专利名称：太阳轨迹自动跟踪式照度计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子测控技术的领域，更具体的说，涉及一种能够实时正对太阳光入射方向并为太阳能利用设备提供太阳照度和角度调整信息的太阳轨迹自动跟踪式照度计。
背景技术：
太阳能的开发和应用在技术研究方面已经取得重大进展并迅速投入市场，广泛应用于居民生活和工农业生产中。然而，由于一日、一季或一年之内不同经度、纬度地区的太阳轨迹的变化，太阳能利用设备的安装角度大多固定不变，不能够根据太阳辐射最大的方向自动进行调整，致使太阳能转化效率也发生幅度较大的变化。照度计是用于测量被照面上的光照度的仪器，是光照度测量中用得最多的仪器之一。现有的照度计采用多点求和取平均值获得测试点的照度，多点测量需要相应需求数量的照度计，由于照度计在不同位置的感光强度不同，获得的照射强度也不同，采用多点求和取平均只能获得指定区域内太阳照射强度的平均值，并非太阳能应用设备所需求的太阳直射照度值。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够自动跟踪太阳运行轨迹并为太阳能利用设备提供太阳照度和角度调整信息的照度计。为了达到上述目的，本实用新型提供一种太阳轨迹自动跟踪式照度计，包括设置于底座上由驱动设备驱动自由旋转的球体，在所述球体上部由支撑部件支撑有圆形照度采集平面；在所述照度采集平面的中心处设置定位杆，所述定位杆穿过所述照度采集平面连至所述球体的中心；在所述照度采集平面内围绕所述定位杆四周以间隔方式设置微型光敏传感器。此外，所述照度采集平面采集的照度数据，经信号转换处理，能够送至显示设备显示以及送至存储设备存储。而微型光敏传感器的探测数据送至驱动设备的控制模块。本实用新型在结构上包括传感部分、驱动部分和显示控制部分(1)传感部分通过太阳照射定位杆在微型照度传感器的阴影获得太阳法向量与照度采集平面的偏角θ及其偏移量，确定照度采集平面与太阳轨迹法向量方向垂直关系以及照度采集平面移动获得的太阳轨迹点。在照度采集平面获得单位面积内的太阳照射强度最大值。( 驱动部分采用偏角θ的纵轴仰角变化量和横轴转角变化量转换为标准的电信号驱动水平旋转步进电机和垂直旋转步进电机带动照度采集平面自动跟踪太阳轨迹法向量方向。(3)显示部分由照度采集平面的照度计采集指定时间、指定地点的单位面积的照度值，经过嵌入式技术处理数据，通过数码管显示并硬盘存储。同时在一日内的时间段、指
3定地点的太阳轨迹显示屏，显示太阳相对于指定地点所在的经纬地区的太阳轨迹，并存储于存储器中。本实用新型通过传感器技术测定照度采集平面法向量与太阳轨迹法向量之间的夹角，确定照度采集平面的移动方位。通过嵌入式技术和步进电机驱动技术，实现照度采集平面的法向量自动跟踪太阳轨迹，记录测试点太阳轨迹变化值和太阳照射强度值的数据， 使测试点所在区域的太阳能应用设备自动跟踪太阳，提高太阳能的利用效率。

图1 照度采集平面传感器布局演示图；图2 太阳轨迹自动跟踪式照度计一个实施状态的示意图；图3 太阳轨迹自动跟踪式照度计另一实施状态的示意图。
具体实施方式
附图给出对太阳轨迹自动跟踪和太阳法线照度实时测量的太阳轨迹自动跟踪式照度计示意图。如图1所示，照度采集平面布局为中心点垂直竖立定位杆5，以杆5为中心在照度采集平面紧密排列一圈一定数量的微型光敏传感器1，照度计布局为网格式(见图1)，可以获得单位面积内的太阳照射强度最大值。当太阳照射定位杆使其在照度采集平面形成阴影线(如图1中标号3所示)，在阴影下的微型光敏传感器的信号与周围微型光敏传感器形成明显差异，以阴影覆盖的微型光敏传感器所在位置与照度采集平面定位杆中心的相对位置，可以确定太阳光线与定位杆的偏移量，确保照度采集平面自动跟踪对正太阳轨迹法向量方向。偏移量可以映射在照度采集平面的纵轴校正量a(图1中标号2所示)和横轴校正量b (图1中标号4所示)，分别获得相对于定位杆的仰角(南北方向)和转角(东西方向)，以用驱动步进电机跟踪太阳轨迹法向量方向。