本發(fā)明涉及一種塔式定日鏡聚光偏差傳感器，可在線測量定日鏡方位角、高度角偏離大小。

背景技術(shù)：

塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)包括中心塔和圍繞中心塔建造的大量定日鏡。在中心塔頂部安放吸熱器，每面定日鏡將射向自己的光線反射到吸熱器。因太陽高度角和方位角隨時間變化，每面定日鏡在定日鏡立柱和定日鏡鏡面之間均設有高度角轉(zhuǎn)臺和方位角轉(zhuǎn)臺，分別負責跟蹤太陽高度角和方位角變化。定日鏡鏡面通過鏡面安裝軸連接在高度角轉(zhuǎn)臺上，高度角轉(zhuǎn)臺安裝在方位角轉(zhuǎn)臺上，帶動定日鏡鏡面做垂直方向轉(zhuǎn)動，方位角轉(zhuǎn)臺安裝在定日鏡立柱頂部，帶動高度角轉(zhuǎn)臺和定日鏡鏡面做水平方向轉(zhuǎn)動。

為保證定日鏡反光精確落在吸熱器指定位置，需要定日鏡聚光角度偏差小于1mrad。實際塔式光熱電站中，吸熱器安裝高度可達到100m以上，定日鏡距中心塔距離可達到1000m以上。在該精度要求下，最遠定日鏡在吸熱器上的聚光光斑偏差還是會超過1m以上。

當前定日鏡追蹤太陽位置過程為開環(huán)控制。定日鏡根據(jù)自身相對于吸熱器的空間位置，和當前時間下的理論太陽位置，計算自身所需的鏡面朝向，并驅(qū)動轉(zhuǎn)臺到達相應角度位置。因為過程中沒有實際聚光角度反饋，定日鏡聚光角度精度完全由立柱安裝精度、轉(zhuǎn)臺制造精度和控制器計算精度保證。對定日鏡加工制造和安裝精度帶來極高的工藝要求，也對控制器運行可靠性提出了極大挑戰(zhàn)。

定日鏡實際運行過程中，隨著時間推移各項誤差仍會積累，導致開環(huán)控制的聚光精度持續(xù)劣化?，F(xiàn)場定日鏡數(shù)量巨大，為保證聚光精度穩(wěn)定，需付出大量人力在夜間對定日鏡分批進行校準。

定日鏡聚光控制為開環(huán)方式。為達到定日鏡聚光精度需求，對其制造精度、安裝精度提出極高要求，導致制造成本高昂，日常維護復雜。

且開環(huán)控制方式無法解決誤差累積問題。隨著轉(zhuǎn)臺機構(gòu)磨損、氣候環(huán)境變化、控制器計算誤差積累等，其聚光精度逐漸惡化。因此需定期對所有定日鏡校準，校準只能在夜間等電站不工作情況下離線進行。兩次校準期間電站效率會因聚光偏差積累而逐漸降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種塔式定日鏡聚光偏差傳感器，實現(xiàn)了定日鏡聚光角度的閉環(huán)反饋，在線測量定日鏡聚光誤差并不斷校正。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：包括傳感器鏡筒和傳感器動反射鏡，傳感器鏡筒的進光口位于傳感器動反射鏡上方，保證傳感器動反射鏡反射光射入傳感器鏡筒的進光口；傳感器鏡筒光軸方向正對中心塔頂?shù)奈鼰崞?，不隨定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動而改變；

傳感器動反射鏡通過傳感器動反射鏡支架連接在鏡面安裝軸上，安裝完成的傳感器動反射鏡在定日鏡立柱軸線上，隨著定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動，傳感器動反射鏡空間角度相對于定日鏡鏡面不變；傳感器動反射鏡包括動反射鏡鏡面，動反射鏡鏡面與定日鏡鏡面成45度角；

傳感器鏡筒包括：鏡筒本體、感光面、成像透鏡、反射鏡、進光口；鏡筒本體包括鏡筒筒管和鏡筒垂直段，鏡筒筒管和鏡筒垂直段均為筒狀，兩者軸線互相垂直連接在一起；鏡筒本體內(nèi)，鏡筒筒管與鏡筒垂直段連接處安裝反射鏡，反射鏡與鏡筒筒管軸線成45度角；成像透鏡安裝在鏡筒筒管中，感光面安放在成像透鏡焦平面；鏡筒垂直段底部設有進光口；

