法向规引导反射镜阵列的制作方法

本实用新型涉及反射镜，尤其涉及一种法向规引导反射镜阵列的设计制造等技术领域。

背景技术：

万物生长靠太阳，朝北等背阳面房屋或其他背阳的地方冬天特别寒冷，人们设计了阳光反射镜，安装在就近的向阳面，把阳光反射到背阳面，并随太阳的偏转而跟踪偏转，使阳光长时间照射在目标区域，弥补了朝向背阳带来的各种缺陷，节能绿色环保；为减小反射装置占据空间位置，使控制灵活方便，人们还将反射镜化整为零，设计了反射镜阵列；但是目前相关设计存在如下缺陷：

1、镜片及其附件组合体的重心不在偏转轴线上，调节镜片朝向，需克服镜片的重量，需较大驱动功率，易于磨损，抗风性能难于保证；

2、阳光瞄准器一般用于引导镜面的偏转跟踪正对阳光，而引导镜面的偏转使反射光锁定某特定区域，未见较好的解决方案；

3、当阳光斜照，相对于反射镜片入射角太大时，有效受光面积太小，并出现镜片之间相互遮挡，阵列反射效率剧减；

4、当镜片被灰尘或者霜雪蒙上时，不能有效反射阳光；

5、当反射镜阵列处在非使用时段，不能有效保护，并给城市造成光污染；

6、未配备方位俯仰角度直接检测读取机构，实时感知镜面朝向，不利于准确跟踪太阳偏转；

7、控制器未接入北斗模块用于提供准确的时间和定位数据，进而根据预存数据计算某时刻太阳的角度；未接入通信模块，不能提供远程数据写入及远程控制。

8、各个镜片方位俯仰相等，不具备聚照功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，提供一种法向规引导反射镜阵列，克服上述缺陷，解决以下问题：

1、设计镜片及其附件组合体的重心在偏转轴线上，调节镜片朝向只需克服镜片组合体的惯性及摩擦力，不需克服镜片的重量，减小驱动功率及磨损，抗风性能强；

2、设计法向规，配合阳光瞄准器，实现引导镜面跟随太阳角度的偏转而偏转，使反射光稳定地照射在特定的目标区域；

3、当阳光斜照，相对于反射镜片倾斜度太大，入射角太大，这时启动辅助方位调整，使整个反射镜阵列调整一定角度，消除有效受光面积太小，并出现镜片之间相互遮挡，阵列反射效率剧减的缺陷；

4、当镜片被灰尘或者霜雪蒙盖时，启动喷淋头进行冲洗，天气寒冷时给储水瓶加热，防止结冰，并可用温水提升冲洗效果，保持镜面光亮，保障反射阳光的效果；

5、当反射镜阵列处在非使用时段，打开保护帘，有效保护镜面不受风雨、灰尘及其他外界破坏，同时防止镜面的无用反射给城市造成光污染；

6、加上方位、俯仰角度直接检测读取机构，感知镜面实时朝向，利于准确跟踪太阳偏转；

7、控制器接入北斗(或北斗/gps双制式)模块，用于提供准确的时间和定位数据，可以根据预存数据计算某时刻太阳的角度，及反射镜应预置的方位仰角；同时控制器接入通信模块，可以实现写入数据及远程控制。

8、反射光既可用于普照，又具备聚照功能。

为实现上述目的，本实用新型采用的方案是：提供一种法向规引导反射镜阵列，其包含框架(1)，并至少包含2支立轴(2)，每支立轴(2)至少连接2支横轴(3)，每支横轴(3)上下左右各对称固定1片同规格同材质阳光反射镜片(4)，镜片(4)及其附件组合体的重心在立轴与横轴轴线交叉点；

立轴(2)上下两端经轴承(5)与框架体(12)动连接，使立轴(2)可以绕轴线转动，带动横轴(3)变换方位角；

横轴(3)中部经轴承(5)与立轴(2)动连接，使横轴(3)可以绕轴线转动，带动上下左右对称固定的镜片(4)变换俯仰角；

有方位摇杆(21)与立轴(2)固定连接，有方位连杆(22)经铰链与各方位摇杆(21)末端连接，使各立轴(2)方位角相等；

有俯仰摇杆(31)与横轴(3)固定连接，有俯仰连杆(32)经铰链与同一立轴的各个横轴上的俯仰摇杆(31)末端连接，使同一立轴的各个横轴上的镜片(4)俯仰角相等；

有俯仰横担(33)与各个立轴的俯仰连杆(32)垂直连接，使镜片阵列所有镜片(4)俯仰角相等；

有方位推杆(23)一端连接框架体(12)，另一端经铰链连接方位连杆(22)；有俯仰推杆(34)一端连接俯仰横担(33)中部，另一端连接方位连杆(22)中部，方位推杆(23)与俯仰推杆(34)为电动推杆或电控液压推杆，其控制端均与控制器(6)电连接，受其驱动，实现电控方位角及俯仰角调整；

