[发明专利]用于表面反射系数的光学测量的装置和系统

说明书

本发明涉及一种用于表面(1)的反射系数的光学测量的新颖装置，其包括：一个或多个光通道，每个通道包括用于在一个或多个波长处发射光束的多个LED(2)；第一光电探测器(4)，用于在光通道中测量LED的直接光束；一光阑(5)，位于光学光通道的出口处，以限制光束的出口的开口；透镜(6)，设置为接收在表面(1)上反射的光束并聚焦该光束；以及第二光电探测器(8)，用于测量由待测量的表面(1)反射的光束的信号。本发明中的装置能够最小化测量中出现的漫射光的总量，而不在面对不同曲率和不同反射镜厚度时损失高的固有测量公差，也不必对装置做任何额外的调整。

技术领域

本发明包含在用于反射系数或反射比的测量的光学技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于表面反射系数的测量的装置，以及包括该装置的系统。优选地，本发明适于测量太阳能集中器表面的反射系数，以及其他用于太阳能收集技术的反射元件。

背景技术

在可再生能源领域，太阳能热能收集目前在国内和行业层面都具有重大的技术和经济重要性。在获得太阳热能的方式中，太阳能热电能利用传统的热电循环产生电力，热电循环需要在高温下加热流体，通常通过利用反射元件聚集太阳辐射来加热流体。太阳能热电厂中，测量所述元件的反射系数值对于了解太阳能热电厂的产量以及优化其效率起着非常重要的作用。

为了电能生产设备的使用和维护，由于其中包括大量的反射镜，建议配备能够快速、简单和舒适地表示每个反射镜的反射系数的设备。采用测量这种类型的设备被称为反射计。

考虑到这些太阳能厂中包括的太阳能吸收元件的光学特性(其中需要最大的能量吸收和最小的能量损失，这决定了光学参数对波长的依赖)，这些设备部件必须提供反射镜的反射系数的测量结果作为波长的函数。同样地，通常在不利的环境条件下，由于环境光通常具有高强度，测量值接近于1，设备部件必须精确地提供反射的最终值的测量值。

一方面，反射镜具有两种反射：漫反射和镜面反射。与其中光束以入射角与反射角相等的方式反射的镜面反射不同，漫反射是全向的。由于厂内反射镜表面上沉积的污垢，太阳光的反射会产生漫反射和镜面反射的成分，从能量生成的角度来看，只有镜面反射是有用的，因为它是唯一将集中在吸收元件上的反射。因此，设备必须最小化漫反射在测量反射镜的反射系数中的贡献。

另一反面，这些设备部件必须能够正确测量厂中通常使用的反射镜类型。具体而言，它们必须能够正确测量不同厚度的平面和抛物面槽镜，而不需要额外的调整。最后，每一件设备必须具有光学设计，在该设计中可以确保，对于要测量的一组反射镜，在检测期间始终拾取由反射镜镜面反射的整个光束。换言之，为了确保精确的测量，设备必须相对于反射表面所处的距离及其几何形状具有公差。

在这套便携式分光光度计中，使用发光二极管(LED)作为不同波长光源的产品尤为突出。在专利文件US2008/0144004中同时使用几个LED来进行透射测量以检测不同的血液分析物。然而，取代采取一个真正的光谱测量，几个不同的波长同时进行测量。此外，对环境光没有任何保护，也不可能进行反射或参考测量。

属于Abengoa Solar New Technologies的专利文件WO2011/104401A1是特别相关的。所述文件公开了一种分光光度计，其包括用于进行光谱测量的一组LED，使得每个LED形成光通道，并且因此每个LED需要透镜、LED出口光阑和两个探测器，因此组件的数量(透镜、光阑和探测器)随着测量LED的数量成比例增长。在本发明中，光通道排成一行或一圈。因此，当光通道排列成一条直线时，设备的尺寸随着LED的数量成比例增长，当光通道排列成一圈时，由于每个测量通道占用的空间，最多数量的LED受到圆的直径的限制。最后，在所提到的专利文件中，通过限制LED的光束的出口的数值孔径来使测量中存在的漫射光的量最小化，使得照射在反射镜上的区域尽可能小。