本發(fā)明屬于位置傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器及其位置傳感器。

背景技術(shù)：

目前，槽式聚光集熱器的位置傳感，主要包括使用傾角傳感器、采用脈沖或電機轉(zhuǎn)動量累計等方法。該位置傳感器可以為槽式集熱器傳動系統(tǒng)的跟蹤控制提供控制信號。其中基于電容式技術(shù)的傾角傳感器對集熱器的傾斜角度進行測量，并同時通過太陽位置對目標(biāo)角度進行計算，通過當(dāng)前位置與目標(biāo)角度之差進行對比并確定驅(qū)動器的運動方向與運動量，以實現(xiàn)聚光器對太陽的追蹤，該方法所使用的傾角傳感器受系統(tǒng)周邊電磁環(huán)境影響較大，因此會影響集熱器跟蹤精度。基于脈沖及電機轉(zhuǎn)動量累計的集熱器跟蹤方式，則存在掉電失憶、累積誤差等問題，跟蹤精度不高。

有鑒于此，確有必要提供一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器及其位置傳感器，其基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)，直接對焦平面實時光斑分布特性進行測量與反演分析，并與理論光斑進行對比分析計算，計算實時位置偏差，獲得集熱器的跟蹤策略，避免了外界因素對跟蹤精度的影響，提高系統(tǒng)跟蹤精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器，其基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)，直接對焦平面實時光斑分布特性進行測量與反演分析，并與理論光斑進行對比分析計算，計算實時位置偏差，獲得集熱器的跟蹤策略，避免了外界因素對跟蹤精度的影響，提高系統(tǒng)跟蹤精度。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器，包括雙面柵格光電感應(yīng)器、電流/電壓放大器、數(shù)據(jù)采集與處理器、微控制器及外接插頭，所述雙面柵格光電感應(yīng)器通過所述微控制器與所述電流/電壓放大器連接，所述電流/電壓放大器通過所述數(shù)據(jù)采集與處理器與所述外接插頭連接。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器的一種改進，所述雙面柵格光電感應(yīng)器包括上層光電感應(yīng)面、下層光電感應(yīng)面和設(shè)置于所述上層光電感應(yīng)面與所述下層光電感應(yīng)面之間的絕緣隔熱層，所述上層光電感應(yīng)面與所述下層光電感應(yīng)面均由若干個柵格點排列而成，每個所述柵格點獨立地通過微控制器連接導(dǎo)線束和所述微控制器與所述電流/電壓放大器相連，為所述數(shù)據(jù)采集與處理器提供電壓電流陣列信號。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器的一種改進，所述雙面柵格光電感應(yīng)器的中點位置處的所述柵格點為零位柵格，以所述零位柵格為中心的寬度為D的柵格區(qū)域形成光斑核心區(qū)，所述光斑核心區(qū)的兩側(cè)分別形成左光斑外延區(qū)和右光斑外延區(qū)。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器的一種改進，所述左光斑外延區(qū)和所述右光斑外延區(qū)的寬度均大于D。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器的一種改進，所述微控制器的型號為C8051FO2O。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器的一種改進，所述絕緣隔熱層的材料為陶瓷纖維、玻璃纖維、石棉或巖棉。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中，雙面柵格光電感應(yīng)器感應(yīng)投射在其表面的光強，并通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電流(電壓)信號，來自各個柵格點的電流電壓信號傳輸給電流/電壓放大器，并經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與處理器處理并反演獲得光斑分布情況，根據(jù)計算所得的光斑分布特征與精確跟蹤下光斑分布特征的偏差，計算出傳動系統(tǒng)的運動方向與運動補償量，并輸出控制型號給傳動設(shè)備，驅(qū)動集熱器至目標(biāo)位置。也就是說，本發(fā)明通過直接對焦平面實時光斑分布特性進行測量與反演分析，并與理論光斑進行對比分析計算，計算實時位置偏差，獲得集熱器的跟蹤策略，避免了外界因素對跟蹤精度的影響，提高系統(tǒng)跟蹤精度。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器，包括槽式聚光器主體和安裝于所述槽式聚光器主體上的位置傳感器，所述位置傳感器為本發(fā)明所述的基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器，并且所述雙面柵格光電感應(yīng)器安裝于所述槽式聚光器主體的焦平面上且與所述槽式聚光器主體的開口平面平行。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器的一種改進，所述雙面柵格光電感應(yīng)器的上層光電感應(yīng)面朝外，所述雙面柵格光電感應(yīng)器的下層光電感應(yīng)面朝向所述槽式聚光器主體的反射面。

