专利名称：基于抛物面反射镜的光洁度测量仪及其测量方法
技术领域：
本发明涉及的是槽式太阳能热发电领域，具体的说，是一种用以检测抛物面反射镜镜面污染情况的光洁度测量仪。
背景技术：
随着我国工业化进程的不断加快，能源消耗和电力需求也呈现出快速增长的趋势。我国以煤炭为主的电力结构不仅急剧地消耗着煤炭等不可再生资源，而且还对环境造成了严重影响，以至于我国面临着能源资源和环境两方面的严峻挑战。大力发展太能、风能和生物质能等可再生绿色、清洁能源可以有效地较低资源和能源的消耗，维护环境。目前，高温太阳能热发电已经有多年的大规模商业化应用经验，其中以槽式太阳能发电系统最为成熟。槽式太阳能抛物面集热器是槽式太阳能热发电系统中的重要部件，集热器的集热效率直接影响电厂的发电效率，其主要由抛物面反射镜、太阳能接收器和支架三部分所组成。而抛物面反射镜的聚光效应又是槽式太阳能集热器重要技术指标。太阳能聚热光场置于户外，工况较为恶劣，因此很容易受到环境因素的影响；在长期的工作过程中，抛物面反射镜的镜面会受到灰尘和其他污染物的影响而使其聚光效率降低，进而导致整个系统效率下降，为了保证集热器的高效工作，需要定期对抛物面反射镜进行镜面清洗。现有技术中，对于抛物面反射镜的镜面清洗通常采用定期清洗的方式，这种方式并不能根据抛物面反射镜镜面的实际污染情况来确定清洗时间，其难以良好的保持抛物面反射镜镜面的清洁度，缺乏一定的科学性，而市面上又没有相应的抛物面反射镜镜面污染检测装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中没有对槽式太阳能热发电系统中抛物面反射镜镜面污染情况进行及时检测的设备的缺陷，提供一种结构简单、实现方便、检测及时、检测结果科学有效的光洁度测量仪。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，该光洁度测量仪包括用以安装抛物面反射镜并带动其跟踪太阳光的转动机构，跟随转动机构运动并用以记录抛物面反射镜反射的辐射强度与太阳光辐射强度的检测机构，以及用以控制转动机构与检测机构的控制系统。该光洁度测量仪还包括提供太阳光入射角度的PLC。进一步的，所述检测机构包括通过固定框架与所述转动机构连接的两个水平排列的辐射仪，且二者的辐射接收面相反。再进一步的,所述转动机构包括转动轴，以及用以带动转动轴转动的动力机构；所述固定框架则安装在转动轴上。一般地，所述动力机构包括设置在转动轴一端的伺服电机，以及与伺服电机连接的减速器；所述伺服电机、减速器与转动轴依次连接且三者同轴。
为了更好的实现本发明，在所述转动轴的另一端还设有编码器。同时，在所述固定框架上还设有用以采集固定框架转动度数的倾角传感器。为了方便抛物面反射镜的安装，所述固定框架一端与转动轴紧固连接，而所述辐射仪则安装在与转动轴相对的另一端，且辐射仪其中一个位于固定框架的框架内，另一个辐射仪则位于固定框架的框架外并设置在固定框架的侧边。更进一步的，该光洁度测量仪还包括用以安装转动机构的固定机构，该固定机构包括用以装置控制系统的控制箱壳体，以及设置在该控制箱壳体上的安装支架；所述转动轴则设置在该安装支架上并与之活动连接。基于抛物面反射镜的光洁度测量仪的测量方法，包括以下步骤
(1)将抛物面反射镜安装在转动轴上；
(2)PLC提供太阳光入射角度信息至控制系统；
(3)控制系统通过伺服电机、减速器控制转动轴，使其带动辐射仪以及抛物面反射镜对太阳光进行跟踪；
(4)编码器以及倾角传感器反馈固定框架转动角度的信息至控制系统，并由控制系统判断固定框架转动角度是否正确，否，则对转动轴进行相关操控，直至固定框架转动角度符合跟踪作业为止；
(5)两个辐射仪将各自接收到的辐射信息反馈至控制系统；
(6)控制系统进行相关对比计算，并判断抛物面反射镜是否需要清洁，是，则发出清洁报警。本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果
