专利名称：一种全自动光源追踪定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及--种能随时感知光线入射角度并能自动调节方向使其iA持 正对光源状态的光源追踪定位装置。
背景技术：
近几年来，太阳能发展非常迅猛，收集利用太阳能的设备已经渗透到了人类生活的方方面面，可以说绿色的太阳能将是21世纪能源领域的主角之一。然 而，太阳毕竟是一个运动的光源，能量密度较低，单一的通过增大收集面积来 增加收集的太阳能不是长久之计。因此，通过采用太阳追踪器来提升单位面积 太阳能收集效率则不失为一个很好的办法。 目前的太阳跟踪器，大致分为如下几种1、 简单定时追踪器。这类装置通过定时器定时将装置旋转某个角度，以此 达到追踪太阳的目的。但该装置的缺点是追踪精度低，只能作由东往西的单向 运动，且固定的转动速率无法适应多变的使用环境，常常需要人工调整，使用 起来非常麻烦。2、 一般光电传感器追踪，此类装置通过单个或两个光电传感器控制追踪太 阳，相比定时器追踪有更高的精确度和适应性。缺点也是只能控制一起在东西 向上运动，对于因四季变化或使用低于变化导致的太阳高度变化无法作出反应， 适用范围仅限于无需高效率收集太阳能的领域。3、 计算机或单片机控制追踪，这类追踪其应用到了较先进的探测技术，追 踪精度很高，且环境适应能力很好。缺点是成本较高，不易维护，而且此类追 踪器操作往往较为专业，推广到民用领域比较困难。发明内容本实用新型的目的在于弥补现有技术上的不足，提供- 种简单、可操作性强、成本低廉的光线追踪器。为此，本实用新型提供的技术方案如下一种全自动光源追踪定位装置，包括光传感器，所述光传感器包括一个梯 形台，梯形台的四个斜面上各设有一块规格相同的光电池(Dl、 D2、 D3、 D4)， 相对的两个斜面上的光电池组成一个探测组；每个探测组均与一个分析电路相连，所述分析电路包括两个并联的差动放 大器和一个功率放大器，每个探测组的两块光电池输出的电压，经差动放大器 输出一个差值电压，该差值电压再经过功率放大器放大信号，驱动各自的电机 工作；每个探测组都与一个传动机构相连，传动机构的一端与各自的电机相连，， 另一端连接在各自探测组其中一侧的梯形台底部；梯形台底部中间设有一支点， 梯形台通过该支点与一支杆成活动连接；梯形台可在传动机构的作用下，以支 点为中心，在X和Y方向上转动。所述传动机构采用蜗杆涡轮机构，蜗杆的一端与电机相连，涡轮上固定有 连杆，连杆的另一端固定在每个探测组其中一侧的梯形台底部。所述连杆上设有调节连杆长度的调节杆，连杆顶端设有活动支点，在每个 探测组其中- 侧的梯形台底部设有导轨，该活动点可在导轨中移动。所述每块光电池都分别连接一修正电路，以调节光电池的输出电压。所述 修正电路中设有延时处理电路。本实用新型的有益效果是-1、 通过特有的梯形台光传感器，可以随时随地全方位侦测太阳位置，并且 在有效日照时间内全程自动追踪控制，相关追踪参数可以很方便的调节。因此 环境适应性强，使用时无须考虑因四季或地域变化造成的太阳高度变化，应用 在远洋轮船等太阳变化不规律的场合非常方便。2、 结构简单、制造成本低、追踪效率高、操作维护方便。对使用环境无特 殊要求，安装调试好后基本无须人工干预就可一直正常工作。3、应用范围广，比如太阳灶、太阳能光伏(平板和聚光)发电装置、太阳 能热水器装置、太阳光导入装置、太阳能制氢、太阳能集能器等需要对太阳进 行实时追踪的应用领域。4不局限于追踪太阳光，还能用于感受和追踪其他光线，拓展相关的应用领域。
图1为本实用新型光传感器结构示意图； 图2为分析电路原理示意图；图3为本实用新型传动结构示意图；图4为梯形台底部导轨和中心支点示意图。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。参见附图。本实用新型的全自动光源追踪定位装置，包括光传感器，该光 传感器包括一个梯形台l，梯形台的四个斜面I、 II、 III、 IV上各设有--块规格 相同的光电池G1、 G2、 G3、 G4，相对的两个斜面上的光电池组成一个探测组， 即光电池Gl和G3组成一个探测组Tl,光电池G2和G4组成一个探测组T2。本实用新型利用了电桥原理，通过比较四块光电池上的电压差来判别光源 方向。随着光源入射角度逐渐减小，相应光电池输出的电压逐渐减小。虽然减 小幅度并不一致，但是由于实际使用时光传感器只需对一个较小角度内的光源 入射角度变化产生反应，光电池的电压随着光源的入射角度基本成线性变化， 由此只需比较四块光电池上测得的电压就可知道光源角度变化。每个探测组均与一个分析电路相连。如图2所示，探测组T1的分析电路包 括两个并联的差动放大器Cl、 C3和一个功率放大器Gl，探测组T2的分析电路 包括两个并联的差动放大器C2、 C4和一个功率放大器G2。每个探测组的两块光电池输出的电压，经差动放大器输出一个差值电压，该差值电压再经过功率放大器放大信号，驱动各自的电机M1或M2工作。