專利名稱：太陽光采集入室裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是涉及采集太陽光進入室內或其它類似場合的一種采光裝置。
所有建筑物都有朝陽和不朝陽的問題，即存在東西向和南北向房屋在采光方面的差異，降低了房屋的經(jīng)濟價值，在不朝陽的陰面常年見不到陽光，還有象地鐵、地下室、煤礦、隧道、地下商業(yè)區(qū)等場所都只能靠電力照明采光，耗費能源，而且光線暗淡?，F(xiàn)有技術的不足之處主要在于本實用新型的目的在于彌補現(xiàn)有技術的不足之處，而提供一種節(jié)省能源，提高照度，可將太陽光采集入室的裝置。
可采取以下的技術方案實現(xiàn)目的。
太陽光采集入室裝置，它包括一次太陽光采集拋物面、二次聚集拋物面，兩者的口徑焦距成適當倍數(shù)，兩個拋物面凹面相對，焦點重合安裝在可水平180度和垂直90度范圍內轉動的支架上；采集拋物面中央有與聚集拋物面等直徑的孔，光導纖維以固定端子裝在采集拋物面孔處、另端與裝在室內的凹面透鏡相銜接；還設有太陽自動檢測和控制跟蹤裝置。
本技術方案相對現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點和效果可有效解決建筑物不朝陽的問題，消除東西向和南北向房屋在采光方面的差異，提高房屋的經(jīng)濟價值，在不朝陽的陰面同樣可見到陽光、提高照度，只要有太陽就可以采集到屋里，比朝陽的房屋采光的時間長的多，可每戶裝一個常年受益；；可廣泛用于地鐵、地下室、煤礦、隧道、地下商業(yè)區(qū)等場所的照明采光，節(jié)省能源；還可作為能源進行開發(fā)利用如海水淡化、取熱等等，社會效益、經(jīng)濟效益明顯。
結合附圖、實施方式對本技術方案的內容作進一步詳述。


圖1是太陽光采集入室裝置的光學原理示意圖；圖2是太陽光采集入室裝置的一種結構示意圖；圖3是探測器的一種結構示意圖，圖4是圖3的俯視圖，圖5是圖3的左視圖；圖6是自動檢測控制單元電原理圖；圖7是控制跟蹤裝置電原理圖；圖8是控制跟蹤裝置中電機接線圖；圖9是二次拋物面與高頻頭180°轉換結構示意圖；
圖10是圓筒轉換體支撐架結構示意圖；
圖11是圓筒轉換體結構示意圖；
圖12是采光和衛(wèi)星接收轉換控制電路圖。
太陽光采集入室裝置，包括一次太陽光采集拋物面1、二次聚集拋物面2，兩者口徑、焦距成適當倍數(shù)，兩個拋物面凹面相對、焦點重合安裝在可水平180度和垂直90度范圍內轉動的支架3上；采集拋物面中央有與聚集拋物面等直徑的孔，光導纖維4以固定端子裝在采集拋物面孔處、另端與裝在室內的凹面透鏡5相銜接；還設有太陽自動檢測和控制跟蹤裝置。
根據(jù)透鏡光學原理，拋物面在凹面鍍上反光膜后，可把平行于其光軸的平行入射光反射聚焦成經(jīng)過其焦距的散射光，反之，也可把入射經(jīng)過其焦點的散射光反射成平行于其光軸的平行光。本采集入室裝置由兩個拋物面構成。設一次采集拋物面直徑1—1.5米，對太陽光進行聚焦，聚焦后的散射光再用直徑和焦距都為一次拋物面1/10的小拋物面或稱二次聚集拋物面把散射光反射成平行于其光軸的平行光。這兩個拋物面凹面相對，焦點重合。如果忽略損耗，這束經(jīng)二次拋物面反射成平行光的強度應為太陽光的10倍左右。然后用光導纖維進行傳輸。傳輸?shù)叫枰晒獾牡胤胶笥冒济嫱哥R將其透射成散射光，實現(xiàn)環(huán)境對采光的要求。凹面透鏡是一面為凹面另一面為平面的透鏡。如附
圖1所示。
