本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，具體是一種基于光柵的高精度太陽跟蹤傳感器。

背景技術(shù)：

能源短缺問題是目前許多國家面臨的重要問題，太陽能作為一種清潔無污染的能源，有著巨大的開發(fā)前景。我國是一個(gè)太陽能資源較為豐富的國家，充分利用太陽能資源，有著深遠(yuǎn)的能源戰(zhàn)略意義。利用太陽能的關(guān)鍵是提高太陽能電池板采集太陽能的效率，太陽能電池板接受太陽光的直射，由此得到太陽最大光照強(qiáng)度，從而最大限度的采集太陽能。針對(duì)提高太陽能的利用率問題的研究，設(shè)計(jì)一種基于光柵的太陽跟蹤傳感器。

國內(nèi)外跟蹤太陽能的方法有很多，主要有以下兩種方式：光電跟蹤和根據(jù)日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤:前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。

1、光電跟蹤。目前，國內(nèi)常用的光電跟蹤有重力式，電磁式和電動(dòng)式，這些光電跟蹤裝置都使用光敏傳感器如硅光電管。在這些裝置中，光電管的安裝靠近遮光板，調(diào)整遮光板的位置使遮光板對(duì)準(zhǔn)太陽，硅電池處于陰影區(qū)，當(dāng)太陽西移時(shí)遮光板的陰影偏移，光電管受到陽關(guān)直射輸出一定值的微電流。作為偏差信號(hào)，經(jīng)放大電路放大，由伺服電機(jī)調(diào)整角度使跟蹤裝置對(duì)準(zhǔn)太陽完成跟蹤。光電跟蹤靈敏度高，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為方便。但受天氣的影響較大，如果在稍長時(shí)間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到光電管上，導(dǎo)致跟蹤裝置無法對(duì)準(zhǔn)太陽，甚至引起執(zhí)行結(jié)構(gòu)的誤動(dòng)作。

2、視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。根據(jù)跟蹤系數(shù)的軸數(shù)，視日運(yùn)動(dòng)軌跡系統(tǒng)可分為單軸和雙軸兩種。視日運(yùn)動(dòng)跟蹤原理:計(jì)算機(jī)現(xiàn)根據(jù)天文學(xué)中太陽運(yùn)行規(guī)律的公式計(jì)算出一天內(nèi)某時(shí)刻太陽高度角和方位角的理論值，然后運(yùn)行控制程序調(diào)整定日鏡裝置的高度和方位角，完成對(duì)太陽能的實(shí)時(shí)跟蹤。此類跟蹤控制的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，不受天氣影響，可靠性強(qiáng)。缺點(diǎn)是在計(jì)算太陽角度的過程中會(huì)產(chǎn)生累積誤差，而且其自身無法消除，需要定期校正。

目前，太陽能電池板普遍采用半自動(dòng)單軸跟蹤方式和電池板固定朝南安裝的方式。這些方法存在的缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換效率較低、跟蹤適應(yīng)能力弱、跟蹤精度低。因此，太陽能電池板如能配合基于單片機(jī)的太陽能跟蹤控制器的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能夠跟蹤太陽的實(shí)時(shí)位置，精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，可以有效提高太陽能發(fā)電的效率。

但是，由于太陽運(yùn)動(dòng)位移測量精度不高，導(dǎo)致整個(gè)太陽能跟蹤發(fā)電系統(tǒng)效率低，為實(shí)現(xiàn)高精度無人工值守的太陽自動(dòng)跟蹤，提高太陽能利用效率，提出一種基于光柵的太陽跟蹤傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光柵的高精度太陽跟蹤傳感器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于光柵的高精度太陽跟蹤傳感器，包括光電接收器、光柱、固定條紋光柵、透鏡和固定單元，所述光柱為六棱柱，光柱的下端設(shè)有尖部，光柱下端的六個(gè)表面上設(shè)有斜刻條紋，所述固定條紋光柵上設(shè)有與光柱下端配合的凹橫槽，固定條紋光柵的凹橫槽表面上設(shè)有與斜刻條紋配合的豎刻條紋，固定條紋光柵的下端安裝在凹橫槽內(nèi)，所述固定條紋光柵安裝在透鏡內(nèi)，所述透鏡安裝在固定單元內(nèi)，所述固定單元上均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔，所述光電接收器通過鎖緊器安裝在固定孔內(nèi)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述光柱下端的斜刻條紋間距為0.01mm，固定條紋光柵上的豎刻條紋間距為0.01mm。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述光柱下端的斜刻條紋和固定條紋光柵上的豎刻條紋緊密安裝，保證光線經(jīng)過時(shí)條紋的清晰。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述固定條紋光柵的外表面與透鏡的透鏡內(nèi)表面緊密安裝，透鏡對(duì)條紋具有聚光作用，保證光電接收器可以準(zhǔn)確接收到信號(hào)的變化。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述固定單元的外表面上均勻開設(shè)有六個(gè)固定孔，且固定孔呈中心對(duì)稱分布。

