本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，更具體的說，是涉及一種高精度跟蹤式太陽(yáng)輻射光熱一體化檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界能源的短缺，太陽(yáng)能作為一種取之不竭的綠色能源，被廣泛開發(fā)利用。如果太陽(yáng)光可以垂直入射，就可以極大提高太陽(yáng)能的利用效率。為了測(cè)量太陽(yáng)輻射以及大氣光學(xué)厚度等大氣參數(shù)，常使用太陽(yáng)輻射測(cè)量?jī)x器，但是由于太陽(yáng)一天內(nèi)位置不斷發(fā)生變化，如果不能精確判斷太陽(yáng)的位置，太陽(yáng)直射輻射的數(shù)值測(cè)量就會(huì)存在很大的誤差?，F(xiàn)在已有的太陽(yáng)能輻射追蹤裝置利用光電板電壓差，計(jì)算出太陽(yáng)的方位，雖然簡(jiǎn)單，但是缺少微小控制精確較低，不能滿足科研和太陽(yáng)能研究的要求。在此背景下可以考慮采用其他方式的追蹤裝置來(lái)達(dá)到更高的精度，但是花費(fèi)的成本更低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高精度跟蹤式太陽(yáng)輻射光熱一體化檢測(cè)裝置，降低了成本，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的高精度，滿足了科研和太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于太陽(yáng)能利用的研究具有重要的意義。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種高精度跟蹤式太陽(yáng)輻射光熱一體化檢測(cè)裝置，包括由下至上依次設(shè)置的控制機(jī)箱、方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸和豎直的支撐桿，所述方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸與設(shè)置于控制機(jī)箱內(nèi)部的第一步進(jìn)電機(jī)相連接，所述支撐桿垂直設(shè)置有內(nèi)部帶第二步進(jìn)電機(jī)的橫桿，所述第二步進(jìn)電機(jī)連接的仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸自橫桿左右兩端面引出，所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸其中一端通過第一套筒設(shè)置有第一遮光筒，另一端通過第二套筒設(shè)置有第二遮光筒和第三遮光筒，

所述第一遮光筒一端設(shè)置有第一透光超薄玻璃，另一端設(shè)置有光敏組件；所述第二遮光筒一端設(shè)置有第二透光超薄玻璃，另一端設(shè)置有光照度探頭；所述第三遮光筒一端設(shè)置有第三透光超薄玻璃，另一端設(shè)置有太陽(yáng)輻射探頭；

所述第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸、仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸、光敏組件、光照度探頭和太陽(yáng)輻射探頭均與設(shè)置于控制機(jī)箱內(nèi)部的控制模塊相連接。

所述控制模塊包括單片機(jī)，所述單片機(jī)連接有第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和AD轉(zhuǎn)換器，所述AD轉(zhuǎn)換器連接有第一角度傳感器、第二角度傳感器和光敏元件傳感器。

所述光敏組件包括固定座，所述固定座設(shè)置有九個(gè)光敏元件，所述九個(gè)光敏元件處于同一徑向切面上，其中八個(gè)所述光敏元件沿圓周均勻設(shè)置，另一個(gè)所述光敏元件設(shè)置于固定座的中心部位；所述九個(gè)光敏元件通過數(shù)據(jù)線與所述光敏元件傳感器相連接。

所述光照度探頭和太陽(yáng)輻射探頭均與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連接。

所述方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸與第一角度傳感器相連接，所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸與第二角度傳感器相連接。

所述第一遮光筒、第二遮光筒和第三遮光筒設(shè)置于同一平面內(nèi)，且彼此間相互平行。

所述第一透光超薄玻璃、第二透光超薄玻璃和第三透光超薄玻璃設(shè)置于同一側(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

(1)本發(fā)明中，方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸和控制機(jī)箱中的第一步進(jìn)電機(jī)做水平方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，追蹤太陽(yáng)的方位角，所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸和橫桿內(nèi)的第二步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)和地平面仰角的追蹤，可通過內(nèi)置公式預(yù)先計(jì)算方位角和高度角來(lái)精確定位太陽(yáng)所在位置，實(shí)現(xiàn)第一階段的幾何定位；

(2)本發(fā)明中，第一遮光筒設(shè)置有光敏組件，每個(gè)微小的光敏元件可以接收一定的光照，通過對(duì)比光照度大小，將不同光敏元件的光照度差值控制5％以內(nèi)，如果超過這個(gè)限定，機(jī)械傳動(dòng)部分通過負(fù)反饋的方式實(shí)現(xiàn)方位角和仰角的微調(diào)節(jié)，達(dá)到更高精度的跟蹤，實(shí)現(xiàn)第二階段的光學(xué)定位；