可在水平180度和垂直90度范圍內轉動的整體支架的動力傳統(tǒng)包括水平和垂直傳動兩部分。水平傳動由固定于系統(tǒng)支架上的水平電機6帶齒輪繞水平圓齒輪作180度轉動；垂直傳動由垂直電機7通過絲杠、內筒和外套帶動垂直支板沿垂直方向作90度運動。水平、垂直電機的轉動及方向均由太陽自動檢測和控制跟蹤裝置控制。如附圖2所示。
一次拋物面的材料為玻璃或透明的光學樹脂時，反射膜鍍在凸面上，防止在室外遇到冰雹等天氣時對凹面損壞，當用不透明的樹脂制做時就必須在凹面鍍膜形成反射面，還要加防護層加以保護。一次拋物面固定在支撐架上，一次拋物面中間開孔形成光路?？讖降扔诨虼笥诙螔佄锩娴闹睆?，光導纖維頭部用金屬固定端子緊固在一次拋物面支撐架上，使光導纖維保持和一次拋物面光軸平行的角度。二次拋物面安裝在套筒內，套筒內前部有臺以防止二次拋物面掉出，后面用彈簧彈性固定，套筒和一次拋物面支架連接并保證兩拋物面焦點重合。
兩個拋物面直徑比D/d＝10～100、焦距比J/j＝10～100為宜，D為采集拋物面直徑，d為聚集拋物面直徑，J為采集拋物面焦距，j為聚集拋物面焦距。
太陽光采集入室裝置，太陽自動檢測探測器由裝在圓底座8上用擋板9將它分成5個區(qū)域，在每個區(qū)域內及朝向東西各設置一塊光電池10構成，每個光電池分別輸入到相應控制單元中，每一控制單元第一級運放正極接光電池正極，每個單元第一級運放負極都并聯(lián)后接標準光電池正極，第一級運放輸出端接積分電阻電容中點并接至第二級運放正端，第二級運放負端接分壓電阻中點、輸出端接微分電阻電容的中點，電阻上端接電源，電容另一端接二極管正端，二極管負端輸出接可控硅控制端?？刂聘櫻b置中，五個可控硅的負端接地、正端分別接五個繼電器線圈的一端，線圈另端接互鎖接點，J1～J4采用JQX2×4刀繼電器，每繼電器第一刀為互鎖接點，J11鎖J2，J21鎖J1，J31鎖J4，J41鎖J3，每刀常閉點接繼電器線圈，中點接電源，J3和J4第二刀的中、閉接點串聯(lián)后鎖定J1和J2，J4第二刀中點接電源、常閉點和J3第二刀中點相連，J3第二刀常閉點接J1和J2第一刀中點；J5和J6采用2×2刀繼電器，J5第一刀的中點接J6繼電器線圈，J6另一端接電源，J5第一刀常開接地，J6第一刀中點接電源、常閉點接J3、J4和J5的電源端，延時電容C并聯(lián)在J6線圈兩端，五個續(xù)流二極管分別并聯(lián)于五個繼電器線圈接點，四個手動按鈕分別并聯(lián)于SCR1～SCR4的正負端；J1～J4的第3、4刀用于水平電機和垂直電機的電源供電，J13中點接電源正，J14中點接電源負，J13常開接水平電機正端，J14常開接水平電機負端，J23中點接電源正，J24中點接電源負，J23常開接水平電機負端，J24常開接水平電機正端，J33中點接電源正，J34中點接電源負，J33常開接垂直電機正端，J34常開接垂直電機負端，J43中點接電源正，J44中點接電源負，J43常開接垂直電機負端，J44常開接垂直電機正端。
探測器結構如圖3、4、5所示，底座8是一個和二次拋物面外徑相等的圓底座。在上面用擋板將它分為5個區(qū)域，最中間的區(qū)域是5mm×5mm即1#區(qū)域。2#和4#區(qū)域是寬5mm，長為小于底圓半徑的區(qū)域，5#和3#區(qū)域分別在擋板外側底部中央的位置，3#在圖的背面，擋板高度為100mm。只有探測器和太陽光入射角正垂直即90度時，1#區(qū)域才能受到光照，入射角向4#區(qū)域傾斜時，當傾斜角度大于actg5/100≈3度，4#區(qū)域受到光照；同理，當陽光入射角向2#區(qū)域傾斜時，當傾斜角大于3度時，2#區(qū)域受到光照，當陽光向3#或5#區(qū)域傾斜時，傾斜角大于3度、3#或5#區(qū)域受到光照，在五個區(qū)域內放置5塊光電池，因光電池有很好的光照—電流特性，5個區(qū)域分別表示陽光的不同入射方向。