專利名稱：基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多波段人造光源的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括放置在接收塔上的吸熱單元、接收塔周圍地面上鋪設(shè)多面的定日鏡單元，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)和跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制該些定日鏡單元自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，并將太陽(yáng)的光線反射到位于接收塔頂部的吸熱裝置，使其中的介質(zhì)沸騰， 由此所產(chǎn)生的蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功效。因此，當(dāng)太陽(yáng)軌跡隨著時(shí)間變化時(shí)，必須精確控制定日鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以跟蹤太陽(yáng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能資源的高效利用。對(duì)定日鏡的控制是通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入定日鏡坐標(biāo)參數(shù)后，通過追日算法計(jì)算出定日鏡應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的角度而實(shí)現(xiàn)的。但由于定日鏡的制造和安裝存在諸多誤差，這樣的方法得到的定日鏡坐標(biāo)也不精確，從而使光斑發(fā)生大范圍偏移。因此，定日鏡坐標(biāo)參數(shù)的精確程度直接關(guān)系到其追日的準(zhǔn)確度，進(jìn)而極大影響熱發(fā)電的效率。目前對(duì)定日鏡定位主要有兩種方法
一是美國(guó)專利US4564275及中國(guó)專利CN102116604所提到的，控制定日鏡將光反射至接收塔上的白板上，然后利用白板對(duì)面的攝像機(jī)對(duì)白板上的光斑成像，通過圖像處理技術(shù)測(cè)量實(shí)際光斑與白板中央點(diǎn)偏差，然后利用計(jì)算機(jī)修正定日鏡單元參數(shù)，使其將光斑投射至白板中心點(diǎn)。該種定位方法操作比較簡(jiǎn)單，成本低廉，但最大的問題在于定位效率太低， 對(duì)于成千上萬(wàn)面鏡子的定位顯然不合適。二是美國(guó)eSolar公司專利US20090107485所提到的，利用鏡場(chǎng)周圍的攝像機(jī)，產(chǎn)生多個(gè)定日鏡反射的陽(yáng)光圖像獲取定位樣本，然后通過參數(shù)估計(jì)的方法得到定日鏡的參數(shù)。該種定位方法的問題主要在于圖像處理系統(tǒng)復(fù)雜，光斑搜索時(shí)間較長(zhǎng)，且光源只有一個(gè)即太陽(yáng)，獲取樣本需要隔一段時(shí)間，因此效率也不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電中定日鏡定位效率低下，定位系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于多波段人造光源的定日鏡定位系統(tǒng)
為解決塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電中定日鏡定位效率低下，定位系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于多波段人造光源的定日鏡定位方法。—種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，包括
定日鏡場(chǎng)其包括用于將太陽(yáng)光反射到接收塔上吸熱裝置的多面定日鏡單元，所述多面定日鏡單元分為至少兩個(gè)區(qū)域；
至少兩個(gè)人造光源所述至少兩個(gè)人造光源位于不同波段；
傳感裝置用于接收位于不同波段的人造光源被定日鏡單元照射在其上的光斑信息；
5計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)用于根據(jù)傳感裝置傳送信息獲得若干組定日鏡單元的定位樣本， 根據(jù)樣本估取當(dāng)前定日鏡單元中心點(diǎn)的精確坐標(biāo)。一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位方法，包括 將定日鏡場(chǎng)分成多個(gè)區(qū)域，并在鏡場(chǎng)中設(shè)置不同波段的至少兩個(gè)人造光源；
計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)控制一定日鏡單元的調(diào)整信息，使得傳感裝置檢測(cè)到該定日鏡單元反射所選定的人造光源光斑位于其中心區(qū)域，后將包括該調(diào)整信息在內(nèi)的信息存儲(chǔ)為該定日鏡單元的樣本信息；
調(diào)整包括不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源在內(nèi)的信息，獲得多個(gè)樣本信息； 估算出該定日鏡單元的參數(shù)；
