太陽入射角跟蹤測量儀的制作方法
【專利摘要】一種太陽入射角跟蹤測量儀，包括太陽直接輻射傳感器，接受太陽光垂直照射；光平衡傳感器Ⅰ和光平衡傳感器Ⅱ，感應太陽相對于太陽直接輻射傳感器的垂直與水平方向的偏移量；角度傳感器，實時跟蹤測量所在位置平面與太陽入射直線的夾角；臺架，將太陽直接輻射傳感器、光平衡傳感器Ⅰ、Ⅱ和角度傳感器固定于同一平面；驅動裝置，與臺架相連接并驅動臺架在垂直、水平方向上運動；微控制器，接收來自光平衡傳感器Ⅰ、Ⅱ的偏移量信號并使太陽光垂直照射到太陽直接輻射傳感器內，接收角度傳感器的夾角測量信號，實時跟蹤記錄太陽入射角數值等。解決了現有人工測量方式繁瑣、不能實時測量、誤差大的問題。
【專利說明】太陽入射角跟蹤測量儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能應用【技術領域】，特別是一種太陽入射角跟蹤測量儀，適用于測試太陽能集熱器等以提高節能效率，可廣泛應用于太陽能利用建筑領域和氣象部門
坐寸O
【背景技術】
[0002]太陽入射角是指所在位置平面法線與太陽入射直線之間的夾角，太陽能集熱器入射角跟蹤系數是集熱器測試的重要指標，國際上要求太陽與集熱器平面形成六個角度測量瞬時效率，另外，建造物的方位與太陽入射角也息息相關。但現有的人工用常規的測量方式比較繁瑣且不能實現實時測量，誤差較大。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是為了提供一種解決現有人工測量方式繁瑣、不能實時測量、誤差大的問題的太陽入射角跟蹤測量儀。
[0004]本實用新型的技術方案是:
[0005]一種太陽入射角跟蹤測量儀，其特殊之處是:包括
[0006]太陽直接輻射傳感器，用于接受太陽光垂直照射、實時測量太陽直接輻射值；
[0007]光平衡傳感器I和光平衡傳感器II，用于感應太陽相對于所述太陽直接輻射傳感器的垂直方向與水平方向的偏移量；
[0008]角度傳感器，用于實時跟蹤測量所在位置平面與太陽入射直線的夾角；
[0009]臺架，用于將所述太陽直接輻射傳感器、光平衡傳感器1、光平衡傳感器II和角度傳感器固定于同一平面；
[0010]驅動裝置，用于與所述臺架相連接并驅動臺架在垂直方向和水平方向上運動，實現雙軸跟I[!示；
[0011]微控制器，用于接收來自所述光平衡傳感器I和光平衡傳感器II的偏移量信號并向所述驅動裝置發出驅動臺架在垂直方向或水平方向上運動的命令，使太陽光垂直照射到所述太陽直接輻射傳感器內，實時接收太陽直接輻射值信號，計算出全天的太陽直接輻射量并根據太陽直接輻射值信號啟動計時裝置記錄日照時間；用于接收所述角度傳感器的夾角測量信號，實時跟蹤記錄太陽入射角數值。
[0012]上述的太陽入射角跟蹤測量儀，所述太陽直接輻射傳感器的光筒內設有錐面內筒、光欄、熱電堆和干燥劑，所述熱電堆表面涂有黑色涂層。
[0013]上述的太陽入射角跟蹤測量儀，所述驅動裝置由固定于底座上的水平電機和齒輪箱I，安裝于底座上方機體內的俯仰電機和齒輪箱II組成，所述臺架下方固定有支架，所述支架一端與所述齒輪箱II的輸出軸連接并隨其轉動，所述齒輪箱I的輸出軸端部與所述機體底部緊固連接并帶動其轉動。以達到俯仰電機轉動時，支架及設有太陽直接輻射傳感器、光平衡傳感器1、II和角 度傳感器的臺架沿垂直方向轉動，水平電機轉動時，帶動機體、支架和臺架一起沿水平方向轉動。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]1、在太陽入射角不停的改變的情況下，與其相適應的角度傳感器實時跟蹤測量出所在位置平面與太陽入射直線的夾角。較人工常用測量方法簡便，可實時測量、連續記錄，測量效果好、效率高，人為誤差小，測量范圍達到0-24小時，測量精度為0.1小時。