經(jīng)過傳感器動反射鏡反射的光線，依次通過傳感器鏡筒的進光口、反射鏡、成像透鏡之后落到感光面；感光面安放在成像透鏡焦平面，入射太陽光成像為一個光斑；根據(jù)光斑偏離感光面中心的距離，判斷定日鏡鏡面空間角度偏離情況。

作為優(yōu)選方案，所述的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：所述傳感器動反射鏡還包括動反射鏡底座；動反射鏡鏡面通過動反射鏡底座安裝在傳感器動反射鏡支架上。

進一步的，所述的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：所述動反射鏡底座為等腰直角三角形，動反射鏡鏡面安裝在三角形斜邊上，傳感器動反射鏡支架安裝在三角形底邊下。

作為優(yōu)選方案，所述的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：所述傳感器鏡筒還包括對焦裝置，對焦裝置安裝在鏡筒本體頂部，用于實現(xiàn)人工或者自動的鏡筒對準輔助。

作為優(yōu)選方案，所述的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：所述傳感器鏡筒通過傳感器鏡筒支架安裝連接到定日鏡立柱，通過調(diào)節(jié)傳感器鏡筒支架調(diào)整傳感器鏡筒的空間角度；調(diào)節(jié)完成后，傳感器鏡筒支架結(jié)構(gòu)固定，傳感器鏡筒空間角度不隨定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動而改變。

作為優(yōu)選方案，所述的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，其特征在于：所述傳感器鏡筒支架一端連接傳感器鏡筒，另一端連接到定日鏡立柱側(cè)壁上。

進一步的，所述傳感器鏡筒支架為c型結(jié)構(gòu)。

有益效果：本發(fā)明提供的塔式定日鏡聚光偏差傳感器，具有以下優(yōu)點：1、可在線檢測定日鏡反射光偏離中心塔吸熱器的角度。配合定日鏡控制器，可實現(xiàn)定日鏡太陽跟蹤的閉環(huán)控制。2、引入閉環(huán)跟蹤控制后，可大大減少定日鏡制造精度要求和維護保養(yǎng)要求，減少定日鏡制造成本。3、引入閉環(huán)跟蹤控制后，可減少控制器代碼可靠性要求，提高控制器運行穩(wěn)定性。也可減少控制器對鏡場電源穩(wěn)定性的強依賴關(guān)系。4、引入閉環(huán)跟蹤控制后，可消除兩次離線校準操作之間的控制誤差積累，提高聚光精度，提高發(fā)電效率。

附圖說明

圖1和圖2為本發(fā)明的安裝示意圖；

圖3為傳感器動反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為傳感器鏡筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的工作原理圖；

圖中：傳感器鏡筒1、傳感器動反射鏡2、傳感器鏡筒支架3、定日鏡立柱4、傳感器動反射鏡支架5、鏡面安裝軸6、高度角轉(zhuǎn)臺7、方位角轉(zhuǎn)臺8、定日鏡鏡面9；

鏡筒筒管11、鏡筒垂直段12、進光口13、反射鏡14、成像透鏡15、感光面16、對焦裝置17；動反射鏡鏡面21，動反射鏡底座22。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種塔式定日鏡聚光偏差傳感器，包括傳感器鏡筒1和傳感器動反射鏡2。

傳感器鏡筒1通過傳感器鏡筒支架3安裝到定日鏡立柱4?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)傳感器鏡筒支架3調(diào)整傳感器鏡筒的空間角度。調(diào)節(jié)完成后，傳感器鏡筒支架結(jié)構(gòu)固定，傳感器鏡筒1空間角度不隨定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動而改變，傳感器鏡筒軸線正對中心塔吸熱器方向。傳感器動反射鏡2通過傳感器動反射鏡支架5安裝到鏡面安裝軸6。塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中，定日鏡鏡面9通過鏡面安裝軸6連接在高度角轉(zhuǎn)臺7上，高度角轉(zhuǎn)臺7安裝在方位角轉(zhuǎn)臺8上，帶動定日鏡鏡面做垂直方向轉(zhuǎn)動；方位角轉(zhuǎn)臺安裝在定日鏡立柱4頂部，帶動高度角轉(zhuǎn)臺和定日鏡鏡面做水平方向轉(zhuǎn)動。因此，隨著定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動，傳感器動反射鏡空間角度相對于定日鏡鏡面不變。

