一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置的制作方法

本实用新型属于智能控制领域，尤其涉及一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置。

背景技术：

目前业务观测的散射辐射是在总辐射表上附加一个遮光环进行测量，它不仅遮掉了应遮的部分，也遮去了相当一部分不应遮的天空。尽管进行了遮光环系数订正，但该系数是假设散射辐射是各向同性的，通过实验和理论导出，而且以一旬为一个订正系数，仍不能得到客观而具代表性的散射辐射结果。而采用遮光盘方法，需要利用赤道仪或跟踪仪带动小金属盘对直射向总辐射表的日光进行遮挡。在辐射测量机构的机械结构设计中，实现有效遮挡和全自动跟踪系统的正确安装是准确测量散射辐射的前提。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置，包含全自动太阳跟踪仪，还包含遮光装置、光电传感器、同步带传动装置、总辐射表，所述遮光装置包含遮光盘、遮光盘支撑杆和遮光杆；所述遮光盘通过遮光盘支撑杆固定在遮光杆上；所述光电传感器的光筒轴线与遮光杆的轴线平行，且所述光电传感器固定于遮光杆上；所述遮光杆通过同步带传动装置与全自动太阳跟踪仪的赤纬轴联动，用于实现遮光装置绕赤纬轴转动；所述遮光装置和总辐射表设置在全自动太阳跟踪仪外壳上，用于实现遮光装置绕时角轴转动。

作为本实用新型一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置的进一步优选方案，所述同步带传动装置包含主动轮、从动轮、同步带、齿轮带轮，所述全自动太阳跟踪仪的赤纬轴与主动轮固定，遮光杆固定在从动轮转动中心，同步带的工作面压制成齿形，与齿轮带轮做啮合传动。

作为本实用新型一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置的进一步优选方案，所述光电传感器采用OV7725型CMOS图像传感器。

作为本实用新型一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置的进一步优选方案，同步带的齿形采用梯形齿。

作为本实用新型一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置的进一步优选方案，齿轮带轮的齿形采用渐开线齿形。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型采用遮光盘方式进行太阳的散射辐射测量，通常将遮光部件与全自动太阳跟踪仪连接在一起，二者联动，将总辐射表测量的太阳直接辐射遮去，以获得散射辐射量，即遮光盘需时时遮挡入射到总辐射表上的直射光。

附图说明

图1是本实用新型遮光装置结构示意图；

图2是本实用新型遮光装置的原理图；

图3是本实用新型同步带传动装置的示意图。

图中标号如下：1-遮光盘，2-遮光杆，3-光电传感器，4-总辐射表，5-赤纬轴，6-时角轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，利用平行四边形机构设计一种简单的散射辐射测量系统的遮光装置，代替现有散射辐射测量系统的遮光环装置，实现太阳散射辐射的自动测量。一种基于全自动太阳跟踪系统的散射辐射遮光装置，包含全自动太阳跟踪仪，还包含遮光装置、光电传感器、同步带传动装置、总辐射表，所述遮光装置包含遮光盘1、遮光盘支撑杆和遮光杆2；所述遮光盘1通过遮光盘支撑杆固定在遮光杆上；所述光电传感器3的光筒轴线与遮光杆的轴线平行，且所述光电传感器固定于遮光杆上；所述遮光杆通过同步带传动装置与全自动太阳跟踪仪的赤纬轴联动，用于实现遮光装置绕赤纬轴5转动；所述遮光装置和总辐射表4设置在全自动太阳跟踪仪外壳上，用于实现遮光装置绕时角轴6转动。所述光电传感器采用OV7725型CMOS图像传感器。

如图3所示，所述同步带传动装置包含主动轮、从动轮、同步带、齿轮带轮，所述全自动太阳跟踪仪的赤纬轴与主动轮固定，遮光杆固定在从动轮转动中心，同步带的工作面压制成齿形，与齿轮带轮做啮合传动，所述光电传感器，所述同步带的齿形采用梯形齿，所述带轮齿形采用渐开线齿形。

本实用新型提出一种基于全自动太阳跟踪系的散射辐射测量装置。以总辐射表为球心，遮光盘以一定的半径绕总辐射表转动，在高度和方位两个方向的运动都以总辐射表的被遮光面的中心为转动轴心，其转动的方位和高度由全自动太阳跟踪系统确定。令总辐射表跟随跟踪仪绕时角轴转动，而遮光盘与跟踪仪联动绕赤纬轴转动。

技术方案：

利用平行四边形机构设计一种简单的散射辐射测量系统的遮光装置，代替现有散射辐射测量系统的遮光环装置，实现太阳散射辐射的自动测量。全自动跟踪仪的光电传感器光筒轴线与遮光杆轴线平行，固定于遮光杆上，遮光杆通过同步带传动与全自动太阳跟踪仪赤纬轴联动，实现遮光装置绕赤纬轴转动。整个遮光装置及总辐射表放置在全自动太阳跟踪器外壳上，实现遮光装置绕时角轴转动。如图1所示。