[0016]2、既能跟蹤太陽又能測量太陽入射角度值和太陽輻射量的數值，并通過電腦計算出日照時間，一種儀器完成三種功能。
[0017]3、實現對太陽運行的二維自動跟蹤，太陽方位角跟蹤范圍達到0°~270°，太陽高度角跟蹤范圍達到-45°~45°，跟蹤精度達到4小時小于0.5°。
[0018]4、利用光平衡傳感器自動跟蹤太陽運行使太陽光垂直照射到太陽直接輻射傳感器上，太陽直接輻射傳感器的靈敏度為7-14MV/W.Hl2，穩定性為±1%，響應時間≤15秒。
[0019]5、對日照時間進行測量，測量范圍為0-24小時，測量精度≤±0.1小時，分辨率為
0.1小時。
[0020]6、采用高性能微處理器，并具有大容量儲存器，通訊方式滿足有線RS232或RS485以及無線網絡(GPRS)等通訊模塊的要求，與計算機通訊可形成EXCEL數據文件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0022]圖2是本實用新型的原理圖；
[0023]圖3是圖1中太陽直接輻射傳感器的光筒的剖視圖；
[0024]圖4是圖1中光平衡傳感器I的光筒內光電傳感器的結構示意圖；
[0025]圖5是圖1中光平衡傳感器II的光筒內光電傳感器的結構示意圖。
[0026]圖中:光平衡傳感器I 1、光平衡傳感器II 2、太陽直接輻射傳感器3、光筒301、內筒302、光欄303、熱電堆304、角度傳感器4、臺架5、支架6、機體7、水平電機8、齒輪箱I 9、底座10、俯仰電機11、齒輪箱II 12、微控制器13。
【具體實施方式】
[0027]如圖1、圖2所示,該太陽入射角跟蹤測量儀，由底座10,置于底座10上方的機體7，與機體7連接的支架6，固定在支架6上方的臺架5，設于臺架5上的太陽直接輻射傳感器3、光平衡傳感器I 1、光平衡傳感器II 2和角度傳感器4，微控制器13以及驅動裝置組成。
[0028]其中，太陽直接輻射傳感器3用于接受太陽光垂直照射、實時測量太陽直接輻射值；光平衡傳感器I I和光平衡傳感器II 2用于感應太陽相對于所述太陽直接輻射傳感器3的垂直方向與水平方向的偏移量，光平衡傳感器I I為粗調，光平衡傳感器II 2為細調，參見圖4、圖5 ;角度傳感器4用于實時跟蹤測量所在位置平面與太陽入射直線的夾角；臺架5用于將所述太陽直接輻射傳感器3、光平衡傳感器I 1、光平衡傳感器II 2和角度傳感器4固定于同一平面；驅動裝置用于與所述臺架5相連接并驅動臺架5在垂直方向和水平方向上運動，實現雙軸跟蹤，其具體由固定于底座10上的水平電機8和齒輪箱I 9，安裝于底座10上方機體7內的俯仰電機11和齒輪箱II 12組成，所述臺架5下方固定有支架6，所述支架6—端與所述齒輪箱II 12的輸出軸連接并隨其轉動，所述齒輪箱I的輸出軸端部與所述機體7底部緊固連接并帶動其轉動；微控制器13，用于接收來自所述光平衡傳感器I I和光平衡傳感器II 2的偏移量信號并向所述驅動裝置發出驅動臺架在垂直方向或水平方向上運動的命令，使太陽光垂直照射到所述太陽直接輻射傳感器內，實時接收太陽直接輻射值信號，計算出全天的太陽直接輻射量并根據太陽直接輻射值信號啟動計時裝置記錄日照時間；用于接收所述角度傳感器4的夾角測量信號，實時跟蹤記錄太陽入射角數值。
