[发明专利]一种基于光纤导光的太阳跟踪传感器

说明书

本发明提供了一种基于光纤导光的太阳跟踪传感器，通过在镜筒中安装透镜和分别代表四个方向的四根光纤作为精定位采光模块，并在镜筒侧面安装四组光纤作为粗定位采光模块，在暗盒底部安装电路板和四个光电池，每个光电池均与和其位于同方向上的精定位光纤连接，并与和其位于对角方向的粗定位光纤连接。本发明采用精定位采光与粗定位相结合采光的方法，减少了光电池的数量，从而简化了电路板的设计，降低了成本，并且由于粗定位采光模块可以在宽角度范围内均能采集到太阳光，扩大了本发明传感器的跟踪范围角。

技术领域

本发明涉及太阳跟踪传感器，尤其涉及一种基于光纤导光的太阳跟踪传感。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，使得地球上原本有限的能源量变得越来越紧迫，在所有可再生能源中，太阳能因具有数量大、能量强、清洁无污染等特点成为人类可持续发展的重要开发内容之一，但是太阳还有分布不均匀、强度不均匀等特点，这使的对太阳的开发和利用变得比较困难。

随着人类对太阳能的研究不断的深入与广泛，目前研制成功的太阳能产品如热水器、太阳能光伏发电等设备已成功投入生产使用，并为人类的生活带来了极大的方便，同时也节约了大量的能源。然而这些均为固定式太阳能产品，相对于地球作不断运动的太阳来说，真正被利用的能量微乎其微。所以现阶段涌现了大量对太阳实时跟踪的研究热潮。香港大学教授通过研究太阳角度与太阳采光率的关系得出结论，固定式太阳设备与跟踪式太阳设备的太阳光采集率差了37.7％。所以跟踪式太阳设备的开发研究具有重要的意义。用于太阳跟踪的传感器使用最多的就是光电式传感，常用的有隔板式、金字塔式、镜筒式等。前两者精度不高稳定性差，而镜筒式精度得到提高的同时却限制了跟踪范围。有研究者提出将光纤和光电传感元件结合的办法提高传感器的性能，如中国专利申请号：200910264755，名称为：一种太阳敏感器及其测量方法的专利，公开了利用光纤的导光功能将四个方位上的太阳光线传送给光感元件，而一根光纤直接接受太阳光比较弱，且受到数值孔径的限制，需要外加GPS定位先进行粗定位后才能利用光纤进行精确定位，控制系统比较复杂，维护成本也比较高，理论上并不理想。

目前太阳跟踪常用的高精度跟踪方法是二级跟踪，包括精定位和粗定位，两者相互独立，通常需要采集八路信号或者另外使用时钟跟踪模块、GPS全球定位等结合使用才能实现完整的跟踪，所以系统的控制就相对比较复杂，成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于光纤导光的太阳跟踪传感器，通过采用精定位与粗定位相结合的定位方法，扩大传感器的跟踪范围，提高传感器的跟踪精度，降低系统的成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于光纤导光的太阳跟踪传感器，包括采光模块和信号采集模块，所述采光模块主要包括精定位采光模块和粗定位采光模块，所述信号采集模块包括光电元件和采集电路，所述精定位采光模块包括凸透镜、镜筒、光纤固定管和四根精定位光纤，凸透镜安装于镜筒的顶端，四根精定位光纤的入射端通过光纤固定管固定于凸透镜的正下方，四根精定位光纤的中心连线为正方形，定义四根精定位光纤(41-44)所处的方位分别为A、B、C、D四个方向，所述镜筒的中心轴线与四根精定位光纤的端面垂直；

所述粗定位采光模块包括四个沿圆周方向均布在镜筒侧面上的粗定位光纤组，四个所述粗定位光纤组分别位于A、B、C、D四个方向上，每个粗定位光纤组中的粗定位光纤数量相同，所述粗定位光纤的入射端面从镜筒内穿过镜筒的表面，每个粗定位光纤组中的粗定位光纤的入射端从上到下依次排列，并且粗定位光纤的入射端面的垂线与镜筒中心轴线的夹角大于α_max，所述α_max为粗定位光纤的最大入射角；

所述信号采集模块包括四个光电池、暗盒和电路板，所述镜筒位于暗盒的上表面，暗盒内设有四个暗格，四个光电池分别置于四个暗格内，且四个光电池分别处于A、B、C、D四个方向上，所述电路板设于暗盒内部底面，且所述光电池均集成在电路板上；