別位于東西部分并對(duì)稱(chēng)地位于第一隔板兩邊，南向傳感器和北向傳感器分別位于南北部分并對(duì)稱(chēng)地位于第二隔板兩邊；所述隔板上設(shè)置有遮光板，所述遮光板與所述平面平行，分別遮擋東向傳感器、西向傳感器和南向傳感器、北向傳感器的部分直射光線，并且東向傳感器和西向傳感器被遮光板遮擋的部分相等，南向傳感器和北向傳感器被遮光板遮擋的部分相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述第一隔板和第二隔板由一張矩形隔板折彎構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述傳感器均為光電傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述東向傳感器、西向傳感器具有相同型號(hào)和參數(shù)，所述南向傳感器、北向傳感器具有相同型號(hào)和參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述東向傳感器、西向傳感器分別位于電橋的不同橋臂，所述電橋橋臂中點(diǎn)為信號(hào)輸出端；所述南向傳感器、北向傳感器分別位于另一電橋的不同橋臂，該另一電橋橋臂中點(diǎn)為信號(hào)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述信號(hào)輸出端反相并聯(lián)兩只三極管，兩只三極管的控制端分別連接兩個(gè)橋臂中點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述東向傳感器對(duì)應(yīng)位置的背面安裝有傳感器，用于探測(cè)東方初升的太陽(yáng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)方位探測(cè)器，其特征在于，所述傳感器與東向傳感器并聯(lián)。
9.太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置，包括太陽(yáng)方位傳感器、控制系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于， 所述控制系統(tǒng)與太陽(yáng)方位傳感器連接，接收太陽(yáng)方位傳感器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)接收東向傳感器和西向傳感器輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)方位角進(jìn)行跟蹤，接收南向傳感器和北向傳感器輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)仰角進(jìn)行跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)方位探測(cè)和自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)探測(cè)器容易受到干擾的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種太陽(yáng)方位探測(cè)器及其構(gòu)成的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置。本發(fā)明的太陽(yáng)方位探測(cè)器，東向傳感器、西向傳感器和南向傳感器、北向傳感器之間僅由隔板隔離，距離非常近，可以認(rèn)為處于完全相同的環(huán)境，特別是被遮光板遮擋的相等部分，可以感應(yīng)相同的漫反射等干擾信號(hào)，并相互抵消，極大地提高了探測(cè)器的抗干擾能力。本發(fā)明的太陽(yáng)方位自動(dòng)跟蹤裝置，采用本發(fā)明的太陽(yáng)方位傳感器作為跟蹤裝置的前端探測(cè)器，可以提高太陽(yáng)跟蹤裝置可靠性和跟蹤精度。本發(fā)明可以廣泛用于太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能熱水器等系統(tǒng)中，提高太陽(yáng)能利用率。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102331794SQ20111020523
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者周丹, 姚必強(qiáng), 謝永春 申請(qǐng)人:攀枝花學(xué)院