有法向规(8)用于追踪太阳，其法向杆(81)、追日杆(82)、反射杆(83)分别接同一支点铰链(84)，该支点与镜片(4)零方位俯仰时同一平面，有横限条(85)与法向杆(81)、追日杆(82)、反射杆(83)动配合，组成近似“本”字下部，保障前三者处于同一平面，有2支斜撑(86)一头经滑环(87)接法向杆，另一头经铰链分别接追日杆(82)和反射杆(83)，使二者开合角度保持一样，反射杆(83)延长线对准阳光反射目标区域中部，追日杆(82)连接日照瞄准器(88)，俯仰横担(33)中部固定连接一支联动杆(89)，经铰链接法向杆(81)，使法向杆(81)与镜面联动并始终保持与镜面垂直，日照瞄准器(88)与控制器(6)电连接。

框架(1)包含依托框(11)及框架体(12)，依托框(11)固定在安装面，框架体(12)上下各经2个由支臂连接的轴承铰链(13)与依托框(11)连接，两侧经铰链与辅助推杆(14)连接，辅助推杆(14)的另一头连接依托框(11)，辅助推杆(14)控制端接控制器(6)。

有不少于2个喷淋头(71)，处于镜片(4)立面外侧上方，对准镜片(4)，喷淋头(71)经电控阀(72)及管路接储水瓶(73)，储水瓶(73)经管路接水源，电控阀(72)控制端接控制器(6)；储水瓶(73)内有电加热器(74)，接控制器(6)。

框架(1)边沿有电控遮帘(16)，为卷帘或折叠帘，展开后完全遮盖镜面，其控制端接控制器(6)。

有角编码盘(24)及角读码器(25)分别与立轴(2)之一及框架体(12)固定连接，编码盘(24)与读码器(25)的相对角度随着立轴(2)的转动而变动，从而读得方位角；

有角编码盘(24)及角读码器(25)分别与横轴(3)之一及所在立轴(2)固定连接，编码盘(24)与读码器(25)的相对角度随着横轴(3)的转动而变动，从而读得俯仰角；

角读码器(25)与控制器(6)电连接，分别将方位和仰角数据输入控制器；

角编码盘(24)是以转动轴线为轴心的片状扇形，编码方案之一是沿径向按照二进制编码镂空(241)以标志角度，内圈高位外圈低位，低位外圈有一圈同步位(242)，读码器(25)与编码盘(24)动配合，为指向径向的一排二进制角度读取电路(251)，可以是光电对射读取，也可以是微动开关读取；编码方案之二是片状扇形角编码盘(24)外沿有细齿，读码器(25)为多圈电位器，经齿轮与编码盘(24)啮合。

有北斗模块(61)与控制器(6)连接，为其提供定位及时间数据；有通信接口(62)及通信模块(63)接控制器(6)，为其提供数据写入及远程控制。

有日照瞄准器(88)安装在阳光反射目标区域中部，瞄准反射镜阵列中点，与控制器(6)电连接，为其提供阳光入射角度偏差检测信号。

俯仰连杆(32)与俯仰摇杆(31)连接的铰链处、方位连杆(22)与方位摇杆(21)连接的铰链处、俯仰横担(33)与俯仰连杆(32)的连接处分别有凹凸斜槽聚散环，当俯仰连杆(32)转动一定角度，俯仰摇杆(31)以中间为中心向上下疏散一定距离，同样地，方位连杆(22)与俯仰横担(33)转动一个角度，方位摇杆(21)以中间为中心向左右疏散一定距离，其结果是上下左右镜片(4)向中心倾斜一定角度，反射光具有聚照效果，以上连杆或横担的转动，由聚照电机(64)驱动，接控制器(6)，可用微型减速电机。

由于采用了上述方案，本实用新型克服了前述缺陷，取得了显著效果，解决了以下问题：

1、设计镜片及其附件组合体的重心在偏转轴线上，调节镜片朝向，只需克服镜片组合体的惯性及摩擦力，不需克服镜片的重量，减小了驱动功率及磨损，抗风性能强；

2、设计了一个法向规，配合阳光瞄准器，引导镜面跟随太阳角度的偏转而偏转，使反射光稳定地照射到特定的目标区域；

3、当阳光斜照，相对于反射镜面倾斜度太大，入射角太大时，控制器启动辅助方位调整，使整个反射镜阵列调整一定角度，克服了有效受光面积太小，并出现镜片之间相互遮挡，阵列反射效率剧减的缺陷；