平行四边形机构以任意两条邻边的节点为轴改变平行四边形的形状，其两条平行边始终保持平行，因此采用平行四边形机构与太阳跟踪系统联动，可实现散射辐射的跟踪测量。

遮光装置原理如图2所示：其中，A点为遮光盘(球)，B为总辐射表被遮光点，C为固定铰链，构件AD为遮光盘支撑杆，构件CD为遮光杆。AD＝BC，AB＝CD，因此ABCD构成一个平行四边形机构。由于C为固定铰链当D点绕C转动时，A点绕B点同步转动。即是说B、C点分别是A、D点转动中心，保证AB平行于CD，同时时刻与太阳直射光线平行，则可保证遮光盘时刻遮挡总辐射表传感器接收面。

遮光盘的半径大小、遮光杆的长度与总辐射表测量面尺寸有关。以R表示遮光盘(球)半径，r表示总辐射表测量面半径，L表示遮光杆长度，α表示敞开角，β表示斜角。则遮光盘半径和遮光杆长度满足：

将总辐射表置于时角轴端面对应的平台上，可以提供绕时轴方向的转动，遮光杆与赤纬轴的传动以同步带传动。跟踪仪的赤纬轴与主动轮固定，遮光杆稳定固定在从动轮转动中心，带的工作面压制成齿形，与齿轮带轮做啮合传动，具有稳定的传动比，因此可保证遮光杆与赤纬轴同步运动，且遮光杆的回转中心与从动带轮的回转中心相同，总辐射表的中心都与同步带从动轮的回转轴线重合，所以遮光盘能实时遮住总辐射表。

同步带齿形选择梯形齿，带轮齿形采取渐开线齿形。根据国家标准，确定同步带型号，带轮齿数和节圆半径，同步带长度和齿数以及中心距等。

该装置结构简单，稳定性好，具有较高的传动精度。

全自动跟踪仪的光电传感器光筒轴线与遮光杆轴线平行，固定于遮光杆上，遮光杆通过同步带传动与全自动太阳跟踪仪赤纬轴联动，实现遮光装置绕赤纬轴转动。整个遮光装置及总辐射表放置在全自动太阳跟踪器外壳上，实现遮光装置绕时角轴转动。

为了遮光盘能极大限度遮住测量面，世界气象组织规定，。总辐射表测量面半径r由选择的辐射表决定，以TBQ-2型总辐射表为例，r＝30mm，由公式(8)可得。根据设计，太阳直射光线理论上应与遮光杆平行，由于太阳光是平行光，所以理论上只要遮光盘的直径等于最大的测量仪表的直径即可，即遮光盘的直径等于总辐射表最大玻璃罩的直径。但由于实际制造安装存在误差，因此为了保证可靠遮挡，需根据制造加工精度增大遮光盘直径。若取最大值R＝0.017L+30，代入上述公式，378.3mm≤L≤686.5mm

有考虑材料的强度及刚度条件，设计时应首先选定遮光杆的长度，选取L＝400mm，进而确定遮光盘半径R＝36.8mm。

同步带齿形选择梯形齿，带轮齿形采取渐开线齿形。根据国家标准，需要确定同步带型号，带轮齿数和节圆半径，同步带长度和齿数以及中心距等。

(1)同步带型号确定

计算功率P_d和带轮(主动轮)转速n₁可用于确定同步带型号，其中主动轮转速n₁由电机转速决定，计算功率P_d大小可由传递的名义功率P求得：

P_d＝PK_A

其中，K_A为工作情况系数，查表(GB/T 11616-1989)可得。根据计算，选取L型同步带，可满足使用要求。

(2)带轮齿数和节圆直径计算

带轮(主动轮)的齿数z₁与其转速及同步带型号有关，查表得z₁＝12。节圆直径

其中，p_b为节距，查表(GB/T 11616-1989)可知L型同步带节距为9.525mm，因此，节圆直径为d₁＝36.40mm。设计主、从动轮传动比i＝1，则从动轮节圆直径d₂＝36.40mm。

(3)同步带长度和齿数计算

同步带长度L₀可由下式计算获得

其中，a₀为初定中心距，且需满足，因此初定同步带长度应满足。查表(GB/T 11616-1989)选取接近的节线长度L_p＝381mm，对应齿数z＝40。

(4)中心距确定

采用中心距可调结构进行设计，实际中心距为

代数得a＝133.35mm。

本实用新型采用遮光盘方式进行太阳的散射辐射测量，通常将遮光部件与全自动太阳跟踪仪连接在一起，二者联动，将总辐射表测量的太阳直接辐射遮去，以获得散射辐射量，即遮光盘需时时遮挡入射到总辐射表上的直射光。