[发明专利]全自动跟踪太阳的采光装置

说明书

本发明涉及一种跟踪采集太阳光的装置，尤其是一种自动跟踪太阳采集太阳光的装置。

太阳光是自然界取之不尽、用之不竭的天然能源，至今人类对太阳光的利用还基本停留在自然光照明的初级阶段。事实上，对太阳光进行有效采集、合理利用，其前景广阔、意义深远。例如，可以将有效采集到的太阳光送到弹药库、油库、矿井、煤气房等既需要照明，又严格要求安全的场所，从而既经济又合理地解决上述场所的照明问题。经检索发现，日本三洋电机株式会社于1995年5月30日在中国申请了申请号为95107312.5、名称为《太阳光采光装置及控制该太阳光采光装置的太阳光采光控制装置》。该申请公开了一种“将一块或多块采光棱镜按照规定的间隔旋转自如地装在采光部器中”的采光装置，以及一种含有“太阳位置检测装置及微机等运算存储装置构成的中央处理装置、光轴传感器”的采光控制装置。上述专利公开的技术方案采用类似小孔成像的光轴传感器探测太阳的高度位置，再通过含有微机的中央处理电路处理后，驱动机械装置实现采光棱镜的自动对日跟踪。该方案存在以下两大主要问题：首先是感光探测装置不够科学，因而使得整个装置结构十分复杂，造价昂贵，难以推广应用，不适合我国国情；其次是采集的太阳光无法输送到任意所需场所，因而用途有限。

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种感光探测装置科学合理因而使得整机结构简单、经济实用的全自动跟踪太阳的采光装置。

本发明进一步的目的在于：提出一种不仅可以自动跟踪采光，而且可以十分方便地将采集到的太阳光传输到需要处的全自动跟踪太阳的采光装置(以下叙述中简称全自动跟踪采光装置)。

为了达到上述首要发明目的，本发明的全自动跟踪采光装置是通过以下技术方案实现的：

该装置的主要构成部分为：聚光采光器、驱动聚光采光器转动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测器，其特点是聚光采光器可以绕交叉的主轴和驱动机构装在主轴上的辅助轴转动，光敏探测器至少由四组位于聚光元件的轴向会聚光斑四周四个方位的光敏接收器件和聚光元件组成。

为了达到进一步的目的，本发明的全自动跟踪采光装置聚光采光器的中心轴(以下简称光轴)聚焦位置上装有光学台锥采光头，光学台锥可以是光导纤维台锥或光学玻璃台锥，该光学台锥下底对着聚光光线、光学台锥上底与传光光导纤维束输入端耦合。这种安装了光学台锥采光头的全自动跟踪采光装置不仅可以自动跟踪太阳、采集阳光，而且可以通过聚光采光器聚焦处的光学台锥经光导纤维束将采集到的阳光输送到需要照明的地方。由于不会像通电照明那样产生电火花，因此这种全自动跟踪采光装置非常适合弹药库、油库、矿井、煤气房等场所使用，既节省能源，又十分安全。此外，光学台锥具有良好的隔热作用，可以避免光导纤维输入端过热，延长其使用寿命。

安装时，本发明全自动跟踪采光装置的主轴成南北方向，辅助轴与主轴垂直。调整之后，太阳入射光应当与聚光采光器的光轴平行，此时光敏探测器聚光元件的会聚光斑位于四组光敏接收器件的中部。当聚光采光器对日偏斜，即聚光采光器的光轴与太阳入射光线呈现夹角时，光敏探测器中聚光元件的会聚光斑将落在一组或两组光敏接收器件上，从而使其感知太阳光相对于聚光采光器光轴的偏斜方向，并通过光信号反馈处理电路控制机械传动装置，驱使聚光采光器绕主轴或辅助轴转动，直至聚光采光器对准太阳为止。由于本发明的光敏探测器通过探测太阳光的入射角而不是通过测定太阳的高度位置进行控制，同时借助主轴及与主轴联动的辅助轴机械结构实现聚光采光器的对日跟踪，因此与现有技术相比，无需繁琐的运算电路以及复杂的机械传动，便于实施，成本低廉，从而也就显得科学合理得多。

在本发明上述技术方案基础上的进一步改进是：四组光敏接收器件均由光导纤维束构成的光纤接收器和光敏元件组成，各组光导纤维束的输入端安装在光学台锥采光头四周，并组合成封闭的环状，每组光导纤维束的输出端分别与对应的光敏元件耦合。这样，无论太阳光朝那个方向偏斜，即无论会聚光斑朝那个方向位移，都必将经过光纤接收器，将光信号传给对应的光敏元件，避免了光敏元件分布不合理产生“盲区”导致漏测，从而保证了全自动跟踪采光装置工作可靠、性能稳定。