根據(jù)該定日鏡單元的參數(shù)計(jì)算出將太陽(yáng)光光斑精確投射至接收塔上的吸熱單元時(shí)定日鏡單元角度配置 (h ),旋轉(zhuǎn)定日鏡至該角度，使得光斑投射至接收塔上的吸熱單元，從而完成該定日鏡單元的校正。較佳地，基于多波段人造光源的定日鏡定位系統(tǒng)主要包括設(shè)置在鏡場(chǎng)四個(gè)區(qū)域的四種不同顏色的人造光源，位于接收塔下方的四組色敏傳感器陣列以及用于光斑處理、定日鏡控制和參數(shù)估計(jì)的服務(wù)器?；诙嗖ǘ稳嗽旃庠吹亩ㄈ甄R定位方法，包括同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)區(qū)域的一塊定日鏡至相應(yīng)色敏傳感器陣列板獲取一組定位樣本，交叉選取光源反射獲取多組樣本，根據(jù)樣本獲取定日鏡中心點(diǎn)的精確坐標(biāo)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
首先，本發(fā)明可以通過設(shè)定多波段光源，做為選定的準(zhǔn)光源，提高定日鏡單元將太陽(yáng)光光班投射至接收塔的吸熱單元上的準(zhǔn)確性。接著，多面定日鏡單元分為至少兩個(gè)區(qū)域，在鏡場(chǎng)的每個(gè)區(qū)域設(shè)置具有一種波長(zhǎng)的人造光源，在鏡場(chǎng)的每個(gè)區(qū)域設(shè)置一傳感裝置，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)區(qū)域的一塊定日鏡至相應(yīng)色敏傳感器陣列板獲取一組定位樣本，交叉選取光源反射獲取多組樣本，根據(jù)樣本獲取定日鏡中心點(diǎn)的精確坐標(biāo)，大大提高定位的效率。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中帶有多波段人造光源的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡場(chǎng)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例中定日鏡場(chǎng)的編碼圖3a，圖北分別是本發(fā)明實(shí)施例中利用多波段人造光源獲得定位樣本的若干結(jié)構(gòu)示意圖4a，圖4b分別是本發(fā)明實(shí)施例中色敏傳感器陣列板的兩個(gè)示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中陣列板光斑處理的流程圖6a，圖6b，圖6c分別是本發(fā)明實(shí)施例中色敏傳感器陣列顏色及光斑形狀識(shí)別處理原理的三個(gè)示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例中定日鏡定位系統(tǒng)定位方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供了一種定日鏡定位系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)的方法，以下以一實(shí)例具體介紹，再次聲明，實(shí)例并非用于局限本發(fā)明。系統(tǒng)包括設(shè)置在鏡場(chǎng)四個(gè)區(qū)域的四種不同波段的人造光源；位于接收塔下方的四組色敏傳感器陣列板，本專利實(shí)施例中陣列板形狀為矩形，但不限于此；處理光斑圖像、估計(jì)定日鏡單元參數(shù)的服務(wù)器。該系統(tǒng)主要有3個(gè)特點(diǎn)
第一，本發(fā)明采用多波段人造光源作為定日鏡反射的光源。利用該光源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)一是多個(gè)人造光源可避免定日鏡獲取多組定位樣本的等待時(shí)間，在用一個(gè)光源獲取完一組樣本后，定日鏡可直接轉(zhuǎn)向第二人造光源再次獲取樣本；二是采用多波段或多種顏色的光源可避免多面定日鏡將同樣顏色的光斑投射在同一檢測(cè)區(qū)域，造成系統(tǒng)不會(huì)識(shí)別的情況。現(xiàn)有專利中提到的白板校正方法不能對(duì)這種情況進(jìn)行處理。第二，本系統(tǒng)將定日鏡場(chǎng)分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中處于相同行列位置的定日鏡被同時(shí)進(jìn)行校正，這樣，不但能對(duì)多面定日鏡同時(shí)進(jìn)行校正，提高校正效率，而且避免了利用攝像機(jī)定位處理時(shí)存在的定日鏡之間的陰影遮擋問題。第三，本系統(tǒng)采用多組色敏傳感器陣列板作為檢測(cè)單元。采用多組色敏傳感器陣列板是為了使每個(gè)定日鏡的投影光斑能夠分開足夠的距離，同時(shí)也為方便色敏傳感器進(jìn)行不同的顏色檢測(cè)。另外，系統(tǒng)同時(shí)還能根據(jù)檢測(cè)色敏傳感器陣列板上排列的色敏傳感器電流值判斷出目前光斑的位置和大致形狀，為偏差的校正提供依據(jù)。這種檢測(cè)方法簡(jiǎn)單而有效。實(shí)例一