(1)本发明采用两个水平排列的辐射仪，在转动轴上固定安装待检测的抛物面反射镜，其中一个辐射仪的辐射接收面正对抛物面反射镜,而另一个辐射仪的辐射接收面正对太阳光，辐射仪与抛物面反射镜均保持相对静止，由于太阳光的入射角度变化，两个辐射仪与抛物面反射镜由转动轴带动传动，从而对太阳光进行跟踪，通过两个辐射仪上记录的辐射强度对比，即可得出抛物面反射镜的镜面清洁度或污染度，该装置将抛物面反射镜的镜面清洁度或污染度这一难以精确定位的技术指标转化为反射镜反射太阳光辐射的能力与实际接收太阳光辐射的对比，采用数字进行相关记录，抛物面反射镜的镜面情况由笼统变得直观，检测结果科学、有效，通过反射镜反射太阳光辐射的能力与实际接收太阳光辐射的对比值，即可判断抛物面反射镜是否需要清洁，从而使得抛物面反射镜镜面得到及时的清洗，使其始终保持最佳的工作状态，完全避免了定时、定期清洗的弊端；
(2)本发明在固定框架上还设有高精度的倾角传感器，其将固定框架的转动角度反馈回控制系统，由控制系统计算固定框架转动的角度是否合适、正确，进而判断辐射仪以及抛物面反射镜的转动角度是否正确，而同时在转动轴上还设有编码器，该编码器用以将转动轴的转动位移量转化为电信号反馈回控制系统，再由控制系统计算、判断，辐射仪以及抛物面反射镜与太阳光的入射角度是否一致，倾角传感器与编码器二者相结合使用，有效地保证了设备的转动精确度，从而确保了设备检测的精确度，提高了光洁度测量仪的实用价值；
(3)本发明中两个辐射仪的辐射接收面相反,其中一个位于固定框架的框架内并正对抛物面反射镜，而另一个辐射仪则正对太阳光，且其位于固定框架的框架外，而抛物面反射镜则按照在固定框架内，两个辐射仪各司其职，有效地避免同时接收到反射镜反射的辐射与太阳光辐射的缺陷，进一步提高了本测量仪的测量精度；
(4)本发明中固定机构中的相应部件均采用型材焊接后喷塑而成，而固定框架则采用优质钢板焊接后精加工再镀锌完成，确保了本测量仪在工作过程中的运行精度；
(5)本发明在固定框架上还设有行程开关，用以限制固定框架的转动角度，且基于编码器的软限位，避免了行程开关故障引起事故，从而确保了设备的正常运行；
(6)本发明结构简单、紧凑，且实现非常方便，为其大范围的推广运用，奠定了坚实的基
础；
(7)本发明填补了现有技术中没有专业的槽式抛物面反射镜光洁度测量设备的空白，不仅具有新颖性，而且具有非常高的实用性和创造性，另一方面，基于清洁新能源的强劲发展趋势，该设备拥有广阔的市场前景和巨大的经济效益。
图1为本发明的结构示意图。上述附图中，附图标记对应的名称为1-固定框架，2-辐射仪，3-转动轴，4-伺服电机，5-减速器，6-编码器，7-控制箱壳体，8-安装支架，9-抛物面反射镜。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，该测量仪针对现有技术中没有专业的抛物面反射镜的镜面情况检测装置的缺陷，以两个辐射仪2作为本装置的核心，通过对比抛物面反射镜反射的辐射强度和太阳光的实际辐射强度，来判断抛物面反射镜的镜面清洁情况或污染情况，从而确定抛物面反射镜镜面的清洗时间。本实施例中以一种简单的数学模型对测量仪的工作原理进行说明在镜面完全清洁的情况下，设i为正对抛物面反射镜的辐射仪与正对太阳光的辐射仪的比值，在镜面受灰尘遮盖的情况下(镜面清洁受影响)，设io为正对抛物面反射镜的辐射仪与正对太阳光的辐射仪的比值，将i与io相比，得出公式A =i0 /i ;，然后根据设定一个参考值(如0. 7)，当A小于或者等于0.7 (此数值为参考，可修改)时，系统开始对灰尘遮盖报警要求清洁，其及时地反映出了抛物面反射镜的镜面情况，工作人员根据检测结果进行相关的操作，克服了现有技术中定时、定期清洗的弊端。如图1所示，本实施例中，光洁度测量仪主要由三大部分组成，其分别是包括两个辐射仪2的检测机构，用以带动检测机构跟踪太阳的转动机构，以及控制、处理上述两个机构的控制系统。其中，待检测的抛物面反射镜9安装在转动机构上，其与两个辐射仪2保持相对静止，且其中一个辐射仪2的辐射接收面正对抛物面反射镜，以确保抛物面反射镜9所聚太阳光能全面得被辐射仪2接收。具体的说，本实施例中转动机构采用转动轴3，并通过伺服电机4、减速器5对转动轴3进行电动控制，为了简化结构，伺服电机4、减速器5与转动轴3三者同轴，其控制过程则由控制系统处理。带动辐射仪2以及抛物面反射镜转动的装置也可实现本实施例中所采用转动轴3结构带动辐射仪2以及抛物面反射镜转动的目的，例如以一个固定轴线或者不固定轴线为转轴，并实现在一定范围内空间位置变换的装置，如转动盘，转动环等，鉴于设备的多样性，此类装置难以穷举。本实施例采用转动轴3作为转动机构的主要部件，是为一种优选方案。