太陽跟蹤傳感器由光線入射光柱、固定條紋光柵、透鏡、固定單元和光電接收器組成，光柱安裝在固定條紋光柵的凹橫槽內(nèi)，固定條紋光柵外部有透鏡，可將條紋放大，透鏡外部有固定單元，用來固定光電接收器。

上述中，光柱下端表面的斜刻條紋與固定條紋光柵內(nèi)的豎刻條紋相對(duì)配合，安裝時(shí)有一個(gè)較小的夾角，光柵刻痕重合部分形成條紋暗帶，非重合部分光線透過則形成條紋亮帶，因此，光線透過上述兩個(gè)組件可得到一組明暗相間的條紋，即為莫爾條紋；光柵莫爾條紋的兩個(gè)主要特征是判向作用和光源相對(duì)位移的放大作用。

上述中，當(dāng)光柱和固定條紋光柵固定位置不動(dòng)時(shí)，使入射光線垂直頂部向下照射，各個(gè)光電接收器接收到的信號(hào)是一樣的，光線向下照射的角度發(fā)生變化時(shí)，部分光電接收器可接收到莫爾條紋變化的信號(hào)，并能夠準(zhǔn)確地測量出莫爾條紋變化的次數(shù)。能夠接收到莫爾條紋信號(hào)的光電接收器將沿著近于柵線的方向上下移動(dòng)，由此可以確定光柵移動(dòng)的方向。

上述中，當(dāng)光柱下端表面的斜刻條紋沿著與固定條紋光柵內(nèi)的豎刻條紋垂直方向移動(dòng)一個(gè)光柵距時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距，當(dāng)兩個(gè)等距光柵之間的夾角較小時(shí)，指示光柵移動(dòng)一個(gè)光柵距，莫爾條紋就可以轉(zhuǎn)換為太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的位移或角度；柵距位移變成清晰可見的條紋位移，實(shí)現(xiàn)高靈敏的位移測量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明傳感器利用莫爾原理，當(dāng)太陽移動(dòng)時(shí)，光線對(duì)光柱的入射角度發(fā)生變化，使光柱與固定條紋套形成的莫爾條紋產(chǎn)生位移，產(chǎn)生位移的莫爾條紋經(jīng)透鏡后可由光電接收器測量到相應(yīng)的莫爾條紋變化的信號(hào)，可以得到光線變化的角度，即太陽運(yùn)動(dòng)位置與莫爾條件變化的關(guān)系，基于光柵的太陽跟蹤傳感器采用莫爾條紋原理大幅提高位置精度，可以準(zhǔn)確知道太陽變化的位移，可以為太陽跟蹤提供準(zhǔn)確的跟蹤信號(hào)，提高太陽能設(shè)備對(duì)太陽能的利用率。

本發(fā)明傳感器具有較好的抗干擾能力，提高了對(duì)太陽運(yùn)動(dòng)位移的測量精度?？梢詫?shí)現(xiàn)太陽能板自動(dòng)地跟蹤太陽，使工作人員能夠?qū)崟r(shí)了解太陽能自動(dòng)跟蹤控制的狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的爆炸結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明中光電接收器的示意圖。

圖3為本發(fā)明中光柱的示意圖。

圖4為本發(fā)明中固定條紋光柵的示意圖。

圖5為本發(fā)明中透鏡的示意圖。

圖6為本發(fā)明中固定單元的示意圖。

圖7為本發(fā)明的組裝示意圖。

圖中：1-鎖緊器；2-光電接收器；3-光柱；4-斜刻條紋；5-豎刻條紋；6-固定條紋光柵；7-透鏡；8-透鏡內(nèi)表面；9-固定單元；10-安裝孔。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1～7，本發(fā)明實(shí)施例中，基于光柵的高精度太陽跟蹤傳感器，包括光電接收器2、光柱3、固定條紋光柵6、透鏡7和固定單元9，光柱3為六棱柱，光柱3的下端設(shè)有尖部，光柱3下端的六個(gè)表面上設(shè)有斜刻條紋4，斜刻條紋4間距為0.01mm，固定條紋光柵6上設(shè)有與光柱3下端配合的凹橫槽，固定條紋光柵6的凹橫槽表面上設(shè)有與斜刻條紋4配合的豎刻條紋5，豎刻條紋5間距為0.01mm，固定條紋光柵6的下端安裝在凹橫槽內(nèi)，光柱3下端的斜刻條紋4和固定條紋光柵6上的豎刻條紋5緊密安裝，保證光線經(jīng)過時(shí)條紋的清晰。

固定條紋光柵6安裝在透鏡7內(nèi)，固定條紋光柵6的外表面與透鏡7的透鏡內(nèi)表面8緊密安裝，透鏡7安裝在固定單元9內(nèi)，固定單元9上均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔10，光電接收器2通過鎖緊器1安裝在固定孔10內(nèi)。透鏡7對(duì)條紋具有聚光作用，保證光電接收器2可以準(zhǔn)確接收到信號(hào)的變化。

固定單元9的外表面上均勻開設(shè)有六個(gè)固定孔10，且固定孔10呈中心對(duì)稱分布。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。