本实用新型为实时跟踪太阳轨迹，固定偏角θ很小，微型光敏传感器每次检测到阴影，及时驱动步进电机跟踪太阳轨迹法向量，偏移量基本保持在微型光敏传感器排列范围内，因此不需要大量铺设微型光敏传感器。在照度采集平面太阳轨迹法向量是地球围绕太阳旋转的不同时间点下太阳垂直照射在地球不同经度、纬度点的轨迹。正是由于时间变化和空间变化，导致太阳光线与地球单位面积的夹角变化，指定位置单位面积接受太阳照射强度随着夹角的变化而变化，其中太阳照射强度的最大值为太阳轨迹法向量方向与照度采集平面的夹角为90度，使太阳正对照度采集平面。使用阶段，如图2和3所示，图中平行斜线表示太阳光照，θ为入射角或偏角。本实用新型照度计通过图2所示的检测和驱动过程，达到图3所示的自动跟踪状态。本实用新型照度采集平面自动跟踪太阳轨迹法向量需要稳定、精确、快速的驱动装置使太阳法线跟踪传感器传输的偏角θ (见图幻保持为0度，照度采集平面与太阳轨迹法向量方向的偏角 θ转换为纵轴仰角变化量和横轴转角变化量的标准电信号，驱动步进电机带动照度采集平面自动跟踪太阳轨迹法向量方向(见图幻。确保照度采集平面内的照度计采集太阳轨迹法向量的照射强度最大值。最后，在显示屏和数码管上分别显示一日内的太阳轨迹点和指定时间点的照度值，并存储于硬盘中，以备太阳轨迹分析、太阳照度分析，不同时间段(日、月、季、年)的太阳轨迹与不同经纬度的照度值的分析。如图2-3所示，本实用新型太阳轨迹自动跟踪式照度计，包括设置于底座上由驱动设备驱动自由旋转的球体，在球体上部由支撑部件支撑有圆形照度采集平面；在照度采集平面的中心处设置定位杆，定位杆穿过所述照度采集平面连至所述球体的中心；在照度采集平面内围绕所述定位杆四周以间隔方式设置微型光敏传感器。其中，驱动设备设置于底座内，可以驱动球体任一方向自由旋转。此外，照度采集平面采集的照度数据，经信号转换处理，送至显示设备和存储设备，用于显示和存储。通过传感器技术使用太阳阴影在照度采集平面上的微型照度传感器，实现测定照度采集平面与太阳轨迹法法向量的偏角，确定照度采集平面的移动方位。通过嵌入式技术使用嵌入式处理器和步进电机，实现照度采集平面自动跟踪太阳轨迹法向量方向，太阳入射光线与定位杆完全重合，将采集的太阳轨迹变化值和太阳照射强度值，绘制太阳轨迹图、 太阳照度变化图等。根据太阳轨迹自动跟踪式照度计测量的数据，控制太阳能利用设备自动跟踪太阳方位，提高测试点所在区域的太阳能利用设备的太阳能量转换效率。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种太阳轨迹自动跟踪式照度计，其特征在于，包括设置于底座上由驱动设备驱动自由旋转的球体，在所述球体上部由支撑部件支撑有圆形照度采集平面；在所述照度采集平面的中心处设置定位杆，所述定位杆穿过所述照度采集平面连至所述球体的中心；在所述照度采集平面内围绕所述定位杆四周以间隔方式设置微型光敏传感器。
2.根据权利要求1所述太阳轨迹自动跟踪式照度计，其特征在于，所述照度采集平面采集的照度数据，经信号转换处理，送至显示设备和存储设备；所述微型光敏传感器的探测数据送至驱动设备的控制模块。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳轨迹自动跟踪式照度计，包括设置于底座上由驱动设备驱动自由旋转的球体，在所述球体上部由支撑部件支撑有圆形照度采集平面；在所述照度采集平面的中心处设置定位杆，所述定位杆穿过所述照度采集平面连至所述球体的中心；在照度采集平面内围绕所述定位杆四周以间隔方式设置微型光敏传感器。本实用新型通过传感器技术测定照度采集平面法向量与太阳轨迹法向量之间的夹角，确定照度采集平面的移动方位。通过嵌入式技术和步进电机驱动技术，实现照度采集平面的法向量自动跟踪太阳轨迹，记录测试点太阳轨迹变化值和太阳照射强度值的数据，使测试点所在区域的太阳能应用设备自动跟踪太阳，提高太阳能的利用效率。
文档编号G01J1/00GK202101756SQ20112016908
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者梁德世, 潘登, 王智森, 王越, 邹念育 申请人:大连工业大学