(3)本發(fā)明中，第二遮光筒設(shè)置有光照度探頭，第三遮光筒設(shè)置有太陽(yáng)輻射探頭，通過測(cè)量光照度和輻射照度，可以實(shí)現(xiàn)交叉相互校正，在校正太陽(yáng)位置的同時(shí)獲取了光照度和輻射照度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)第三階段的光熱互校正定位。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中第三遮光筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中控制模塊示意圖；

圖4是本發(fā)明幾何校正原理圖；

圖5是本發(fā)明微校正轉(zhuǎn)動(dòng)方向示意圖；

圖6是本發(fā)明幾何校正控制流程圖；

圖7是本發(fā)明控制模塊的原理示意圖。

附圖標(biāo)記:1控制機(jī)箱；2方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸；3支撐桿；4橫桿；5仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸；6第一套筒；7第二套筒；8第一遮光筒；9第二遮光筒；10第三遮光筒；11第一透光超薄玻璃；12第二透光超薄玻璃；13第三透光超薄玻璃；14光敏組件；15光照度探頭；16太陽(yáng)輻射探頭；14-1固定座；14-2光敏元件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的一種高精度跟蹤式太陽(yáng)輻射光熱一體化檢測(cè)裝置，由機(jī)械傳動(dòng)部分和控制模塊構(gòu)成，所述控制模塊主要控制電源，以及數(shù)據(jù)采集的簡(jiǎn)單處理。如圖1和圖2所示，機(jī)械傳動(dòng)部分包括由下至上依次設(shè)置的控制機(jī)箱1、方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸2和豎直的支撐桿3。所述控制機(jī)箱1內(nèi)部設(shè)置有電源和第一步進(jìn)電機(jī)，所述方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸2與第一步進(jìn)電機(jī)相連接，所述支撐桿3頂部設(shè)置有與其相垂直的水平橫桿4，所述橫桿4內(nèi)設(shè)置有第二步進(jìn)電機(jī)，所述第二步進(jìn)電機(jī)連接有仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5，且所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5兩端分別自橫桿4左右兩端面引出，所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸2其中一端連接有第一套筒6，另一端連接有第二套筒7。所述方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸2和控制機(jī)箱1中的第一步進(jìn)電機(jī)做水平方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，追蹤太陽(yáng)的方位角，所述仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5和橫桿4內(nèi)的第二步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)和地平面仰角的追蹤。

所述第一套筒6設(shè)置有第一遮光筒8，所述第一遮光筒8一端設(shè)置有第一透光超薄玻璃11，另一端設(shè)置為設(shè)置有光敏組件14。所述光敏組件14包括固定座14-1，所述固定座14-1設(shè)置為實(shí)心圓柱結(jié)構(gòu)，所述固定座14-1內(nèi)鑲嵌有九個(gè)光敏元件14-2，所述九個(gè)光敏元件14-2處于同一徑向切面上，其中八個(gè)所述光敏元件14-2沿圓周均勻設(shè)置，另一個(gè)所述光敏元件14-2設(shè)置于固定座14-1的中心部位。所述第二套筒7設(shè)置有相互平行的第二遮光筒9和第三遮光筒10，所述第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10設(shè)置于同一平面內(nèi)，且彼此間相互平行，通過仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5實(shí)現(xiàn)一體化控制。所述第二遮光筒9一端設(shè)置有第二透光超薄玻璃12，另一端設(shè)置有光照度探頭15，所述第三遮光筒10一端設(shè)置有第三透光超薄玻璃13，另一端設(shè)置有太陽(yáng)輻射探頭16。所述第一透光超薄玻璃11、第二透光超薄玻璃12和第三透光超薄玻璃13設(shè)置于同一側(cè)，所述第一透光超薄玻璃11、第二透光超薄玻璃12和第三透光超薄玻璃13均設(shè)置為空心圓筒結(jié)構(gòu)。

所述第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10共用同一個(gè)水平的仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5，使第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10同時(shí)調(diào)節(jié)，同步控制。所述第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸2、仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5、光照度探頭15和太陽(yáng)輻射探頭16均與控制模塊相連接，所述九個(gè)光敏元件14-2均通過一根數(shù)據(jù)線與控制模塊相連接，所述控制模塊設(shè)置于控制機(jī)箱1內(nèi)部。