在下文中，為了方便起見，以鏡場(chǎng)劃分為4個(gè)區(qū)域并且采用四組色敏傳感器來(lái)進(jìn)行定位的實(shí)施例進(jìn)行說明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此，而是可以將鏡場(chǎng)劃分任意多個(gè)區(qū)域，并且采用具有相應(yīng)數(shù)目的色敏傳感器來(lái)進(jìn)行定位。首先，采用本發(fā)明即利用多波段人造光源進(jìn)行定日鏡定位的系統(tǒng)實(shí)施示意圖在圖 1中示出。該鏡場(chǎng)是塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電的鏡場(chǎng)，接收塔101位于鏡場(chǎng)邊緣，接收塔上方安裝有吸熱單元102。鏡場(chǎng)中地面上鋪設(shè)若干面定日鏡單元103，其中定日鏡單元可以具有兩個(gè)自由度，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，以便能靈活的將光斑反射至吸熱單元102。定日鏡單元可以是現(xiàn)有常見的定日鏡，也可以是實(shí)現(xiàn)定日鏡功能的各種改良的定日鏡組件。由于鏡場(chǎng)的定日鏡數(shù)量龐大，為了便于進(jìn)行定日鏡單元的調(diào)度和管理，將鏡場(chǎng)分為大小相等的A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，在圖中顯示為106a、106b、106c、106d。在每個(gè)區(qū)域邊緣設(shè)置一不同波段(或稱不同顏色)的人造光源。本實(shí)例選用紅、綠、藍(lán)3種波段光源以及白光這種可見全波段光源，但并不限于上述四種顏色。如圖1所示，在106a區(qū)域設(shè)置了 10 紅色光源，106b區(qū)域設(shè)置了 104b綠色光源，106c區(qū)域設(shè)置了 l(Mc藍(lán)色光源，106d區(qū)域設(shè)置了 104d白色光源。光源可選用HID高壓氣體放電燈，單色光源可選用氪燈、氦燈、氖燈等氣體放電燈，亦可在產(chǎn)生白光的光源之外加裝紅、綠、藍(lán)3種顏色的濾光片產(chǎn)生單色光。作為選擇方案，可使用能產(chǎn)生橙色、黃色、青色、紫色等其他單色光的光源。本發(fā)明中優(yōu)選采用點(diǎn)光源形狀，但光源形狀并不局限于此，還可采用線光源及其它可方便檢測(cè)光斑形狀的光源。105a、10恥、105c、105d是本發(fā)明中用來(lái)檢測(cè)光斑顏色及光斑形狀大小的色敏傳感器陣列板，其分別對(duì)應(yīng)106a、106b、106c、106d四個(gè)區(qū)域，即每塊色敏傳感器陣列板只檢測(cè)來(lái)自對(duì)應(yīng)區(qū)域的定日鏡單元反射過來(lái)的光斑。事實(shí)上，為了提高校正效率，增加每次同時(shí)校正的定日鏡單元的數(shù)量，可以將定日鏡場(chǎng)分為更多的區(qū)域，如6個(gè)區(qū)域、8個(gè)區(qū)域，然后設(shè)置6種或者8種不同顏色的人造光源，在接收塔采用6塊或者8塊色敏傳感器陣列板。其中，色敏傳感器陣列板為傳感裝置的一采用實(shí)例，傳感裝置可以為其它能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)出光斑位置及波段信息的傳感器，或者是幾種傳感器的組合。比如，傳感裝置包括檢測(cè)出光斑位置的傳感器及檢測(cè)波段信息的傳感器。檢測(cè)出光斑位置的傳感器可以采用傳統(tǒng)的光斑檢測(cè)陣列。還需要說明的是，本發(fā)明的傳感裝置可以僅為一個(gè)，也可以是多個(gè)，如果是多個(gè)的話，傳感裝置的個(gè)數(shù)和場(chǎng)劃分的區(qū)域相同，這樣，每個(gè)傳感裝置檢測(cè)對(duì)應(yīng)場(chǎng)中的定日鏡單元反射過來(lái)的區(qū)域。另外，傳感裝置的個(gè)數(shù)和場(chǎng)劃分的區(qū)域也可以相同，各個(gè)傳感裝置檢測(cè)指定場(chǎng)中定日鏡單元反射過來(lái)的區(qū)域。在本實(shí)例中，傳感器設(shè)置在接收塔的下方，也可以設(shè)置在其它位置，如果設(shè)置在其它位置，需要額外設(shè)置支撐柱之類的支撐裝置，因此， 傳感器設(shè)置在接收塔的下方是為了節(jié)約成本。為了便于控制，將每個(gè)區(qū)域內(nèi)的定日鏡進(jìn)行二維編號(hào)，如圖2所示。例如，A(i, j) 是指A區(qū)域鏡場(chǎng)中第i行，第j列的定日鏡單元。在進(jìn)行定日鏡單元的定位時(shí)，A(i，j)、 B(i，j)、C(i，j)和D(i，j)這四面定日鏡單元同時(shí)進(jìn)行定位操作。下面詳細(xì)介紹定日鏡定位的工作原理。定日鏡單元的定位是通過利用多波段人造光源獲取多組定位樣本，然后通過樣本參數(shù)估計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用多波段人造光源獲得定日鏡定位樣本的示意圖如圖3所示。如圖3a所示，在打算對(duì)A區(qū)域內(nèi)的一定日鏡單元A (i, j)進(jìn)行定位的情況下，首先通過精密的GPS測(cè)量裝置測(cè)得10 紅色光源的坐標(biāo)、105a色敏傳感器陣列板中心點(diǎn)坐標(biāo)、 定日鏡單元A(i，j)的名義坐標(biāo)。此處的名義坐標(biāo)是指鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)圖紙中所標(biāo)注的定日鏡安裝的坐標(biāo)值，該坐標(biāo)值可以通過查詢?cè)O(shè)計(jì)庫(kù)獲得。位于主控室的控制服務(wù)器利用這3組坐標(biāo)數(shù)據(jù)可計(jì)算出定日鏡單元A(i，j)將10 的光斑投射到10 色敏傳感器陣列板中心所
需要的角度配置(^p ^ )，然后控制定日鏡單元A(i，j)旋轉(zhuǎn)至該角度。但是，在實(shí)
際中，由于在制造、安裝、測(cè)量過程中存在誤差，所以光斑不一定能投射至色敏傳感器陣列板的中心，這就需要通過色敏傳感器陣列板的光斑處理程序引導(dǎo)定日鏡單元將光斑投射至色敏傳感器陣列板的中心點(diǎn)。當(dāng)找到陣列板中心點(diǎn)后，記錄此時(shí)定日鏡A(i，j)的角度配置