本实施例中，两个辐射仪2均通过一个固定框架I与转动轴3紧固连接，并保持相对静止，且两个辐射仪2水平排列；所述的固定框架I可采用三角框架、矩形框架或是其他多变形的框架，其采用优质钢板焊接后精加工再镀锌完成，确保了本测量仪在工作过程中的运行精度。固定框架I的结构形式在不影响辐射仪接收辐射的前提下，并能保证辐射仪2跟随转动轴3运动的结构形式均可；抛物面反射镜9位于固定框架I内，作为一种安装方式的优选方案，为了保证两个辐射仪2均能有效、精确的记录辐射强度，其中正对于抛物面反射镜9的辐射仪2位于固定框架I内，而另一个用以记录太阳光辐射强度的辐射仪2则位于固定框架I外部，设置在固定框架I的侧边上。需要说明的是，该种连接方式及结构形式均是优选方案，上述固定框架I以及抛物面反射镜的安装位置均可在不影响本测量仪正常工作的前提下进行适当改进，如在抛物面反射镜的两端各牵引一根固定架或线，将其中一个辐射仪2固定在抛物面反射镜的聚光面，使其能尽可能多或完全接受抛物面反射镜所反射的辐射，而将另一个辐射仪2则通过支架固定在转动轴3上，或是在不影响辐射仪记录精确度的前提下将另一个辐射仪与抛物面反射镜相对固定，使二者保持相对静止，并使辐射仪能跟随抛物面反射镜运动。但是，上述结构改变的原则为两个辐射仪2必须处于同一直线上，并水平排列。为了更好的实现本发明，保证测量仪的检测精度，在固定框架I上还安装有倾角传感器，该倾角传感器将固定框架I的转动角度反馈至控制系统，然后由控制系统判断设备转动的角度是否正确，以确保对着太阳光的辐射仪2以及抛物面反射镜9始终正对太阳光。在此基础上，本实施例在转动轴3的一端还安装有一个编码器6，用以进一步提高固定框架I的转动精度，从而提高整个设备的检测精度；另一方面，编码器与行程开关相结合使用，用以限制固定框架的转动角度，且基于编码器的软限位功能，避免了行程开关故障引起事故，从而确保了设备的正常运行。在前述结构的基础上，本实施例还设计了一个固定机构用以简化光洁度测量仪的整体结构，使其结构更加紧凑。该固定机构采用型材焊接后喷塑而成，其包括用以装置控制系统的控制箱壳体7，以及设置在该控制箱壳体7上的安装支架8，该安装支架8为上端具有通孔的直板，在控制箱壳体7相对的两侧分别设置有安装支架8，转动轴3则穿过所述通孔与安装支架8活动连接。该光洁度测量仪的具体测量方法如下
一、将抛物面反射镜安装在转动轴上；
二、PLC提供太阳光入射角度信息至控制系统；该PLC为本技术领域一个通用设备，其可以根据天文算法，以设备所处的相应经度、纬度计算出太阳光的入射角度；该PLC可放在总控室，也可以单独放在控制箱壳体内以构成光洁度测量仪的一部分；
三、控制系统通过伺服电机、减速器控制转动轴转动，使其带动辐射仪以及抛物面反射镜对太阳光进行跟踪； 四、编码器以及倾角传感器反馈固定框架转动角度的相关信息至控制系统，并由控制系统判断固定框架转动角度是否正确，否，则对转动轴进行相关操控，直至固定框架转动角度符合跟踪作业为止；
五、两个辐射仪将各自接收到的辐射信息反馈至控制系统；
六、控制系统进行相关对比计算，并判断抛物面反射镜是否需要清洁，是，则发出清洁报警。测量仪对太阳光进行跟踪前，在安全位置，到达日出时间，即开始跟踪，且始终不停止(秋分至春分阶段油泵的启动时间为天亮时间，与日出时间相差约30分钟，暂不跟踪，等到日出时间再开始跟踪)，在太阳强度足够或太阳强度不足但无异常天气的情况下采用天文算法进行跟踪。刮风、下雨、下雪、冰雹等异常天气信号由气象站负责提供，并通过上位机由RS485通讯传到PLC上。到达日落时间，跟踪结束，即可停止跟踪，设备以避险速度返回安全位置。按照上述实施例，即可很好的实现本发明。值得说明的是，本发明所采用两个辐射仪作为测量仪的核心，其是基于理论上抛物面反射镜所反射的太阳光与实际接收的太阳光一致，本发明的设计要点即为将抛物面反射镜反射的太阳光辐射与理论上接收到的太阳光辐射相对比，根据此要点，如若采用用以接收光线分布的测量装置，其中一个用以采集抛物面反射镜所反射光线的分布情况，另一个用以采集太阳光入射的光线分布情况，并通过相应的控制系统将二者进行对比计算，也可实现本发明。
权利要求