1#區(qū)域為和陽光垂直方向，即最佳的陽光采集角度。1#區(qū)域受到光照時，1#光電池輸出電流信號通過放大電路控制整個系統(tǒng)維持這一角度不變。2#和4#區(qū)域為垂直探測區(qū)域，當陽光入射角在垂直方向傾斜時，2#或4#區(qū)域的光電池受到光照產(chǎn)生電流，通過放大電路，控制垂直系統(tǒng)在垂直方向修正，直到1#區(qū)域受到光照，系統(tǒng)停止并保持這一角度狀態(tài)。3#和5#區(qū)域為水平方向探測區(qū)域，陽光入射角在水平方向傾斜時，3#或5#區(qū)域光電池受到光照產(chǎn)生電流，通過放大電路控制水平系統(tǒng)在水平方向修正，直到1#區(qū)域光電池受到光照產(chǎn)生電流，通過放大電路控制系統(tǒng)停止。這樣，探測器就可以探測到前方水平180度和垂直90任一方向的太陽入射角度，控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)角度跟蹤，使一次拋物面總保持在和太陽垂直的方向上。6#或7#光電池的作用是當日落時，系統(tǒng)總是朝西，第二天日出時，探測器探測不到前方水平180度、垂直90度以外的區(qū)域，這時的入射角度可以使6#電池受到光照通過電路來控制整個系統(tǒng)轉向東面，7#光電池的作用和6#電池方向相反，當探測器朝向東時，如果太陽下午才出現(xiàn)，太陽已經(jīng)偏西，探測器也探不到前方水平180度垂直90度以外的區(qū)域，7#光電池可以控制到這一角度，輸出電流通過電路控制水平系統(tǒng)向西轉動來對陽光進行采集。
探測器的7個光電池分別輸入到7個相同的基本控制單元中。每一個基本控制單元由兩級運算放大器來完成，集成運算放大器采用LM339，每一LM339有四個獨立的運算放大器，每兩個運放組成一個放大單元，每塊LM339可組成兩個放大單元，7個單元用4塊LM339。光電池輸入到一級運放的正輸入端，7個基本控制單元電路第一級運放的負端并聯(lián)在一起由一個標準光電池產(chǎn)生隨環(huán)境照度變化的隨機標準電壓。在7個光電池都沒受光照時，負端標準電壓大于各正端電壓。當光電池受到光照時，正端電壓大于標準電壓，使一級運放輸出端為高電位，電源通過電阻R1積分電容C1充電。當C1充到大于第二級運放負端電壓12×6/4＋6＝7.2V時，第二級運放輸出高電位，電源通過電阻R4和C2產(chǎn)生一個微分脈沖，通過二極管BG去控制可控硅電路。積分電容C1的充電時間常數(shù)為100K×47μF＝4.7秒，當充到7.2V時約為3秒。這3秒的充電時間是必要的，用以鑒定光電池是否探測到穩(wěn)定的、可采集的光源，如果是干擾光源，如閃電、禮花等，則不可能維持3秒以上，這就避免了干擾光源可能對系統(tǒng)造成的混亂。只有探測到穩(wěn)定入射光線3秒以上，電路才產(chǎn)生微分脈沖來控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)跟蹤采集。探測器的7個光電池分別接入7個基本控制單元中，以光電池的序號來區(qū)別，1號光電池接1號基本控制單元，2號光電池按2號基本控制單元，以此類推。從探測器結構圖中可看出，1#為系統(tǒng)停止單元，2號、4號為垂直控制單元，5號、6號為水平右控制單元，3#、7#為水平左控制單元。3#、7#單元的輸出并聯(lián)接到可控硅SCR1的控制端，SCR1導通時J1吸合，水平電機得電左轉。