專利名稱：仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)角度傳感裝置，尤其是一種仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的太陽(yáng)跟蹤傳感器，其采集信號(hào)的種類有以下幾種一是采用光敏芯片作為核心器件，接收太陽(yáng)光的照度，利用象限分析的方法由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到太陽(yáng)的方向角度信息。二是圖像法，即根據(jù)太陽(yáng)所成光斑像在圖像接收屏上的位置反向推算出太陽(yáng)的方向角度信息，還有其它類別的傳感器均與上述兩種基本大同小異。以上傳感器一般只適合低精度的環(huán)境下使用，所得到的數(shù)據(jù)并非是直接測(cè)得，需要經(jīng)過(guò)多重計(jì)算后方能得到所需數(shù)據(jù)。在相關(guān)的運(yùn)算過(guò)程中，由于計(jì)算誤差的累計(jì)效應(yīng)所產(chǎn)生的誤差更大，加上由此多重計(jì)算產(chǎn)生的不可靠性問(wèn)題，大大影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定，此外， 大氣透明度也對(duì)測(cè)量產(chǎn)生一定影響。有鑒于此，行業(yè)及專業(yè)上需要有另一套測(cè)量數(shù)據(jù)更直接、精度相對(duì)高、對(duì)多云及陰天有一定適應(yīng)性的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤的功能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，包括天球和海膽管結(jié)構(gòu)，其中，海膽管結(jié)構(gòu)包括若干根窺管，每根窺管的外端上均設(shè)置有光傳感器，天球的一個(gè)半球面上設(shè)置有復(fù)眼結(jié)構(gòu)，該復(fù)眼結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在天球球殼上若干個(gè)漏光孔，天球的另一個(gè)半球面上設(shè)置有透光的若干個(gè)光孔，每個(gè)光孔均與一根窺管的內(nèi)端連通固定安裝；若干個(gè)漏光孔和若干個(gè)光孔一一對(duì)稱設(shè)置，相互對(duì)稱的一對(duì)漏光孔和光孔的中心連接線與該光孔上設(shè)置的窺管的中心軸重合，并且該中心連接線還與天球球體的一條直徑重合。進(jìn)一步，所述漏光孔和光孔均為圓形通孔，兩者均均勻的分布在所述天球的兩個(gè)半球面上。進(jìn)一步，所述天球的下部固定設(shè)置有支架，支架的下端活動(dòng)連接有方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)，方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)的下部固定設(shè)置有基座。進(jìn)一步，所述方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)上設(shè)置有支架方位俯仰鎖定結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述窺管為圓形柱筒結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述天球?yàn)橐粓A形球殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面上設(shè)置有電磁波吸收材料及相應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的一對(duì)所述漏光孔和光孔、窺管共同構(gòu)成光測(cè)通道，該光測(cè)通道的中心軸構(gòu)成方向軸。進(jìn)一步，所述天球上還設(shè)置有方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面，兩基準(zhǔn)面作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所述方向軸及光測(cè)通道進(jìn)行方位、俯仰的兩維空間角度標(biāo)定。
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進(jìn)一步，所述方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面與所述方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，來(lái)調(diào)整所述天球的方位及俯仰角度值。進(jìn)一步，所述光傳感器上設(shè)置有識(shí)別碼。本發(fā)明測(cè)量數(shù)據(jù)更直接、精度相對(duì)高、對(duì)多云及陰天有一定適應(yīng)性，可有效的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤的功能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為單一部件及光測(cè)通道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。 因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。如圖1、圖2所示，本發(fā)明仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，包括天球1、支架5、 方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6、基座7，復(fù)眼結(jié)構(gòu)12和海膽管結(jié)構(gòu)13，其中，最底部為基座7，上方固定連接方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6，方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6上方與支架5活動(dòng)連接，支架5上方與天球1固定連接。