(θ，φ )這樣，10 紅色光源坐標(biāo)、10 色敏傳感器陣列板中心點(diǎn)坐標(biāo)、定日鏡A(i，j)的
當(dāng)前角度配置(Q7 φ ；)這3組參數(shù)形成定日鏡A(i，j)的一組定位樣本，并且被保存
在主控室內(nèi)的存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)。與此同時(shí)，如圖3a所示，定日鏡單元B(i，j)利用104b綠色光源以及10 色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本，定日鏡單元C (i，j)利用l(Mc藍(lán)色光源以及105c色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本，定日鏡單元D(i，j)利用104d白色光源以及105d色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本。在四個(gè)區(qū)域內(nèi)的四面定日鏡各獲得一組定位樣本之后，將四個(gè)區(qū)域內(nèi)的定日鏡與四組人造光源重新配對(duì)，但四個(gè)區(qū)域與四組色敏傳感器陣列板的對(duì)應(yīng)關(guān)系保持不變。如圖北所示，定日鏡單元A(i，j)利用104b綠色光源以及10 色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本，定日鏡單元B (i，j)利用l(Mc藍(lán)色光源以及10 色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本，定日鏡單元C(i，j)利用104d白色光源以及105c色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本，定日鏡單元D(i，j)利用10 紅色光源以及105d色敏傳感器陣列板獲得一組定位樣本。這樣配對(duì)的結(jié)果是每面定日鏡單元可獲得4組定位樣本。圖如中示出上面定位系統(tǒng)實(shí)施中所采用的色敏傳感器陣列板。四組傳感器陣列板面向鏡場(chǎng)布置，陣列板形狀為矩形，陣列板之間成矩形排列，分別對(duì)應(yīng)鏡場(chǎng)的A、B、C、D四組區(qū)域，但上下左右陣列板之間要保持足夠遠(yuǎn)距離，以便投射光斑區(qū)分度較大，便于進(jìn)行檢測(cè)。陣列板安裝位置要恰當(dāng)，安裝高度不要過高以方便維修但又要保持適當(dāng)高度以便定日鏡進(jìn)行反射投影，本例中優(yōu)選采用高度為接收塔高度的2/3。傳感器陣列板帶有可上下卷縮的遮光罩401，處于定位狀態(tài)下遮光罩打開，處于非定位狀態(tài)下遮光罩遮擋色敏傳感器陣列板。比如，白天遮光罩降下遮擋住色敏傳感器陣列板，晚上進(jìn)行定位操作時(shí)打開遮光罩。 圖4b是單個(gè)色敏傳感器陣列板的結(jié)構(gòu)示意圖，陣列板由多個(gè)色敏傳感器按照點(diǎn)陣式排列而成，每個(gè)點(diǎn)陣即每個(gè)色敏傳感器可感受照射在其上的帶有顏色的光斑并產(chǎn)生相應(yīng)的電流值。為了提高其抗干擾性，應(yīng)選用溫度范圍較寬，且特定顏色光斑引起引腳輸出電流值較大的色敏傳感器，本例中采用CLS9032色敏傳感器。色敏傳感器陣列板的光斑處理流程圖在圖5中示出。在定日鏡單元旋轉(zhuǎn)至按照名
義坐標(biāo)計(jì)算出的配置角度(.^0τ φ0)之后，如果光斑沒有投射至色敏傳感器陣列板，即
此時(shí)傳感器陣列板沒有輸出，則控制定日鏡單元朝任意方向旋轉(zhuǎn)一定角度直至陣列板感受到光照產(chǎn)生輸出電流，判斷光斑的顏色。如果光斑顏色與當(dāng)前陣列板所對(duì)應(yīng)的校正光源顏色相符，則繼續(xù)定位光斑位置，進(jìn)而通過比較偏差獲得定日鏡的調(diào)整校正角度。若不符合則繼續(xù)控制定日鏡單元旋轉(zhuǎn)直至相符顏色的光斑投射至該陣列板。圖6為色敏傳感器陣列板檢測(cè)光斑顏色及中心搜索的原理圖。圖6a所示是本發(fā)明采用的全色色敏傳感器CLS9032示意圖，該傳感器有2個(gè)垂直連接的PN結(jié)，使用2個(gè)光電二極管之間的對(duì)數(shù)電流比作為信號(hào)處理的方法。通過比較色敏傳感器3個(gè)引腳(R、G、B)的電流輸出值確定光斑的顏色，如光斑是紅色，則R引腳輸出電流明顯大于G、B引腳；若是白光，則3引腳電流相差不多。利用這種原理可以有效可靠地判斷顏色。圖6b是光斑中心搜尋原理的示意圖。中心白色標(biāo)注部分為色敏傳感器的中心區(qū)域。每組色敏傳感器陣列板共有3個(gè)描述參數(shù)，即當(dāng)前檢測(cè)顏色種類、對(duì)應(yīng)區(qū)域、以及色敏傳感器陣列點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)。其中當(dāng)前檢測(cè)顏色種類由主控室控制服務(wù)器設(shè)定，其改變周期與定日鏡定位樣本的產(chǎn)生周期同步；對(duì)應(yīng)區(qū)域即每組色敏傳感器陣列板所對(duì)應(yīng)的定日鏡分組區(qū)域，本實(shí)例中該對(duì)應(yīng)關(guān)系固定，實(shí)際上如果要獲得更多的樣本數(shù)量，則該對(duì)應(yīng)關(guān)系是變化的；色敏傳感器陣列點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)如下描述色敏傳感器陣列板上每一傳感器看作矩陣的一個(gè)元素，初始狀態(tài)全部默認(rèn)為0，當(dāng)有光照射至傳感器陣列時(shí)，感受到光照的傳感器狀態(tài)置為1。這樣，當(dāng)有光照至傳感器陣列板時(shí)，可利用一個(gè)矩陣描述傳感器陣列狀態(tài)，即光斑狀態(tài)。實(shí)際上，在定位操作時(shí)，需要對(duì)每組色敏傳感器陣列板的輸出電流進(jìn)行標(biāo)定。各組的標(biāo)定值主要有5項(xiàng)遮光罩打開但無(wú)光照在陣列板上時(shí)陣列板的總輸出電流值Zq ;紅光全