如圖3所示，傳感器動反射鏡2包括：動反射鏡鏡面21，動反射鏡底座22。動反射鏡底座22為等腰直角三角形，在三角形斜邊上安裝動反射鏡鏡面21，在三角形底邊下安裝傳感器動反射鏡支架5。安裝完成后，保證動反射鏡鏡面與定日鏡鏡面成45度角。

如圖4所示，傳感器鏡筒1包括：鏡筒本體、進光口13、反射鏡14、成像透鏡15、感光面16、對焦裝置17。鏡筒本體包括鏡筒筒管11和鏡筒垂直段12，鏡筒筒管11和鏡筒垂直段12均為筒狀，兩者軸線互相垂直連接在一起。鏡筒本體內(nèi)，鏡筒筒管與鏡筒垂直段連接處安裝反射鏡。反射鏡14與鏡筒筒管11軸線成45度角。鏡筒垂直段下部有透明進光口13。經(jīng)過傳感器動反射鏡2反射的光線，依次通過傳感器鏡筒的進光口13、反射鏡14、成像透鏡15之后落到感光面16。感光面16安放在成像透鏡焦平面，入射太陽光成像為一個光斑。根據(jù)光斑偏離感光面中心的距離，即可判斷定日鏡鏡面空間角度偏離情況。傳感器鏡筒通過傳感器鏡筒支架連接到定日鏡立柱側(cè)壁上。調(diào)校傳感器鏡筒完成后，鏡筒筒管軸線方向正對中心塔頂?shù)奈鼰崞鳌閷崿F(xiàn)上述調(diào)校過程，傳感器鏡筒頂部裝有對焦裝置，用于實現(xiàn)人工或者自動的鏡筒對準輔助。

傳感器安裝參考圖1和圖2。安裝完成的傳感器動反射鏡在定日鏡立柱軸線上，以不干涉鏡面運動為準。安裝完成的傳感器鏡筒的進光口在傳感器動反射鏡上方，保證傳感器動反射鏡反射光可射入進光口，且不干涉鏡面運動為準。

本發(fā)明的工作原理如下：塔式光熱電站中，定日鏡太陽入射光與定日鏡法線夾角隨時間而變化，定日鏡法線方向也隨時間而變化，但是定日鏡鏡面反射光方向永遠指向中心塔吸熱器。因此，對于一面定日鏡，其鏡面反射光方向不隨時間變化。本發(fā)明中的傳感器裝置即通過捕獲定日鏡鏡面反射光偏離吸熱器方向的角度，實現(xiàn)定日鏡聚光角度控制的閉環(huán)反饋。

如圖2所示，裝置安裝完成后，鏡筒軸線指向中心塔吸熱器方向，不隨定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動而改變。動反射鏡安裝在定日鏡鏡面安裝軸上，因此動反射鏡跟隨定日鏡鏡面轉(zhuǎn)動而同步改變空間角度。

如圖5所示。太陽入射光經(jīng)過動反射鏡鏡面和反射鏡鏡面反射之后，得到成像入射光，經(jīng)成像透鏡在感光面上成像。同樣方向的太陽入射光，經(jīng)定日鏡鏡面9反射之后，得到鏡面反射光。因為，動反射鏡底座的豎直面與定日鏡鏡面平行，因此動反射鏡鏡面與定日鏡鏡面成45度角；反射鏡鏡面與鏡筒軸線也成45度角。根據(jù)鏡面反射原理，可知鏡面反射光方向與成像入射光方向是相同的。

當成像入射光方向平行于鏡筒軸線時，其成像光斑位于感光面中心。而成像入射光與鏡筒軸線成一夾角時，成像光斑偏離感光面中心相應距離。傳感器鏡筒調(diào)校完成后，其軸線方向指向中心塔吸熱器，此即定日鏡鏡面反射光照射的目標方向。因為成像入射光與鏡面反射光方向相同，當鏡面反射光直射中心塔吸熱器時，成像入射光成像光斑在感光面正中心。成像光斑偏離感光面中心的距離反映了鏡面反射光偏離中心塔吸熱器方向的程度。

因此可通過攝像頭、光電傳感器等光學器件在線測量感光面光斑位置，實時測定定日鏡反射光偏離中心塔吸熱器方向的角度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。