復(fù)眼結(jié)構(gòu)12設(shè)置在天球1的一個(gè)半球面上，海膽管結(jié)構(gòu)13設(shè)置在天球1的另一個(gè)半球面上。復(fù)眼結(jié)構(gòu)12包括設(shè)置在天球1球殼上的若干個(gè)漏光孔2，復(fù)眼結(jié)構(gòu)12類似于動(dòng)物的復(fù)眼結(jié)構(gòu)；海膽管結(jié)構(gòu)13包括若干根窺管3，每根窺管3的外端上均設(shè)置有光傳感器4，光傳感器4上設(shè)置有識(shí)別碼，光傳感器具有相互可識(shí)別性。海膽管結(jié)構(gòu)13類似于海膽的針狀分布結(jié)構(gòu)，為若干窺管3的集合，窺管3為圓形柱筒結(jié)構(gòu)。天球的另一個(gè)半球面上設(shè)置有透光的若干個(gè)光孔10，每個(gè)光孔10均與一根窺管的內(nèi)端連通固定安裝。若干個(gè)漏光孔2和若干個(gè)光孔10 —一對(duì)稱設(shè)置，相互對(duì)稱的一對(duì)漏光孔2和光孔 10的中心連接線與該光孔上設(shè)置的窺管3的中心軸重合，并且該中心連接線還與天球球體的一條直徑重合，即每一對(duì)漏光孔2和光孔10的中心連接線均經(jīng)過(guò)天球1內(nèi)的球心點(diǎn)8，每一個(gè)窺管3的中心軸線也均經(jīng)過(guò)天球1內(nèi)的球心點(diǎn)8。相對(duì)應(yīng)的漏光孔2、光孔10、窺管3 及光傳感器4按先后順序排列在一條直線上，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的一對(duì)漏光孔2和光孔10、窺管 3共同構(gòu)成光測(cè)通道9，光測(cè)通道9為直射光通道，光測(cè)通道9的中心軸結(jié)構(gòu)稱為方向軸。天球1為一圓形球殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面上設(shè)置有電磁波吸收材料及相應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)。 漏光孔2和光孔10均為圓形通孔，兩者可按設(shè)計(jì)要求，按照球面立體角均勻的分布在天球1的兩個(gè)半球面上。方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6上設(shè)置有支架方位俯仰鎖定機(jī)構(gòu)(圖中未示)，方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái) 6對(duì)安置于其上的部件具有方位、水平校準(zhǔn)鎖定功能。天球1上還設(shè)置有方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面(圖中未示)，兩基準(zhǔn)面作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)方向軸及光測(cè)通道9進(jìn)行方位、俯仰的兩維空間角度標(biāo)定。方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面與方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6可以進(jìn)行聯(lián)調(diào)，來(lái)調(diào)整天球1的方位及俯仰角度值。本發(fā)明的制造及工作原理在一個(gè)不透光且內(nèi)表面吸光的球殼上刻出若干漏光的圓孔。以圓孔為球殼直徑的一端，在另一端的球殼上開(kāi)對(duì)稱的圓孔并連接一與其直徑相等的圓筒的一端，圓筒的另一端設(shè)置光傳感器4并密封，圓筒中心線與直徑線重合。球殼有自身的俯仰及水平基準(zhǔn)面，用以標(biāo)定各個(gè)圓筒中心線的方位及俯仰角。當(dāng)光線照射時(shí)，眾多光傳感器4所接收的不同路徑光中除一束最接近于直射光外，其它均為衍射、反射光，由于球殼的內(nèi)表面吸光，所以一經(jīng)反射光衰減很大；同樣衍射光由于角度偏轉(zhuǎn)也引起強(qiáng)度衰減，兩種衰減均可被光傳感器4檢測(cè)到，因此唯一最接近于直射的光束因強(qiáng)度最高而被檢出。再加上光傳感器4已被標(biāo)定，而同時(shí)讀出的還有直射光所在光測(cè)通道的方位及俯仰角度值， 測(cè)量的數(shù)據(jù)也就得到了。工作步驟為第一步將裝置安放于觀測(cè)點(diǎn)，隨即進(jìn)行球體結(jié)構(gòu)方位及俯仰基準(zhǔn)面與方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)6進(jìn)行聯(lián)調(diào)。校準(zhǔn)并確認(rèn)已標(biāo)定的光測(cè)通道方位及俯仰角度值。第二步待有陽(yáng)光時(shí)接通光傳感器信號(hào)輸出電路，將采集信號(hào)連同標(biāo)定值上傳并顯示結(jié)果。本發(fā)明應(yīng)用了光在均勻介質(zhì)中的直線傳播、反射、衍射等原理及相互關(guān)系，制造工藝應(yīng)用所需要的納米技術(shù)。復(fù)眼結(jié)構(gòu)、海膽管結(jié)構(gòu)、光傳感器采用納米技術(shù)設(shè)計(jì)制造。而結(jié)構(gòu)方面相對(duì)簡(jiǎn)單，使用性能及其精度具有較高水準(zhǔn)，由此得到的結(jié)果具有相對(duì)高的可靠性。使用時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)光照到天球上時(shí)，由于平行光源的原因，入射光14與被照射的呈球面分布的漏光孔2呈不同角度，其中唯一一路入射光與漏光孔2平面最接近于垂直而又與光測(cè)通道9最接近于平行，此路光照射窺管3上的光傳感器4的照度最強(qiáng)。其它漏光孔平面由于與入射光均不垂直，通過(guò)這些光測(cè)通道的為非直射光，這些非直射光將通過(guò)衍射和反射到達(dá)光傳感器，照度均遠(yuǎn)小于直射光。由于所對(duì)應(yīng)的光測(cè)通道方位及俯仰角度已進(jìn)行了標(biāo)定，對(duì)于唯一一路入射光與漏光孔平面最接近于垂直的光測(cè)通道，其方位及俯仰角度的標(biāo)定值即為測(cè)得的太陽(yáng)角度位置。