部照在色敏傳感器陣列板的中心區(qū)域時(shí)色敏傳感器紅色輸出端電流值；綠光全部照
在中心區(qū)域時(shí)色敏傳感器綠色輸出端電流值Zeaitt ；藍(lán)光全部照在中心區(qū)域時(shí)色敏傳感器
藍(lán)色輸出端電流值；和白光全部照在中心區(qū)域時(shí)的三端總的電流值4^^。以圖6b為例，在上圖中，紅光只照到了左上角的一個(gè)色敏傳感器，此時(shí)傳感器陣列板紅光端總輸出值很小，雖然系統(tǒng)已經(jīng)檢測(cè)到了紅色光斑，但中心區(qū)域的紅色輸出端電流值乙=O0在圖6b下
圖中，雖然中心區(qū)域可檢測(cè)到電流輸出值，但是仍然小于，且由矩陣狀態(tài)及色敏傳感器
的排列間距可求出當(dāng)前光斑中心距離陣列板中心的距離，所以偏差數(shù)據(jù)由陣列板后面的微處理器處理后經(jīng)過光纖網(wǎng)絡(luò)通道送給主控室的控制服務(wù)器，由控制服務(wù)器計(jì)算定日鏡應(yīng)調(diào)整的角度以便將光斑投至陣列板的中心。色敏傳感器陣列還包括色敏傳感器陣列板處理電路(請(qǐng)參閱圖6C)，所述色敏傳感器陣列板處理電路包括點(diǎn)陣處理單元41和連接計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)的微處理器42，每個(gè)點(diǎn)陣處理單元41包括連接對(duì)應(yīng)色敏傳感器的多級(jí)放大單元401、濾波單元402、A/D轉(zhuǎn)換單元 403，多級(jí)放大單元401、濾波單元402及A/D轉(zhuǎn)換單元403依次連接，A/D轉(zhuǎn)換單元403輸出端連接微處理器42。由于色敏傳感器的實(shí)際輸出電流值很小，因此需要經(jīng)過3級(jí)放大器進(jìn)行放大。另外，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的漫反射光的干擾噪聲以及傳感器本身存在的噪聲電流的影響，需要在放大電路后加濾波電路。為了實(shí)現(xiàn)快速濾波，本實(shí)施例采用中值濾波算法，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化后送至微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。微處理器主要用于存儲(chǔ)色敏傳感器陣列板的3個(gè)描述參數(shù)，判斷光斑的顏色以及當(dāng)前光斑的大致位置，并將這些信息送至主控室的控制服務(wù)器。在獲得多組定位樣本之后，接下來(lái)要進(jìn)行的工作是進(jìn)行樣本的參數(shù)估計(jì)。由于制造及安裝誤差的存在，除了中心坐標(biāo)X，Y，Z、水平角沒和方,位角識(shí)之夕卜， 定日鏡單元的描述參數(shù)還包括由于參照坐標(biāo)系不同帶來(lái)的歐拉角
α、β、γ.、與g；)。定日鏡單元參數(shù)的數(shù)目決定了所需定位樣本的最
少數(shù)量。但是由于樣本本身也會(huì)產(chǎn)生不確定性，例如坐標(biāo)測(cè)量的不準(zhǔn)確性、檢測(cè)傳感器陣列板噪聲的干擾等，樣本中存在的不確定性將導(dǎo)致定日鏡單元參數(shù)的不確定性，所以只能大致估算定日鏡單元參數(shù)，而不能精確計(jì)算出來(lái)。一般來(lái)說，獲取較多的定位樣本可以降低估算參數(shù)的不確定性。為此，可以采取如下方法將四個(gè)區(qū)域、四組光源、四組色敏傳感器陣列板之間相互配對(duì)，從而最多可獲得16組定位樣本。另一種可行的方法就是增加光源的顏色種類。樣本估計(jì)采用誤差最小化方法，選取誤差函數(shù)，利用最小二乘法估算出使誤差函數(shù)達(dá)到最小值的定日鏡單元參數(shù)。所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)進(jìn)一步包括
定日鏡單元定位樣本獲得器，其進(jìn)一步包括
初角度配置單元用于根據(jù)當(dāng)前選定人造光源的坐標(biāo)、當(dāng)前傳感裝置坐標(biāo)、當(dāng)前定日鏡單元坐標(biāo)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息；樣本獲取單元用于計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息，使傳感裝置檢測(cè)到當(dāng)前所選定人造光源對(duì)應(yīng)光斑位于中心區(qū)域，并保存該定日鏡單元所處的角度信息作為一樣本信息；
樣本滿足單元用于樣本未滿足預(yù)設(shè)定要求時(shí)，調(diào)整選定人造光源、或調(diào)整選定人造光源和所選定傳感裝置；