1.基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于该光洁度测量仪包括用以安装抛物面反射镜并带动其跟踪太阳光的转动机构，跟随转动机构运动并用以记录抛物面反射镜反射的辐射强度与太阳光辐射强度的检测机构，以及用以处理、控制转动机构与检测机构的控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于该光洁度测量仪还包括提供太阳光入射角度的PLC。
3.根据权利要求1或2所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于所述检测机构包括通过固定框架(I)与所述转动机构连接的两个水平排列的辐射仪(2)，且二者的辐射接收面相反。
4.根据权利要求3所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于所述转动机构包括转动轴(3)，以及用以带动转动轴(3)转动的动力机构；所述固定框架(I)则安装在转动轴(3)上。
5.根据权利要求4所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于在所述固定框架(I)上还设有用以采集固定框架(I)转动度数的倾角传感器。
6.根据权利要求5所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于所述动力机构包括设置在转动轴(3) —端的伺服电机(4)，以及与伺服电机(4)连接的减速器(5);所述伺服电机(4)、减速器(5)与转动轴(3)依次连接且三者同轴。
7.根据权利要求4或5或6所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于在所述转动轴(3)的另一端还设有编码器(6)。
8.根据权利要求7所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于所述固定框架(I) 一端与转动轴(3)紧固连接，而所述辐射仪(2)则安装在与转动轴(3)相对的另一端，且辐射仪(2)其中一个位于固定框架(I)的框架内，另一个辐射仪(2)则位于固定框架(I)的框架外并设置在固定框架(I)的侧边。
9.根据权利要求8所述的基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，其特征在于该光洁度测量仪还包括用以安装转动机构的固定机构，该固定机构包括用以装置控制系统的控制箱壳体(7 )，以及设置在该控制箱壳体(7 )上的安装支架(8 );所述转动轴(3 )则设置在该安装支架(8)上并与之活动连接。
10.基于抛物面反射镜的光洁度测量仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将抛物面反射镜安装在转动轴上； (2)PLC提供太阳光入射角度信息至控制系统； (3)控制系统通过伺服电机、减速器控制转动轴，使其带动辐射仪以及抛物面反射镜对太阳光进行跟踪； (4)编码器以及倾角传感器反馈固定框架转动角度的信息至控制系统，并由控制系统判断固定框架转动角度是否正确，否，则对转动轴进行相关操控，直至固定框架转动角度符合跟踪作业为止； (5)两个辐射仪将各自接收到的辐射信息反馈至控制系统； (6)控制系统进行相关对比计算，并判断抛物面反射镜是否需要清洁，是，则发出清洁报警。
全文摘要
本发明公开了一种基于抛物面反射镜的光洁度测量仪，解决了现有技术中定时、定期清洗抛物面反射镜，并没有专业的用以检测抛物面反射镜的设备对抛物面反射镜镜面情况进行及时、有效地检测的缺陷。该光洁度测量仪包括用以安装抛物面反射镜并带动其跟踪太阳光的转动机构，跟随转动机构运动并用以记录抛物面反射镜反射的辐射强度与太阳光辐射强度的检测机构，以及用以处理、控制转动机构与检测机构的控制系统；其中，检测机构包括两个水平排列的辐射仪，且二者的辐射接收面相反。本发明在上述装置基础上还公开了其测量方法。本发明填补了现有技术中没有专业的槽式抛物面反射镜光洁度测量设备的空白，具有非常高的实用性和创造性。因此，适合推广运用。
文档编号G01N21/94GK103063615SQ20121058287
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者周学斌, 魏东, 冯长波, 王思平, 毛琨 申请人:天威(成都)太阳能热发电开发有限公司