5#、6#單元輸出并聯(lián)接SCR2控制端，SCR2導通時J2吸合，水平電機得電右轉。2#為垂直向上單元輸出接SCR3控制端，SCR3導通時，J3吸合，垂直電機得電向上轉。4#為垂直向下單元，輸出接SCR4控制端，SCR4導通時，J4吸合，垂直電機得電向下轉。1#單元接SCR5控制端，SCR5導通時，J5吸合，導致J6吸合使整個控制系統(tǒng)斷電。因為J5屬電感性元件，斷電時線圈中電流不能突變?yōu)?，所以要經(jīng)延時后，待線圈中電流為0時再將電路通電，所以加一級延時電路，延時電容C3為200μF，利用電容充電后的放電過程實現(xiàn)延時。5個繼電器分別并入5個續(xù)流二極管。電路中，J1和J2不能同時動作，所以加上互鎖接點，J1常閉接J2電路中，J2常閉接J1電路中，J3和J4也不能同時動作，所以J3常閉接入J4電路，J4常閉接入J3電路，實現(xiàn)互鎖。在垂直繼電器動作時，對水平繼電器J1和J2也有鎖定，J3和J4的常閉接點分別接入J1和J2電路中實現(xiàn)鎖定。所以，探測器中7個光電池無論哪個受到光照都能通過本控制電路使轉動系統(tǒng)修正到最佳的采集角度，實現(xiàn)精確跟蹤控制。
太陽光采集入室裝置，將采集拋物面附在現(xiàn)有的金屬衛(wèi)星接收天線上，在焦點處衛(wèi)星接收器高頻頭和采光系統(tǒng)的二次聚集拋物面背對背固定，由控制電機控制繞中心軸180°轉動。在采集拋物面和衛(wèi)星天線合為一體時，天線中間需開一孔作為光通道，孔徑最大為衛(wèi)星接收高頻頭的外徑。因為衛(wèi)星接收天線也有水平和垂直調整兩部分，如果水平能作180度調整，垂直能作90度調整，即可用于本系統(tǒng)。如果水平和垂直方向調整范圍小于本系統(tǒng)要求，則稍加改進調整到本系統(tǒng)要求范圍即可。動力、傳動及電源部分也用衛(wèi)星接收系統(tǒng)的，因為是定型的現(xiàn)成產(chǎn)品。采光時，使二次反射拋物鏡對準采集拋物面，轉動180時，又可使高頻頭對準天線來接收衛(wèi)星信號，這一轉動由控制電機控制。衛(wèi)星接收器的對準衛(wèi)星過程由采光控制器手動操作完成?？梢慌e兩得，太陽光采集入室裝置從整體結構上和衛(wèi)星接收天線有相同之處，但一次和二次拋物面的精度要比天線拋物面高的多，既然能采光就一定能進行衛(wèi)星信號的接收。轉換裝置，如附圖9、10、11所示，是將二次拋物面和高頻頭背對背固定于圓筒11內，在圓筒橫向中心靠二次拋物面一側裝中心軸12，使圓筒能繞軸轉動，軸固定在圓筒外側支撐架13上，軸上固定一大齒輪14，電動機15固定在圓筒內拋物面一側，在電機軸上裝一小齒輪和大齒輪嚙合，轉換時，電機帶小齒輪繞大齒輪轉動，從而帶圓筒在垂直方向上轉動，實現(xiàn)二次拋物面和高頻頭的轉換。轉換開始時，啟動接收衛(wèi)星按鈕N1，見附
圖12，使繼電器C1吸合電機通電，電機帶小齒輪繞大齒輪向下旋轉，高頻頭從后部抬起，圓筒繞中心軸做逆時針旋轉，轉至位置開關K2時將其閉合繼續(xù)轉動。當轉到位置開關K1時將其斷開，電機斷電。此時圓筒的繼續(xù)轉動是由于高頻頭一側的偏重來實現(xiàn)的，并且斷電后的電機起到機械阻尼作用。轉到水平180度時設置機械擋板，使高頻頭信號接收區(qū)正好處于一次拋物面焦點處，轉換結束。在采光轉換時，過程原理和上述轉換一樣，只是圓筒作順時針轉動。轉動到水平180度高頻頭指向探測器方向時，設置機械擋板使二次拋物面焦點正好與一次拋物面焦點重合，此時轉換結束。