定日鏡單元參數(shù)估算單元用于根據(jù)樣本信息進(jìn)行當(dāng)前定日鏡單元的參數(shù)估算； 校正計(jì)算單元用于根據(jù)定日鏡單元參數(shù)計(jì)算出將太陽(yáng)光光斑精確投射至接收塔吸熱單元的角度配置信息。上述其可以為邏輯單元，也可以為物理單元。若是邏輯單元，則可以通過類似主控室的控制服務(wù)器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
利用上述系統(tǒng)裝置，可以依照如下步驟同時(shí)完成對(duì)定日鏡單元的定位。一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位方法，包括
將定日鏡場(chǎng)分成多個(gè)區(qū)域，并在鏡場(chǎng)中設(shè)置不同波段的至少兩個(gè)人造光源； 計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)控制一定日鏡單元的調(diào)整信息，使得傳感裝置檢測(cè)到該定日鏡單元反射所選定的人造光源光斑位于其中心區(qū)域，后將包括該調(diào)整信息在內(nèi)的信息存儲(chǔ)為該定日鏡單元的樣本信息；可以為計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)先根據(jù)當(dāng)前選定人造光源的坐標(biāo)、當(dāng)前傳感裝置坐標(biāo)、當(dāng)前定日鏡單元坐標(biāo)在內(nèi)的名義坐標(biāo)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息；計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息，使傳感裝置檢測(cè)到當(dāng)前所選定人造光源對(duì)應(yīng)光斑位于中心區(qū)域，并保存該定日鏡單元所處的角度信息作為一樣本信息。調(diào)整包括不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源在內(nèi)的信息，獲得多個(gè)樣本信息。調(diào)整包括不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源在內(nèi)的信息進(jìn)一步包括調(diào)整不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源，或者調(diào)整不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源及調(diào)整不同傳感裝置為當(dāng)前傳感裝置。估算出該定日鏡單元的參數(shù)；
根據(jù)該定日鏡單元的參數(shù)計(jì)算出將太陽(yáng)光光斑精確投射至中央接收塔上的吸熱單元
時(shí)定日鏡單元角度配置()，旋轉(zhuǎn)定日鏡至該角度，使得光斑投射至接收塔上的
吸熱單元，從而完成該定日鏡單元的校正。請(qǐng)參閱圖7，其為本發(fā)明的一實(shí)例。步驟1，首先將四個(gè)區(qū)域、四組人造光源與四組色敏傳感器進(jìn)行配對(duì)(區(qū)域106a、 紅色光源 104a、色敏傳感器陣列板 105a)、(106b, 104b, 105b), (106c, 104c, 105c)、(106d, 104d，105d)。在本實(shí)施例中，每面定日鏡單元采集四組樣本，所以四個(gè)區(qū)域與四組色敏傳感器陣列板的組合是固定的，即106a固定對(duì)應(yīng)105a，106b固定對(duì)應(yīng)105b，106c固定對(duì)應(yīng) 105c, 106d 固定對(duì)應(yīng) 105d。步驟2:分別將四面要定位的鏡子旋轉(zhuǎn)至計(jì)算出的角度丨廣^js ) (i=U2,
\
3、4，分別表示位于四區(qū)域內(nèi)的四面鏡子)。該角度是按照當(dāng)前校正光源坐標(biāo)、色敏傳感器陣列板中心區(qū)域坐標(biāo)、定日鏡中心點(diǎn)名義坐標(biāo)計(jì)算得到的，如果定日鏡不存在誤差，則當(dāng)旋轉(zhuǎn)
11至該角度時(shí)，光斑應(yīng)恰好落在傳感器陣列板中心區(qū)域。步驟3 啟動(dòng)陣列板光斑處理程序，引導(dǎo)定日鏡將光斑投射至陣列板中心區(qū)域。在陣列板輸出端產(chǎn)生超過一定閾值電流時(shí)，首先判斷光斑顏色，如果顏色與當(dāng)前陣列板要檢測(cè)的顏色相符則進(jìn)行光斑中心點(diǎn)的搜索。若不相符，轉(zhuǎn)動(dòng)要校正的定日鏡按照一定步長(zhǎng)任意旋轉(zhuǎn)直至陣列板產(chǎn)生相應(yīng)顏色輸出。顏色相符后，通過引入陣列板傳感器狀態(tài)矩陣判斷當(dāng)前光斑中心與陣列板中心區(qū)域距離，同時(shí)比較陣列板中心區(qū)域電流輸出值I與標(biāo)定值
的大小可判斷此時(shí)光斑是否已在中心。步驟4 當(dāng)光斑已投射至色敏傳感器陣列板中心區(qū)域時(shí)，記錄此時(shí)的定日鏡角度
配置(巧，)，將四面定曰鏡校正所用的光源坐標(biāo)、色敏傳感器陣列板中心點(diǎn)坐標(biāo)、
