[发明专利]一种用于太阳光角度检测方法

权利要求书

1.一种太阳光角度检测方法，所述检测方法利用一种用于太阳光角度检测的光电传感器，所述光电传感器包括：遮光外壳，透光玻璃一，透光玻璃二，硅光电池及信号处理模块，所述遮光外壳呈“L”形，用于封装透光玻璃一，透光玻璃二，硅光电池及信号处理模块；位于遮光外壳直角处的方形区域内设有透光玻璃一，在透光玻璃一的两侧各设有透光玻璃二，两块透光玻璃二在同一平面上垂直设置；所述透光玻璃二外观呈“凸”字形，凸出部分的横截面呈等腰梯形；所述硅光电池，其感光面形状呈等腰三角形，将硅光电池置于透光玻璃一，透光玻璃二的正下方，并与其底面紧密贴合；所述信号处理模块置于遮光外壳底部；

所述透光玻璃二长为u，宽为v，高为w，凸出部分的横截面呈等腰梯形，上底长为ω，上底角为θ，要求θ≥90°+δ，其中δ＝arcsin(sinσ/μ)，μ为光在玻璃中的折射率，σ为太阳光入射角，δ为折射角，为保证透光玻璃能够采集到传感器水平面上入射角范围在大于等于0°至小于90°的太阳光，当σ接近90°时，即δ＝arcsin(1/μ)；

所述硅光电池，其感光面呈等腰三角形，底边和高长度分别为d、h，且满足d≤v-2*w*tanδ，h≥2*w*tanδ+ω，其中σ为太阳光入射角，δ为折射角，ω为等腰梯形上底长度，w为透光玻璃二的高长度，v为透光玻璃二的宽长度，保证硅光电池能够检测到太阳光；

所述遮光外壳的两直角边表面上设出两个相互垂直的透光缝，透光缝的横截面呈等腰梯形，且与透光玻璃二凸出部分尺寸一致；

所述透光玻璃一，呈块状，厚度为w，透光玻璃一的下方设有硅光电池，要求透光玻璃一能将太阳光传递到其下方整块硅光电池上，作用在于提供一个基准电信号量；

在使用该光电传感器前，安装时要求遮光外壳的一条直角边外壳摆放位置朝正东或正西方向，另外，遮光外壳两直角边上的透光玻璃与硅光电池的检测原理相同，故以其中一侧为例讲解其检测原理，其特征在于，包括：

步骤一：当太阳光照射在传感器表面，在两块硅光电池上分别形成一形状为等腰梯形的束斑，并产生对应面积的电信号量，且电信号量与束斑面积关系有：

其中I₁、I分别表示其中一直角边上硅光电池产生的电信号量和直角处的硅光电池产生的电信号量，L₁表示一直角边上等腰梯形束斑的中位线长，h表示等腰三角形硅光电池的高长度，w表示透光玻璃二的高长度，

步骤二：由硅光电池的等腰三角形结构可知，束斑中位线长度L₁与硅光电池底边长d之比，有：

其中p表示为束斑中位线到等腰三角形硅光电池的顶点的距离，

步骤三：以透光玻璃二上表面的中心为坐标原点，以正东为Y轴，正南为X轴，正上为Z轴，建立空间直角坐标系，

当ph/2时，表明太阳光从透光玻璃二的一侧射入，有

当ph/2时，表明太阳光从透光玻璃二的另一侧射入，有

当p＝h/2时，表明此时太阳光垂直照射在透光玻璃二上，δ表示太阳光的折射角，

太阳光照射在透光玻璃二上发生折射，由此计算出太阳光角度的东西角γ：

γ＝arcsin(μ·sin(δ))

其中，选用玻璃的材质为硅酸盐玻璃，则其折射率为1.5，有：

γ＝arcsin(1.5·sin(δ))

其中记太阳光在ZOY面上的投影与Z轴的夹角为东西角γ，记太阳光在XOZ面上的投影与Z轴夹角为南北角太阳光在XOY面上的投影与X轴夹角为方位角α，记太阳光与XOY面的夹角为高度角β，μ为光在玻璃中的折射率，

步骤四：根据同样检测原理，以另一条直角边上透光玻璃二的中心为坐标原点，以正北为Y轴，正东为X轴，正上为Z轴建立空间三维坐标系，计算出太阳光角度的南北角

步骤五：根据东西角γ和南北角计算得到太阳光角度的方位角α和高度角β，有：