作為本發(fā)明基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器的一種改進，所述零位柵格的安裝位置與所述槽式聚光器主體的軸線重合，所述光斑核心區(qū)還連接有吸熱管。

本發(fā)明的集熱器由于采用了本發(fā)明所述的位置傳感器，可以避免外界因素對跟蹤精度的影響，提高系統(tǒng)跟蹤精度，提高了聚光器跟蹤的準(zhǔn)確性，并減少了角度測量類傳感器受外界環(huán)境干擾而造成跟蹤精度不高及信號波動等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中雙面柵格光電感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3為本發(fā)明實施例1中雙面柵格光電感應(yīng)器的原理圖的俯視圖。

圖4為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明及其有益效果作進一步詳細的描述，但是，本發(fā)明的具體實施方式并不限于此。

實施例1

如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器，包括雙面柵格光電感應(yīng)器1、電流/電壓放大器4、數(shù)據(jù)采集與處理器3、微控制器5及外接插頭2，雙面柵格光電感應(yīng)器1通過微控制器5與電流/電壓放大器4連接，電流/電壓放大器4通過數(shù)據(jù)采集與處理器3與外接插頭2連接。

雙面柵格光電感應(yīng)器1感應(yīng)投射在其表面的光強，并通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電流(電壓)信號，來自各個柵格點11的電流電壓信號傳輸給電流/電壓放大器4，并經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與處理器3處理并反演獲得光斑分布情況，為驅(qū)動系統(tǒng)提供控制策略。外接插頭2為數(shù)據(jù)采集與處理模塊3與傳動控制系統(tǒng)進行信號傳輸?shù)倪B接接頭，根據(jù)通信協(xié)議與方式進行設(shè)計。數(shù)據(jù)采集與處理模塊3的型號為TMS320。

雙面柵格光電感應(yīng)器1包括上層光電感應(yīng)面6、下層光電感應(yīng)面9和設(shè)置于上層光電感應(yīng)面6與下層光電感應(yīng)面9之間的絕緣隔熱層7，即雙面柵格光電感應(yīng)器1具有三明治結(jié)構(gòu)，絕緣隔熱層7可以避免兩層間的電流(電壓)干擾，上層光電感應(yīng)面6與下層光電感應(yīng)面9均由若干個柵格點11排列而成，每個柵格點11可感應(yīng)照射在其上的光強，并轉(zhuǎn)換為電流(電壓)信號，每個柵格點11獨立地通過微控制器連接導(dǎo)線束8和微控制器5與電流/電壓放大器4相連，為數(shù)據(jù)采集與處理器3提供電壓電流陣列信號。上層光電感應(yīng)面6、下層光電感應(yīng)面9均為窄帶狀柵格式光電感應(yīng)材料(如聚吡咯、聚苯硫醚、聚苯胺、聚噻吩)，上層光電感應(yīng)面6直接面向太陽，測試非聚光條件下太陽輻照情況，下層光電感應(yīng)面9面向槽式聚光器的反射面，通過柵格光電感應(yīng)器1對聚光器發(fā)射光線在不同位置上的分布特征進行測試。各柵格點11的寬度根據(jù)測試精度要求及加工工藝進行確定，減小柵格寬度，可以提升光斑的離散化數(shù)量，并提升測量精度。

雙面柵格光電感應(yīng)器1的中點位置處的柵格點為零位柵格10，以零位柵格10為中心的寬度為D的柵格區(qū)域形成光斑核心區(qū)13，光斑核心區(qū)13的兩側(cè)分別形成左光斑外延區(qū)12和右光斑外延區(qū)14。左光斑外延區(qū)12和右光斑外延區(qū)14用于判斷實際光斑偏離核心區(qū)13的計算校核區(qū)。

左光斑外延區(qū)12和右光斑外延區(qū)14的寬度均大于D，以滿足雙面柵格光電感應(yīng)器1對光斑的捕捉以及對光斑特征與位置的判斷。

微控制器的型號為C8051FO2O。該型號的微控制器有如下優(yōu)點：64個I/O口，高速、流水線結(jié)構(gòu)，全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試接口，8位8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關(guān)，兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式，可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口，5個通用的16為定位器，具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列，并設(shè)置有看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。

