[发明专利]一种太阳光直接照明系统及其控制方法

权利要求书

1.一种太阳光直接照明系统，其特征在于，包括设置在隧道进、出口外的导光器(7)、分别设置在导光器(7)的反射光路上的第一信号采集器(5)和第二信号采集器(6)、设置在隧道内顶部的若干反射镜组(9)以及控制模块；所述导光器(7)设置有光反射平面以及用以控制光反射平面方向的直线电机，所述导光器(7)的光反射面背面还设置有倾斜角传感器(8)；所述倾斜角传感器(8)、第一光信号采集器(5)和第二光信号采集器(6)连接至控制模块；所述导光器(7)的直线电机也连接至控制模块；所述控制模块、倾斜角传感器(8)、第一光信号采集器(5)和第二光信号采集器(6)以及导光器(7)的直线电机形成闭环控制系统；

所述导光器(7)能把连续变化方向的平行入射太阳光以恒定不变的方向，沿着隧道中心线方向从隧道上部拱形空间的空气介质中反射进隧道，然后由反射镜组(9)漫反射为隧道内道路亮度过渡段的照明光。

2.根据权利要求1所述的太阳光直接照明系统，其特征在于，所述导光器(7)包括固定支架(R4)以及设置在固定支架(R4)上端的球关节结构，所述球关节结构包括具有同一圆心O点的球关节头(R1)以及套设在球关节头(R1)上的球关节腔体(R2)，所述球关节腔体(R2)通过负载支架与平面反射镜(3)固定连接；所述固定支架(R4)的上端与球关节头(R1)固定连接；所述反射镜(3)的镜面恒经过球关节头(R1)的球心O点；所述球关节头(R1)的球面一侧垂向刻有定位槽(1)，所述球关节腔体(R2)上设置有与所述定位槽(1)相对应的圆柱形滑动栓(R3)，滑动栓(R3)一端伸入定位槽(1)中且其延长线恒穿过球心O点；所述负载支架与固定支架(R4)之间设置有两个直线电机，其中一个直线电机的轴线与定位槽(1)的中心线处于同一平面，另一直线电机的轴线与定位槽(1)的中心线在水平面上的投影线垂直；所述定位槽(1)的中心线投影与球关节头(R1)的中心线重合。

3.根据权利要求2所述的太阳光直接照明系统，其特征在于，所述两个直线电机的上端分别通过万向节连接在负载支架上；另一端分别铰链连接在固定支架(R4)上；所述固定支架(R4)为固定柱；所述反射镜(3)为刚性高反射系数材料制成。

4.根据权利要求1所述的太阳光直接照明系统，其特征在于，所述控制模块包括MCU已经与MCU连接的时钟日历模块、信号采集模块、电源模块以及电机驱动模块；所述倾斜角传感器(8)、第一信号采集器(5)和第二信号采集器(6)组成信号采集模块连接MCU，所述导光器(7)的直线电机通过电机驱动模块连接至MCU；所述电源模块还为信号采集模块供电。

5.根据权利要求1所述的太阳光直接照明系统，其特征在于，所述反射镜组(9)由若干块平面漫反射镜组成，漫反射镜组分别安装于隧道上部拱形空间不同深度、不同高度的反射太阳光光路上，且漫反射太阳光覆盖整个亮度过渡区路面；而且其反射面朝向平行太阳光入射方向；而其漫反射光线在隧道中心线垂直平面上的投影与汽车行进方向水平面之间夹角≤90°。

6.根据权利要求1所述的太阳光直接照明系统，其特征在于，在反射进入隧道光通量不足情况下，在导光器(7)前面还安装聚光调光器，所述聚光调光器由聚光镜、调光镜以及极轴式结构的自动跟踪系统组成，目标是定点输出增强平行太阳光给导光器，增加定向反射进入隧道的太阳光强度。

7.一种权利要求1-6任意一项所述太阳光直接照明系统的控制方法，其特征在于通过三组优先级不同的信号采集器组成的闭环控制系统，通过同一组相互垂直安装的直线电机驱动同一个平面导光镜(3)负载，具体包括以下步骤：

1)粗调环节

导光器(7)上的两个直线电机以及倾斜角传感器(8)与控制模块组成粗调环节闭环自动控制系统；时钟日历模块输入应用地点所处经纬度时间，获得每天太阳升起和落下以及一天中任何时刻太阳光大致方向，进而知道任何时刻安装于球关节结构上的平面反射镜(3)应该处于的空间角度；而倾斜角传感器(8)将此时的实际空间角度检测数据作为信号提供给控制模块，根据其误差大小及方向发出指令，驱动导光器(7)上的两个直线电机带动平面反射镜(3)进行调节，使其逐步趋向应该所在的角度；

2)细调环节

第一光信号采集器(5)与导光器(7)上的两个直线电机以及控制模块组成细调环节闭环自动控制系统，其中光信号采集器(1)固定安装于导光镜与隧道入口方向的反射光路上，且其光轴与隧道中心线平行，另外还要求第一光信号采集器(5)在导光器(7)的光反射平面的反射光柱在粗调环节可能形成的最大误差情况下仍然能够接受到太阳光信号；第一光信号采集器(5)接收到太阳光信号并将光信号传递给控制模块，由控制模块计算误差后控制导光器(7)上的两个直线电机动作来进一步细调导光器(7)的光反射平面镜(3)的角度；

3)微调环节

第二光信号采集器(6)与导光器(7)上的两个直线电机以及控制模块组成微调环节闭环自动控制系统，其中第二光信号采集器(6)固定安装于隧道内的顶部光路上，且其光轴与隧道中心线平行；第二信号采集器(6)接收到光信号并将光信号传递给控制模块，由控制模块计算误差后控制导光器(7)上的两个直线电机动作来进一步微调导光器(7)的光反射平面镜(3)的角度。