權利要求1.一種太陽光采集入室裝置，其特征在于它包括一次太陽光采集拋物面、二次聚集拋物面，兩者的口徑焦距成適當倍數(shù)，兩個拋物面凹面相對，焦點重合安裝在可水平180度和垂直90度范圍內轉動的支架上；采集拋物面中央有與聚集拋物面等直徑的孔，光導纖維以固定端子裝在采集拋物面孔處、另端與裝在室內的凹面透鏡相銜接；還設有太陽自動檢測和控制跟蹤裝置。
2.如權利要求1所述的太陽光采集入室裝置，其特征在于兩個拋物面的直徑比D/d＝10～100、焦距比J/j＝10～100，D為采集拋物面直徑，d為聚集拋物面直徑，J為采集拋物面焦距，j為聚集拋物面焦距。
3.如權利要求1所述的太陽光采集入室裝置，其特征在于太陽自動檢測探測器由裝在圓底座上用擋板將它分成5個區(qū)域，在每個區(qū)域內及朝向東西各設置一塊光電池構成，每個光電池分別輸入到相應控制單元中，每一控制單元第一級運放正極接光電池正極，每個單元第一級運放負極都并聯(lián)后接標準光電池正極，第一級運放輸出端接積分電阻電容中點并接至第二級運放正端，第二級運放負端接分壓電阻中點、輸出端接微分電阻電容的中點，電阻上端接電源，電容另一端接二極管正端，二極管負端輸出接可控硅控制端；控制跟蹤裝置中，五個可控硅的負端接地、正端分別接五個繼電器線圈的一端，線圈另一端接互鎖接點，J1～J4采用JQX2×4刀繼電器，每個繼電器第一刀為互鎖接點，J11鎖J2，J21鎖J1，J31鎖J4，J41鎖J3，每刀常閉點接繼電器線圈，中點接電源，J3和J4第二刀的中、閉接點串聯(lián)后鎖定J1和J2，J4第二刀中點接電源、常閉點和J3第二刀中點相連，J3第二刀常閉點接J1和J2第一刀中點；J5和J6采用2×2刀繼電器，J5第一刀的中點接J6繼電器線圈，J6另一端接電源，J5第一刀常開接地，J6第一刀中點接電源、常閉點接J3、J4和J5的電源端，延時電容C并聯(lián)在J6線圈兩端，五個續(xù)流二極管分別并聯(lián)于五個繼電器線圈接點，四個手動按鈕分別并聯(lián)于SCR1～SCR4的正負端；J1～J4的第3、4刀用于水平電機和垂直電機的電源供電，J13中點接電源正，J14中點接電源負，J13常開接水平電機正端，J14常開接水平電機負端，J23中點接電源正，J24中點接電源負，J23常開接水平電機負端，J24常開接水平電機正端，J33中點接電源正，J34中點接電源負，J33常開接垂直電機正端，J34常開接垂直電機負端，J43中點接電源正，J44中點接電源負，J43常開接垂直電機負端，J44常開接垂直電機正端。
4.如權利要求1或2或3所述的太陽光采集入室裝置，其特征在于將采集拋物面附在現(xiàn)有的金屬衛(wèi)星接收天線上，在焦點處衛(wèi)星接收器高頻頭和采光系統(tǒng)的二次聚集拋物面背對背固定，由控制電機控制繞中心軸180°轉動。
專利摘要本實用新型是涉及采集太陽光進入室內或其它類似場合的一種采光裝置。包括一次太陽光采集拋物面、二次聚集拋物面,兩者的口徑焦距成適當倍數(shù),兩個拋物面凹面相對,焦點重合安裝在可水平180度和垂直90度范圍內轉動的支架上;采集拋物面中央有與聚集拋物面等直徑的孔,光導纖維以固定端子裝在采集拋物面孔處、另端與裝在室內的凹面透鏡相銜接;還設有太陽自動檢測和控制跟蹤裝置?？山鉀Q建筑物不朝陽的問題,消除東西、南北向房屋在采光上的差異,提高房屋經(jīng)濟價值。
文檔編號F24J2/00GK2472142SQ01218989
公開日2002年1月16日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權日2001年4月6日
發(fā)明者徐力 申請人:徐力