4、当镜片被灰尘或者霜雪蒙盖时，启动喷淋头进行冲洗，天气寒冷时给储水瓶加热，防止结冰，可用温水提升冲洗效果，保持镜面光亮，保障了反射阳光的效果；

5、当反射镜阵列处在非使用时段，打开保护遮帘，有效保护镜面不受风雨、灰尘及其他外界破坏，同时防止镜面的无用反射给城市造成光污染；

6、加上了方位、俯仰角度直接检测读取机构，实时感知镜面朝向，利于准确跟踪太阳偏转；

7、控制器接入北斗(或北斗/gps双制式)模块，用于提供准确的时间和定位数据，可以根据预存数据计算某时刻太阳的角度，及反射镜应预置的方位仰角；同时控制器接入通信模块，可以实现远程写入数据及远程控制；

8、反射光既可用于普照，又具备聚照功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例总体结构示意图。

图2为本实用新型实施例法向规示意图。

图3为本实用新型实施例框架示意图。

图4为本实用新型实施例遮帘及喷淋系统示意图。

图5为本实用新型实施例角度编码盘及读码器示意图。

图6为本实用新型实施例控制器方框示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型实施例总体结构示意图，这种法向规引导反射镜阵列，其包含框架(1)，并至少包含2支立轴(2)，每支立轴(2)至少连接2支横轴(3)，每支横轴(3)上下左右各对称固定1片同规格同材质阳光反射镜片(4)，图上所示为3支立轴，这样中间立轴为对称中心，镜片(4)大小尺寸可以根据需要确定，如200x200mm，则每2支立轴上的2支横轴上的镜片(4)，加上轴本身占据的空间及镜片之间的间隙，共约1平方米见方；需注意的是，安装调试后，使镜片(4)及其附件组合体的重心在立轴(2)与横轴(3)轴线交叉点；调整角度只要克服惯性及摩擦力，不需克服重力，可以有效减小偏转驱动功率，缩小驱动部件尺寸；因为完全对称，而且尺寸较小，可以认为上下左右所受风力及方向一致，在转轴上互相抵消，抗风能力强，这在风力大的地方尤其重要。

立轴(2)上下两端经轴承(5)与框架体(12)动连接，使立轴(2)可以绕轴线转动，带动横轴(3)变换方位角；横轴(3)中部经轴承(5)与立轴(2)动连接，使横轴(3)可以绕轴线转动，带动上下左右对称固定的镜片(4)变换俯仰角；轴承可以大幅度减少轴转动的摩擦力及部件磨损。

有方位摇杆(21)与立轴(2)固定连接，有方位连杆(22)经铰链与各方位摇杆(21)末端连接，使各立轴(2)方位角相等。

有俯仰摇杆(31)与横轴(3)固定连接，有俯仰连杆(32)经铰链与同一立轴的各个横轴上的俯仰摇杆(31)末端连接，使同一立轴的各个横轴上的镜片(4)俯仰角相等；有俯仰横担(33)与各个立轴的俯仰连杆(32)垂直连接，使镜片阵列所有镜片(4)俯仰角相等，如有3支俯仰连杆(32)，则与俯仰横担(33)是倒的“王”字结构，而且是固定连接。

由于驱动偏转只需克服摩擦力及惯性，所需力量极低，而且太阳偏转速度极慢，所以上述摇杆、连杆可以做得尽量细尽量轻；有方位推杆(23)一端连接框架体(12)，另一端连接方位连杆(22)，方位推杆(23)两端都经铰链动连接，或者一端固定在框架，另一端经变向杆连接到方位连杆(22)。

有俯仰推杆(34)一端连接俯仰横担(33)中部，另一端连接方位连杆(22)中部，俯仰横担(33)、俯仰推杆(34)、方位连杆(22)三者呈“工”字结构。

方位推杆(23)与俯仰推杆(34)为电动推杆或电控液压推杆，其控制端均与控制器(6)电连接，受其驱动，实现电控方位角及俯仰角调整；推杆宜选用直流微型推杆，方便控制器直接驱动。