權(quán)利要求
1.仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，該裝置包括天球和海膽管結(jié)構(gòu)，其中，海膽管結(jié)構(gòu)包括若干根窺管，每根窺管的外端上均設(shè)置有光傳感器，天球的一個(gè)半球面上設(shè)置有復(fù)眼結(jié)構(gòu)，該復(fù)眼結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在天球球殼上若干個(gè)漏光孔，天球的另一個(gè)半球面上設(shè)置有透光的若干個(gè)光孔，每個(gè)光孔均與一根窺管的內(nèi)端連通固定安裝；若干個(gè)漏光孔和若干個(gè)光孔一一對(duì)稱設(shè)置，相互對(duì)稱的一對(duì)漏光孔和光孔的中心連接線與該光孔上設(shè)置的窺管的中心軸重合，并且該中心連接線還與天球球體的一條直徑重合。
2.如權(quán)利要求1所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述漏光孔和光孔均為圓形通孔，兩者均均勻的分布在所述天球的兩個(gè)半球面上。
3.如權(quán)利要求2所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述天球的下部固定設(shè)置有支架，支架的下端活動(dòng)連接有方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)，方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)的下部固定設(shè)置有基座。
4.如權(quán)利要求3所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)上設(shè)置有支架方位俯仰鎖定結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述窺管為圓形柱筒結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述天球?yàn)橐粓A形球殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面上設(shè)置有電磁波吸收材料及相應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求2所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的一對(duì)所述漏光孔和光孔、窺管共同構(gòu)成光測(cè)通道，該光測(cè)通道的中心軸結(jié)構(gòu)稱為方向軸ο
8.如權(quán)利要求4所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述天球上還設(shè)置有方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面，兩基準(zhǔn)面作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所述方向軸及光測(cè)通道進(jìn)行方位、俯仰的兩維空間角度標(biāo)定。
9.如權(quán)利要求8所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述方位基準(zhǔn)面和俯仰基準(zhǔn)面與所述方位俯仰校準(zhǔn)臺(tái)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，來(lái)調(diào)整所述天球的方位及俯仰角度值。
10.如權(quán)利要求2所述的仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，其特征在于，所述光傳感器上設(shè)置有識(shí)別碼。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種仿生天球結(jié)構(gòu)型太陽(yáng)角度傳感裝置，包括天球和海膽管結(jié)構(gòu)，其中，海膽管結(jié)構(gòu)包括若干根窺管，每根窺管的外端上均設(shè)置有光傳感器，天球的一個(gè)半球面上設(shè)置有復(fù)眼結(jié)構(gòu)，該復(fù)眼結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在天球球殼上若干個(gè)漏光孔，天球的另一個(gè)半球面上設(shè)置有透光的若干個(gè)光孔，每個(gè)光孔均與一根窺管的內(nèi)端連通固定安裝；若干個(gè)漏光孔和若干個(gè)光孔一一對(duì)稱設(shè)置，相互對(duì)稱的一對(duì)漏光孔和光孔的中心連接線與該光孔上設(shè)置的窺管的中心軸重合，并且該中心連接線還與天球球體的一條直徑重合。本發(fā)明測(cè)量數(shù)據(jù)更直接、精度相對(duì)高、對(duì)多云及陰天有一定適應(yīng)性，可有效的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤的功能。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102385392SQ20111026944
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者劉伯昂, 薛黎明 申請(qǐng)人:中海陽(yáng)新能源電力股份有限公司