[0029]如圖3所示，太陽直接輻射傳感器3的光筒301內設有錐面內筒302、光欄303、熱電堆304和干燥劑，所述熱電堆304表面涂有黑色涂層，其熱結點設于所述黑色涂層上，冷結點設于機體內，使其在線性范圍內產生的溫差電勢與太陽直接輻照度成正比。
[0030]工作過程:當太陽高度角(垂直方向)改變時，光平衡傳感器I 1、II 2發出信號，微控制器13使俯仰電機11轉動帶動齒輪箱II 12轉動，則支架6帶動臺架5做俯仰轉動以使太陽光垂直照射到太陽直接輻射傳感器3內，微控制器13實時接收太陽直接輻射值信號，計算出全天的太陽直接輻射量，角度傳感器4測量太陽入射角(高度角)，由微控制器13接收角度信號后得到角度數值并記錄。
[0031]當太陽的方位角(水平方向)發生變化時，平衡傳感器I 1、II 2發出信號，微控制器13使水平電機8轉動帶動齒輪箱I 9轉動，則機體7帶動臺架5做水平轉動以使太陽光垂直照射到太陽直接輻射傳感器3內，微控制器13實時接收太陽直接輻射值信號，計算出全天的太陽直接輻射量，角度傳感器4測量太陽入射角(方位角)，由微控制器13接收角度信號后得到角度數值并記錄。
[0032]當太陽直接輻射傳感器3測量到太陽直接輻射值達到120W/ IIf時，微控制器13啟動計時裝置記錄日照時間。
【權利要求】
1.一種太陽入射角跟蹤測量儀，其特征在于:包括 太陽直接輻射傳感器，用于接受太陽光垂直照射、實時測量太陽直接輻射值； 光平衡傳感器I和光平衡傳感器II，用于感應太陽相對于所述太陽直接輻射傳感器的垂直方向與水平方向的偏移量； 角度傳感器，用于實時跟蹤測量所在位置平面與太陽入射直線的夾角； 臺架，用于將所述太陽直接輻射傳感器、光平衡傳感器1、光平衡傳感器II和角度傳感器固定于同一平面； 驅動裝置，用于與所述臺架相連接并驅動臺架在垂直方向和水平方向上運動，實現雙軸跟蹤； 微控制器，用于接收來自所述光平衡傳感器I和光平衡傳感器II的偏移量信號并向所述驅動裝置發出驅動臺架在垂直方向或水平方向上運動的命令，使太陽光垂直照射到所述太陽直接輻射傳感器內，實時接收太陽直接輻射值信號，計算出全天的太陽直接輻射量并根據太陽直接輻射值信號啟動計時裝置記錄日照時間；用于接收所述角度傳感器的夾角測量信號，實時跟蹤記錄太陽入射角數值。
2.根據權利要求1所述的太陽入射角跟蹤測量儀，其特征在于:所述太陽直接輻射傳感器的光筒內設有錐面內筒、光欄、熱電堆和干燥劑，所述熱電堆表面涂有黑色涂層。
3.根據權利要求1所述的太陽入射角跟蹤測量儀，其特征在于:所述驅動裝置由固定于底座上的水平電機和齒輪箱I，安裝于底座上方機體內的俯仰電機和齒輪箱II組成，所述臺架下方固定有支架，所述支架一端與所述齒輪箱II的輸出軸連接并隨其轉動，所述齒輪箱I的輸出軸端部與所述機體底部緊固連接并帶動其轉動。
【文檔編號】G05D3/12GK203689165SQ201420091055
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】聞寶民, 畢麗佳, 何麗, 閆春英 申請人:錦州陽光氣象科技有限公司