定日鏡的當(dāng)前角度配置(φ.)這3組參數(shù)形成定日鏡的一組定位樣本，并將該樣本保存在主控室內(nèi)的存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)。步驟5 判斷每面定日鏡的樣本數(shù)量是否大于N，其中N為按照定位精度要求所計(jì)算出的估算用樣本數(shù)量值。如果小于N，則將四個(gè)區(qū)域和陣列板與四組人造光源重新配對(duì)， 如(106a、104b、105a)，(106b，104c, 105b), (106c, 104d, 105c), (106d, 104a, 105d)。注意此時(shí)106鏡場(chǎng)區(qū)域與105陣列板的組合未改變。若是要求樣本數(shù)量大于4，則106與105也可進(jìn)行組合配對(duì)。步驟6 當(dāng)樣本數(shù)量已滿足要求時(shí)，開始進(jìn)行定日鏡的參數(shù)估計(jì)。樣本估計(jì)在主控室控制服務(wù)器進(jìn)行，采用誤差最小化方法，選取誤差函數(shù)，利用最小二乘法估算出使誤差函數(shù)達(dá)到最小值的定日鏡單元參數(shù)。步驟7:將最新的定日鏡單元參數(shù)更新至存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)，根據(jù)最新的定日鏡單元參數(shù)計(jì)算出將光斑精確投射至中央接收塔上的吸熱單元時(shí)定日鏡角度配置
(0C^Pc )，旋轉(zhuǎn)定日鏡至該角度，此時(shí)光斑便可投射至接收塔上的吸熱單元上，完成校正。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，包括定日鏡場(chǎng)其包括用于將太陽(yáng)光反射到接收塔上吸熱裝置的多面定日鏡單元，所述多面定日鏡單元分為至少兩個(gè)區(qū)域；至少兩個(gè)人造光源所述至少兩個(gè)人造光源位于不同波段；傳感裝置用于接收位于不同波段的人造光源被定日鏡單元照射在其上的光斑信息； 計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)用于根據(jù)傳感裝置傳送信息獲得若干組定日鏡單元的定位樣本，根據(jù)樣本估取當(dāng)前定日鏡單元中心點(diǎn)的精確坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，傳感裝置為位于接收塔的下方的色敏傳感器陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，包括跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)根據(jù)傳感裝置傳送信息調(diào)整跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，找到光斑中心點(diǎn)確定包括定日鏡單元角度配置信息在內(nèi)的定位樣本信息。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，在鏡場(chǎng)的每個(gè)區(qū)域設(shè)置具有一種波長(zhǎng)的人造光源。
5.如權(quán)利要求2所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列包括由多個(gè)色敏傳感器按照點(diǎn)陣式排列而成的色敏傳感器陣列板， 每個(gè)點(diǎn)陣為一色敏傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列板通過不同點(diǎn)陣電流的大小來(lái)判斷光斑的形狀位置。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器采用全色色敏傳感器，通過比較色敏傳感器3個(gè)引腳的電流輸出值確定光斑顏色。
8.如權(quán)利要求2所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列還包括色敏傳感器陣列板處理電路，所述色敏傳感器陣列板處理電路包括點(diǎn)陣處理單元和連接計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)的微處理器，每個(gè)點(diǎn)陣處理單元包括連接對(duì)應(yīng)色敏傳感器的多級(jí)放大單元、濾波單元、A/D轉(zhuǎn)換單元，多級(jí)放大單元、濾波單元及A/D轉(zhuǎn)換單元依次連接，A/D轉(zhuǎn)換單元輸出端連接微處理器。
9.如權(quán)利要求2所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列板面向鏡場(chǎng)布置。
10.如權(quán)利要求5所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列板的高度為接收塔高度的1/2至3/4。
11.如權(quán)利要求5所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，色敏傳感器陣列板還包括可上下卷縮的遮光罩，處于定位狀態(tài)下遮光罩打開，處于非定位狀態(tài)下遮光罩遮擋色敏傳感器陣列板。
12.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，每一人造光源選自以下光源中的一種點(diǎn)光源、線光源及其它可方便檢測(cè)光斑形狀的光源，且每一人造光源選自各種單色光源以及白光光源的其中一種。
13.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)人造光源投射出不同的數(shù)字、包括圓點(diǎn)在內(nèi)的圖案。
14.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括測(cè)量人造光源坐標(biāo)、傳感裝置坐標(biāo)、定日鏡單元坐標(biāo)的GPS測(cè)量裝置。