如圖3所示，所述控制模塊包括單片機(jī)，所述單片機(jī)連接有第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和AD轉(zhuǎn)換器，所述AD轉(zhuǎn)換器連接有第一角度傳感器、第二角度傳感器和光敏元件傳感器。所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接第一步進(jìn)電機(jī)，所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接第二步進(jìn)電機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集模塊連接光照度探頭15和太陽(yáng)輻射探頭16，所述顯示模塊可選用迪文DGUS液晶顯示屏，所述AD轉(zhuǎn)換器可選用16位的AD7706，所述第一角度傳感器與方位角追蹤器轉(zhuǎn)軸2相連接，所述第二角度傳感器與仰角追蹤器轉(zhuǎn)軸5相連接，所述光敏元件傳感器通過一根數(shù)據(jù)線與九個(gè)光敏元件14-2相連接。另外，所述單片機(jī)還可以連接按鈕輸入模塊和上位機(jī)等。

參考圖4所示，4a中第一遮光筒8偏左，4b中第一遮光筒8偏下，4c中第一遮光筒8偏右，4d中第一遮光筒8偏上。為了實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤太陽(yáng)，本發(fā)明主要從以下幾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)：(1)公式基本校正，在單片機(jī)中輸入太陽(yáng)繞日運(yùn)動(dòng)的軌跡公式，輸入相應(yīng)地點(diǎn)的經(jīng)緯度，實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化追蹤太陽(yáng)，在日出的半個(gè)小時(shí)前調(diào)整裝置位置到達(dá)水平位置，在日落半個(gè)小時(shí)以后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的間歇性控制；(2)幾何校正，每個(gè)微小的光敏元件14-2可以接收一定的光照，通過對(duì)比光照度大小，將不同光敏元件14-2的光照度差值控制5％以內(nèi)，如果超過這個(gè)限定，機(jī)械傳動(dòng)部分通過負(fù)反饋的方式實(shí)現(xiàn)方位角和仰角的微調(diào)節(jié)，達(dá)到更高精度的跟蹤；(3)光熱互相校正，太陽(yáng)能的光和熱存在一定的線性關(guān)系，通過測(cè)量光照度和輻射照度，可以實(shí)現(xiàn)交叉相互校正；(4)微校正，遮光筒(第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10)會(huì)在已定的位置不超過球面角2°的范圍內(nèi)，以圖5的方向，遮光筒(第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10)中心轉(zhuǎn)換九個(gè)位置，微調(diào)跟蹤記錄數(shù)據(jù)，取最大值作為最終的輻射照度值和光照度值。

所述第一遮光筒8作為觀察孔，通過幾何校正，如果不同光敏元件14-2的光照度差值超過了5％，則將此命令發(fā)送給控制機(jī)箱內(nèi)1的主程序，識(shí)別判斷以后反饋給單片機(jī)，來(lái)調(diào)節(jié)方位角和仰角的大小(參考圖6)，本發(fā)明所使用到材料或者儀器都為常用設(shè)備。輸入繞日運(yùn)動(dòng)軌跡命令，單片機(jī)按照時(shí)間控制第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，調(diào)節(jié)方位角和仰角大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制追蹤太陽(yáng)。三個(gè)遮光筒檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線鏈接到控制機(jī)箱1，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和簡(jiǎn)單的加工處理，在既定的位置不超過球面角2°的范圍內(nèi)，微調(diào)跟蹤記錄數(shù)據(jù)，取最大值作為最終的輻射照度值和光照度值，進(jìn)而提高檢測(cè)的精確度。

其自動(dòng)化控制部分，硬件主要以單片機(jī)DSPIC30F6010A為核心，加上輔助的第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，加之相應(yīng)的反饋機(jī)制就可以完成自動(dòng)化的所有操作。包括參數(shù)輸入部分，計(jì)算部分和跟蹤運(yùn)行部分，其軟件編程部分可按照基本的需要說明，按照?qǐng)D3和圖7專業(yè)技術(shù)人員完全可以自行編輯就可以實(shí)現(xiàn)上述的功能。

本發(fā)明采用間歇性運(yùn)行控制，白天運(yùn)行，夜間停止運(yùn)行，跟蹤運(yùn)行時(shí)間間隔為2分鐘，可達(dá)到高精度跟蹤，南方最大偏差不超過±0.3°，在北方不超過±0.2°。當(dāng)然可以根據(jù)需要調(diào)整時(shí)間間隔，降低第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，增加第一遮光筒8、第二遮光筒9和第三遮光筒10的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)更高精度的自動(dòng)化追蹤。

盡管上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過程，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。