以上结构可以旋转90度或根据安装位置、房屋朝向等选择任意角度，因此立轴与横轴是相对而言。

俯仰连杆(32)与俯仰摇杆(31)连接的铰链处、方位连杆(22)与方位摇杆(21)连接的铰链处、俯仰横担(33)与俯仰连杆(32)的连接处分别有凹凸斜槽聚散环，如果杆上是凸槽，则环上是凹槽，二者配合，而且上和下，左和右倾斜方向相反，当俯仰连杆(32)转动一定角度，俯仰摇杆(31)以中间为中心向上下疏散一定距离，同样地，方位连杆(22)与俯仰横担(33)转动一个角度，方位摇杆(21)以中间为中心向左右疏散一定距离，其结果是上下左右镜片(4)向中心倾斜一定角度，反射光具有聚照效果，以上连杆或横担的转动，由聚照电机(64)驱动，接控制器(6)，可用微型减速电机，当然也可以用微型电控推杆。聚照用于有重点地照射，如对某目标进行爆嗮；又如月光下，用聚集月光进行照明，关闭所有电光，只有冷静如霜的月光，月下小酌或是月下品茗，享受宁静与惬意，又不致昏灰视线不清。

图2为本实用新型实施例法向规示意图。日照瞄准器(88)常被用于引导光伏电池的受光面跟踪对准太阳，但本实用新型不同，是跟踪太阳偏转，使镜面的反射光稳定地对准目标区域，在没有法向规或者预存数据引导的情况下，初始状态下，目标区域没有阳光照射，单单把日照瞄准器(88)安装在目标区域，初始引导无法自动实现；根据几何光学原理，平面镜对光线的反射角与入射角相等，且入射线、反射线、镜面的法线3者在同一平面上，据此本实用新型设计了法向规(8)，使反射镜即使在没有基础数据引导的情况下，也能追踪太阳，并把反射光投射在目标区域；法向规(8)的法向杆(81)、追日杆(82)、反射杆(83)分别接同一支点铰链(84)，该支点与镜片(4)零方位俯仰时同一平面，有横限条(85)与法向杆(81)、追日杆(82)、反射杆(83)动配合，组成近似“本”字下部，保障前三者处于同一平面；具体的，可以经滑环接法向杆(81)，并穿过追日杆(82)和反射杆(83)；有2支斜撑(86)一头经滑环(87)接法向杆(81)，另一头经铰链分别接追日杆(82)和反射杆(83)，使二者开合角度保持一样，类似雨伞的开合，反射杆(83)延长线对准阳光反射目标区域中部，追日杆(82)连接日照瞄准器(88)，二者轴线平行，俯仰横担(33)中部固定连接一支联动杆(89)，经铰链接法向杆(81)，使法向杆(81)与镜面联动并始终保持与镜面垂直，日照瞄准器(88)接控制器(6)。

反射杆端部可以用led灯作为目标瞄准灯(80)，类似讲解员用的指示棒，用于瞄准反射目标区域。

日照瞄准器(88)至少包含上下左右(或东西南北)4象限隔光十字交叉栅板，每个象限至少有一个光敏元件，同时隔光栅板顶端有至少一个光敏元件，用于检测是否有日照，当检测到有日照，且日照瞄准器(88)未瞄准太阳时，4个象限的光敏元件被隔光栅遮挡的情况不一样，就会输出误差信号，引导追日杆(82)往瞄准方向偏转，本实用新型是通过调整阵列的方位仰角，并相联动法向杆(81)偏转，推动追日杆(82)，直至追日杆(82)上的日照瞄准器(88)瞄准为止，一旦瞄准，反射光将照射目标区域。

法向规(8)安装在阵列边沿区域或安装在内部区域留出的位置，如反射杆(83)加上偏转驱动，则目标区域可以调整，也可以借此进一步校准目标区域。

另有日照瞄准器(88)安装在阳光反射目标区域中部，瞄准反射镜阵列中点，与控制器(6)电连接，为其提供反射光入射角度偏差检测信号，可以进一步校准反射光。或者不考虑法向规(8)的引导时，依靠控制器存储的基础数据，将阵列引导到预定角度，再用安装在阳光反射目标区域日照瞄准器(88)进一步校准反射光；但是在没有法向规或者预存数据引导的情况下，单单这个目标区域的瞄准器，初始引导将无法自动实现。