絕緣隔熱層7的材料為陶瓷纖維、玻璃纖維、石棉或巖棉。

電流/電壓放大器4將獲得的電流信號進行放大，傳遞給數(shù)據(jù)采集與處理器3，數(shù)據(jù)采集與處理器3對雙面柵格光電感應(yīng)器1上各個柵格點11的電流分布進行計算，并通過積分計算，對雙面柵格光電感應(yīng)器1表面的光斑分布與位置進行反演，分析當(dāng)前光斑與當(dāng)前理論光斑的分布差別，以及光斑核心區(qū)13能流占比等，為傳動系統(tǒng)提供跟蹤運動策略。本發(fā)明直接通過光斑分布分析獲得集熱器跟蹤策略，提高了聚光器跟蹤的準(zhǔn)確性，并減少了角度測量類傳感器受外界環(huán)境干擾而造成跟蹤精度不高及信號波動等問題。

實施例2

本實施例提供了一種基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器，包括槽式聚光器主體17和安裝于槽式聚光器主體17上的位置傳感器，位置傳感器為本發(fā)明的基于柵格光電感應(yīng)效應(yīng)的槽式太陽能集熱器位置傳感器，并且雙面柵格光電感應(yīng)器1安裝于槽式聚光器主體17的焦平面上且與槽式聚光器主體17的開口平面18平行。

雙面柵格光電感應(yīng)器1的上層光電感應(yīng)面6朝外，面朝太陽，獲得實時表面太陽輻照量，用于測試當(dāng)前傾斜角度下傾斜面的太陽輻照，其可以對當(dāng)前太陽輻照情況進行評估，并作為集熱器跟蹤策略制定與下層光電感應(yīng)面9光斑分布分析的參考判據(jù)，其參數(shù)可以用于下層光電感應(yīng)面9獲得的聚光器反射光斑分布特征計算中的總能進行校核和修正，提高傳感器精度。同時，也可以根據(jù)外側(cè)面感應(yīng)器整體信號的強弱，判定當(dāng)聚光器位置與目標(biāo)位置偏離較遠時的偏離方向，判斷當(dāng)前集熱器跟蹤位置與目標(biāo)位置的差距與移動方向。雙面柵格光電感應(yīng)器1的下層光電感應(yīng)面9朝向槽式聚光器主體17的反射面。下層光電感應(yīng)面9截獲聚光器反射光線，接收來自槽式聚光器主體17的反射面的反射光線，槽式聚光器主體17的反射面的反射光線在下層光電感應(yīng)面9形成光斑，下層光電感應(yīng)面9的各柵格點11的電流電壓信號直接反應(yīng)了該節(jié)點處的光強情況，數(shù)據(jù)采集與處理器3接收來自下層光電感應(yīng)面9離散化的電流電壓信號，可以反演當(dāng)前焦平面上的光強分布情況與位置，并結(jié)合當(dāng)前理論光斑的特征，計算集熱器當(dāng)前位置與理想位置的差距，并向傳動系統(tǒng)發(fā)出跟蹤動作信號，調(diào)整集熱器向目標(biāo)位置轉(zhuǎn)動。

零位柵格10的安裝位置與槽式聚光器主體17的軸線重合，光斑核心區(qū)13還連接有吸熱管15。

在光電作用下，每一個柵格點11實現(xiàn)電流(電壓)輸出，并通過電流(電壓)放大器輸送給數(shù)據(jù)采集與處理器3，數(shù)據(jù)采集與處理器3獲得各柵格11位置的電流(電壓)信號，并反演出焦平面上的光斑分布特征，根據(jù)計算所得的光斑分布特征與精確跟蹤下光斑分布特征的偏差，計算出傳動系統(tǒng)的運動方向與運動補償量，并輸出控制型號給傳動設(shè)備，驅(qū)動集熱器至目標(biāo)位置。

本發(fā)明的集熱器由于采用了本發(fā)明的位置傳感器，可以避免外界因素對跟蹤精度的影響，提高系統(tǒng)跟蹤精度，提高了聚光器跟蹤的準(zhǔn)確性，并減少了角度測量類傳感器受外界環(huán)境干擾而造成跟蹤精度不高及信號波動等問題。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。