本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽位置追蹤傳感器。

背景技術(shù)：
太陽能是一種清潔、持久的能源，具有很大的開發(fā)潛力。在我國大力發(fā)展新型能源的政策背景下，研究太陽能發(fā)電技術(shù)有著重要意義。太陽能有能量密度低、空間位置不斷變化等特點(diǎn)，所以太陽能光熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一為收集太陽能。在利用太陽能發(fā)電過程中，利用傳感器準(zhǔn)確跟蹤太陽位置，使太陽能收集面始終垂直于太陽入射光，將其聚焦到一點(diǎn)集熱發(fā)電。研究表明采用太陽位置實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)的集熱系統(tǒng)，比固定安裝的系統(tǒng)太陽能接受率提高了37.7%，追蹤精度直接影響著能量接受效率。因此，在太陽光熱發(fā)電的過程中，追蹤太陽位置的精度是一個(gè)重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)太陽追蹤系統(tǒng)時(shí)提高追蹤實(shí)時(shí)精度是十分必要的。太陽能跟蹤技術(shù)采用的方法有太陽軌跡跟蹤法、光電追蹤法以及混合追蹤法。太陽軌跡跟蹤法根據(jù)天文學(xué)中太陽軌道計(jì)算公式得到太陽的位置，用此數(shù)據(jù)控制跟蹤機(jī)構(gòu)對(duì)太陽全跟蹤。這種方法成本低，可靠性高，但是無法完全消除累計(jì)誤差，跟蹤精度也只在1°左右。目前利用光電追蹤法或混合追蹤法的太陽位置傳感器一般利用小孔成像原理，要么精度高但成本也高，成本低的精度卻低了，性價(jià)比不高，并且還具有追蹤視角小的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、具有較大的追蹤視角和精度的太陽位置追蹤傳感器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方法是：一種太陽位置追蹤傳感器，它包括遮光筒、光學(xué)系統(tǒng)、四象限探測(cè)器、光電二極管、微機(jī)信號(hào)處理板。四象限探測(cè)器和微機(jī)信號(hào)處理板安裝在遮光筒內(nèi)的底部，四個(gè)光電二極管對(duì)稱安裝在遮光筒外部，光學(xué)系統(tǒng)安裝在遮光筒頂部。設(shè)四個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓信號(hào)分別為Ua、Ub、Uc、Ud。當(dāng)太陽光照強(qiáng)度達(dá)不到發(fā)電最小值時(shí)，裝在遮光筒外部的光電二極管感應(yīng)出的電壓值之和Ua+Ub+Uc+Ud小于設(shè)定值，微機(jī)判定追蹤系統(tǒng)不工作。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到發(fā)電強(qiáng)度時(shí)，Ua+Ub+Uc+Ud大于設(shè)定值，微機(jī)判定進(jìn)入粗調(diào)追蹤階段。當(dāng)集熱面沒有垂直于太陽光時(shí)，外部對(duì)稱安裝的光電二極管所受到的光照強(qiáng)度不一樣，感應(yīng)出來的電壓信號(hào)也不一樣。設(shè)兩個(gè)垂直方向的偏移信號(hào)分別為Δm和Δn。有下式：通過微機(jī)將偏移信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)等數(shù)據(jù)，再用max232輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使集熱面初步垂直于太陽入射光。經(jīng)過上一步對(duì)追蹤精度粗調(diào)后，太陽光便能透過光學(xué)系統(tǒng)在底部的四象限探測(cè)器上聚焦在一點(diǎn)上形成一個(gè)小光斑。設(shè)四個(gè)象限的的光敏元件對(duì)應(yīng)不同光照面積分別產(chǎn)生阻抗電流i1、i2、i3、i4。此時(shí)四象限探測(cè)器感應(yīng)出來的電流值之和i1+i2+i3+i4大于了設(shè)定值，微機(jī)判定進(jìn)入微調(diào)階段，微機(jī)只處理四象限探測(cè)器輸出的信號(hào)并輸出電機(jī)控制數(shù)據(jù)。由于上一步調(diào)整的精度有限，光點(diǎn)可能不在四象限探測(cè)器的中心點(diǎn)上，光斑在各個(gè)光敏元件上的面積不相同，從而產(chǎn)生的四個(gè)阻抗電流也將不相同。設(shè)光斑中心偏離探測(cè)器中心在x方向和y方向的偏移量分別為Δx和Δy。由于光電二極管產(chǎn)生的光電流i比較微弱，所以需要通過運(yùn)算放大器將其轉(zhuǎn)換為較大的電壓信號(hào)U?？紤]到光照強(qiáng)度不同時(shí)光電流的大小會(huì)變化，故還要將結(jié)果比值化。如下式：其中U1、U2、U3、U4分別對(duì)應(yīng)于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)象限內(nèi)光敏元件產(chǎn)生的電壓信號(hào)。由此可測(cè)得光斑偏移光電探測(cè)器中心點(diǎn)的距離，進(jìn)而由微機(jī)將偏移信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)等數(shù)據(jù)，再用max232輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，使Δx和Δy趨向于零，達(dá)到太陽位置高精度追蹤的目的。同時(shí)，由上式可知，光斑距中心點(diǎn)偏移越遠(yuǎn)，Δx和Δy就越大，控制器就越容易測(cè)量到光斑偏離中心點(diǎn)。本發(fā)明加入了光學(xué)系統(tǒng)，利用光的折射原理，在太陽光入射角偏移一定角度時(shí)，光點(diǎn)偏移中心點(diǎn)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前沒有采用光學(xué)系統(tǒng)的其他設(shè)計(jì)。光點(diǎn)偏移中心點(diǎn)距離的擴(kuò)大實(shí)際上就提高了傳感器對(duì)太陽角度變化的靈敏度，既可以降低對(duì)四象限探測(cè)器性能的要求，從而采用便宜的探測(cè)器降低成本，同時(shí)也可以滿足高精度的要求，這樣便提高了傳感器的性價(jià)比。同時(shí)，由于傳感器具有粗調(diào)和精調(diào)兩個(gè)階段，既能保證追蹤的高精度，也大大擴(kuò)大了傳感器的追蹤視角。本發(fā)明的有益效果是：通過采用光學(xué)系統(tǒng)可以提高太陽位置追蹤精度，同時(shí)也降低了傳感器制作成本。采用粗調(diào)、精調(diào)兩個(gè)步驟，相比傳統(tǒng)傳感器大大增加了追蹤視角。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖1是太陽位置光電追蹤傳感器組成結(jié)構(gòu)圖；圖2是四象限追蹤系統(tǒng)原理圖；圖3是兩種方案形成光斑對(duì)比示意圖；圖1：1、光學(xué)系統(tǒng)2、遮光筒3、光電二極管4、四象限探測(cè)器5、微機(jī)處理板圖3：a、光學(xué)系統(tǒng)原理示意圖b、小孔成像示意圖具...