图3为本实用新型实施例框架示意图。框架(1)包含依托框(11)及框架体(12)，框架体的深度需满足镜面最大方位俯仰角时不触底部；依托框(11)固定在安装面，框架体(12)上下各经2个由支臂连接的轴承铰链(13)与依托框(11)连接，两侧经铰链与辅助推杆(14)连接，辅助推杆(14)的另一头连接依托框(11)，辅助推杆(14)控制端接控制器(6)。框架(1)像一扇门，依托框(11)像门框，框架体(12)像门扇，随意左开右开；由于重量不小，铰链加轴承，房门也很普遍加轴承，辅助推杆(14)用于调整方位角，这样镜面实际方位角是其自身调整角度与框架体调整角度之和；用于当太阳斜照，入射角太大时的辅助调整，克服有效受光面积太小、阵列镜片互相遮挡的问题。

图4为本实用新型实施例遮帘及喷淋系统示意图。有不少于2个喷淋头(71)，处于镜片(4)立面外侧上方，对准镜片(4)，喷淋头(71)经电控阀(72)及管路接储水瓶(73)，储水瓶(73)经管路接水源，电控阀(72)控制端接控制器(6)；储水瓶(73)内有电加热器(74)，接控制器(6)。当镜片被灰尘或者霜雪蒙盖时，启动喷淋头进行冲洗，天气寒冷时给储水瓶加热，防止结冰，可用温水提升冲洗效果，保持镜面光亮，保障反射阳光的效果；框架(1)边沿有电控遮帘(16)，为卷帘或折叠帘，展开后完全遮盖镜面，其控制端接控制器(6)。当反射镜阵列处在非使用时段，打开保护帘，有效保护镜面不受风雨、灰尘及其他外界破坏，同时防止镜面的无用反射给城市造成光污染；遮帘(16)根据需要可以上下开合或左右开合。

图5为本实用新型实施例角度编码盘及读码器示意图。有角编码盘(24)及角读码器(25)分别与立轴(2)之一及框架体(12)固定连接，编码盘(24)与读码器(25)的相对角度随着立轴(2)的转动而变动，从而读得方位角；有角编码盘(24)及角读码器(25)分别与横轴(3)之一及所在立轴(2)固定连接，编码盘(24)与读码器(25)的相对角度随着横轴(3)的转动而变动，从而读得俯仰角；角读码器(25)与控制器(6)电连接，分别将方位和仰角数据输入控制器；

角编码盘(24)是以转动轴线为轴心的片状扇形，编码方案之一是沿径向按照二进制编码镂空(241)以标志角度，密度越高，分辨率越高，内圈高位外圈低位，低位外圈有一圈同步位(242)，读码器(25)与编码盘(24)动配合，为指向径向的一排二进制角度读取电路(251)，可以是红外对射读取，红外线最好用38k调制发射，接收端加38k滤波，以消除干扰，也可以是微动开关读取；读码器和编码盘一动一静，编码盘是扇形片状，体积较大，读码器是条状，但需要连接线，二者根据安装空间大小，选择二者之一安装在动的部件，另一在静的部件；编码方案之二是片状扇形角编码盘(24)外沿有细齿，读码器(25)为多圈电位器，经齿轮与编码盘(24)啮合。

由于阵列所有镜片(4)的方位俯仰角相等，方位角编码与俯仰角编码各一对即可，俯仰推杆(34)从俯仰横担(33)中部调整俯仰角，所以左右立轴的俯仰角误差相反，因此俯仰编码应放在中间立轴，减小误差绝对值。

图6为本实用新型实施例控制器方框示意图。有北斗模块(61)与控制器(6)连接，下面分析本实用新型接入北斗模块(61)的作用：1、目前市售模块多为北斗/gps双制式或多制式，已经很廉价了，由其授时精确稳定，同时由其测定阵列所在的经纬度也很精准；2、事先可以在控制器存入各个日期及时间太阳相对于参照点的方位仰角，测得阵列所在位置后换算成实际方位仰角；3、在调试时，当阵列的反射光对准目标区域时，记下该时刻镜片阵列的方位仰角，根据光的反射原理，计算出目标区域与阵列中心的相对角度，这是固定值，设几个目标区域，就有几个固定值；4、根据光的反射原理，用不同日期及时间太阳的位置及前述固定值，推算出镜片应调到的方位仰角；5、以上可以作为粗调，再借助太阳瞄准器(8)，以它输出的误差信号进行对准，而计算及对准是由控制器完成，控制器一般由数字处理器及外围电路组成，自行生产或购买现成产品均可。图中漏电保护器、直流电源、显示屏、电子语音模块、扬声器等是一般电子控制设备所需配备。

有通信接口(62)及通信模块(63)接控制器(6)，可以实现有线通信或无线通信，目前家用电器带遥控器已经非常普遍，本实用新型的远程写入数据功能，可以写入太阳日历表，偏差校准数据等等。