15.如權(quán)利要求1所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)進(jìn)一步包括定日鏡單元定位樣本獲得器，其進(jìn)一步包括初角度配置單元用于根據(jù)當(dāng)前選定人造光源的坐標(biāo)、當(dāng)前傳感裝置坐標(biāo)、當(dāng)前定日鏡單元坐標(biāo)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息；樣本獲取單元用于計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息，使傳感裝置檢測(cè)到當(dāng)前所選定人造光源對(duì)應(yīng)光斑位于中心區(qū)域，并保存該定日鏡單元所處的角度信息作為一樣本信息；樣本滿足單元用于樣本未滿足預(yù)設(shè)定要求時(shí)，調(diào)整選定人造光源、或調(diào)整選定人造光源和所選定傳感裝置；定日鏡單元參數(shù)估算單元用于根據(jù)樣本信息進(jìn)行當(dāng)前定日鏡單元的參數(shù)估算； 校正計(jì)算單元用于根據(jù)定日鏡單元參數(shù)計(jì)算出將太陽(yáng)光光斑精確投射至接收塔吸熱單元的角度配置信息。
16.一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位方法，其特征在于，包括 將定日鏡場(chǎng)分成多個(gè)區(qū)域，并在鏡場(chǎng)中設(shè)置不同波段的至少兩個(gè)人造光源；計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)控制一定日鏡單元的調(diào)整信息，使得傳感裝置檢測(cè)到該定日鏡單元反射所選定的人造光源光斑位于其中心區(qū)域，后將包括該調(diào)整信息在內(nèi)的信息存儲(chǔ)為該定日鏡單元的樣本信息；調(diào)整包括不同波長(zhǎng)人造光源為當(dāng)前光源在內(nèi)的信息，獲得多個(gè)樣本信息； 估算出該定日鏡單元的參數(shù)；根據(jù)該定日鏡單元的參數(shù)計(jì)算出將太陽(yáng)光光斑精確投射至中央接收塔上的吸熱單元時(shí)定日鏡單元角度配置(ffC^C )，旋轉(zhuǎn)定日鏡至該角度，使得光斑投射至接收塔上的吸熱單元，從而完成該定日鏡單元的校正。
17.如權(quán)利要求16所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位方法，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)先根據(jù)當(dāng)前選定人造光源的坐標(biāo)、當(dāng)前傳感裝置坐標(biāo)、當(dāng)前定日鏡單元坐標(biāo)在內(nèi)的名義坐標(biāo)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息；計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)計(jì)算并指示當(dāng)前定日鏡單元調(diào)整角度信息，使傳感裝置檢測(cè)到當(dāng)前所選定人造光源對(duì)應(yīng)光斑位于中心區(qū)域，并保存該定日鏡單元所處的角度信息作為一樣本fe息。
18.如權(quán)利要求16所述的一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括所述傳感裝置采用多組色敏傳感器陣列，每一組色敏傳感器陣列對(duì)應(yīng)一定日鏡場(chǎng)區(qū)域，在定日鏡單元旋轉(zhuǎn)至按照名義坐標(biāo)計(jì)算出的配置角度(00，之后，如果光斑沒有投射至色敏傳感器陣列板，則控制定日鏡朝任意方向旋轉(zhuǎn)一定角度直至陣列板感受到光照產(chǎn)生輸出電流，判斷光斑的顏色；如果光斑顏色與當(dāng)前陣列板所對(duì)應(yīng)的校正光源顏色相符，則繼續(xù)定位光斑位置，進(jìn)而通過比較偏差獲得定日鏡的調(diào)整校正角度，若不符合則繼續(xù)控制定日鏡旋轉(zhuǎn)直至相符顏色的光斑投射至該陣列板。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于多波段光源的太陽(yáng)能熱發(fā)電定日鏡定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)主要包括設(shè)置在鏡場(chǎng)四個(gè)區(qū)域的四種不同波段的人造光源，位于接收塔下方的四組色敏傳感器陣列和處理光斑圖像、估計(jì)定日鏡單元參數(shù)的服務(wù)器。色敏傳感器陣列可感受光的顏色以及光斑的位置。本發(fā)明同時(shí)公開一種基于多波段人造光源的定日鏡定位方法，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)區(qū)域的一面定日鏡至相應(yīng)色敏傳感器陣列板獲取一組定位樣本，交叉選取光源反射獲取多組樣本，根據(jù)樣本估取定日鏡中心點(diǎn)的精確坐標(biāo)。利用本發(fā)明不僅提高定日鏡的校正效率，還使得定日鏡能夠準(zhǔn)確將光斑投射至接收塔的吸熱單元上。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102393753SQ20111029623
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者徐能, 朱曉明, 祝雪妹, 項(xiàng)翀, 黃文君 申請(qǐng)人:浙江中控太陽(yáng)能技術(shù)有限公司