以I面、m面探测组Tl为例，当阳光以某个角度入射到梯形台时，若光线 正射，则两块光电池所产生的电压信号一样；若光线偏射，则必定导致两块光 电池电压不同，此时通过比较电压信号就可以得知光源入射方向，然后通过相 关电路分析处理，使电机带动光传感器转向光源方向，当转到光线正射时，两 边电压信号一样，电机停转。这样就实现了在X轴方向自动跟踪光线的冃的。 通过另外两个面的电压信号比较及追踪，就实现了全方位自动追踪光源的设计 目的。按照设计思路，如何比较并处理相关电压信号就成为关键，在本实施例的 分析电路中主要利用差动放大器实现这--目的。比较两块光电池的电压V1和V2，当V2〉V1时，差动放大器输出--个差值 电压Vout，当V2〈V1时，差动放大器不输出电压。为了使电机可以朝两个方向 转动，需要在V1， V2处并联--个差动放大器。当V2〉V1B寸，输出Voutl，当V2〈V1时，输出Vout2，并通过功率放大器 放大Vout信号，驱动电机分别往左转或往右转。这样就可以通过一个电机实现 两个方向的转动了。当两组电机正常工作时，就可以控制光传感器在预定角度 内始终垂直光源了。在测验中发现，即使在同一光源和同--角度下，不同的光电池所产生的电 压仍可能存在一些差距，为了使光线正射时同组光电池输出相同电压信号，每 块光电池都连着一个修正电路，通过分压原理可以调节光电池输出电压，使其 在光线正射时电压差为0 (即实际电压差别小于差动放大器的感量)。另外，为 了避免意外光照如烟火、飘云遮阳、车灯等的影响，修正电路中加入了延时处 理电路。这样，梯形台光传感器就可以正常工作了。为了利用光传感器控制一个较大的太阳能面板在预定角度内转动来跟踪太 阳，同时又不能让电机消耗过多能源，我们设计了如图3所示的传动结构。图3中，梯形台底部中间设有-'支点5，该支点为一中心球链，该屮心球链 与支杆6成活动连接，这样可以用一个较小的力驱动梯形台转动。由于电机转 速较快，所以通过图中所示蜗杆减速结构将连杆2的运动周期减慢到容易控制 的程度，这样就可以控制梯形台1较为精确的调整角度。图中3为涡轮，4为蜗 杆。梯形台1可在传动机构的作用下，以支点5为中心，在X和Y方向上转动。在实际使用中，往往只需要在一定角度内追踪光源，所以只需控制光传感 器在一个e角范围内运动。考虑到各地区e值不同，所以连杆支点7被设计成可活动点。在探测组Tl其中一侧的梯形台底部设有导轨8，连杆顶端的活动支 点7可在导轨8中移动。进一步的，在连杆2上设有调节杆9，可以通过调节杆 9调节连杆2长度。使用时，如把连杆支点7往中心球链处移动，并通过调节连 杆长度使梯形台保持水平，则梯形台光传感器的追踪G角就相应变大，反之则 变小，这样就可以使本装置适应不同的使用环境。梯形台1也可以固定在载物 台11上，导轨8和支点5设置在载物台的适当位置处。当光线从左边偏射时，光电池G1上输出较大的电压信号，通过分析电路驱 动电机Ml带动涡轮3缓慢向右转动，连杆2被往下拉，梯形台1因此往左下角 倾斜，逐渐垂直面向光源。在这个过程中光电池G3上输出电压信号逐渐增大， 光电池G1上输出电压信号逐渐减小，当两块光电池输出电压信号相等，电机停 转，此时光传感器台已经垂直面向光源。同理，当光线从右边偏射时梯形台将向右下角倾斜，直到垂直光源。以上思路实现了太阳能面板在X方向上转动，通过在Y方向同样的一套装置，就实现了全方位跟踪光源了。权利要求1、一种全自动光源追踪定位装置，包括光传感器，其特征在于所述光传感器包括一个梯形台，梯形台的四个斜面上各设有一块规格相同的光电池(G1、G2、G3、G4)，相对的两个斜面上的光电池组成一个探测组；每个探测组均与一个分析电路电连接，所述分析电路包括两个并联的差动放大器和一个功率放大器，每个探测组的两块光电池输出的电压，经差动放大器输出一个差值电压，该差值电压再经过功率放大器放大信号，驱动各自的电机工作；每个探测组均与一个传动机构相连，传动机构的一端与各自的电机相连，另一端连接在各自探测组其中一侧的梯形台底部；梯形台底部中间设有一支点，梯形台通过该支点与一支杆成活动连接；梯形台可在传动机构的作用下，以支点为中心，在X和Y方向上转动。
2、 如权利要求l所述的全自动光源追踪定位装置，其特征在于所述传动 机构包括与电机相连的蜗杆涡轮机构和连杆，连杆的一端固定在涡轮上，另--端固定在每个探测组其中一侧的梯形台底部。
3、 如权利要求2所述的全自动光源追踪定位装置，其特征在于连杆上设 有调节连杆长度的调节杆，连杆顶端设有活动支点，在每个探测组其中一侧的 梯形台底部设有导轨，该活动点可在导轨中移动。
4、 如权利要求3所述的全自动光源追踪定位装置，其特征在于梯形台固 定在一载物台上，导轨和支点设置在载物台的适当位置处。
5、 如权利要求1或2或4所述的全自动光源追踪定位装置，其特征在于所述每块光电池都分别连接一修正电路，以调节光电池的输出电压。
6、 如权利要求5所述的全自动光源追踪定位装置，其特征在于所述修正电路中设有延时处理电路。
专利摘要本实用新型公开了一种全自动光源追踪定位装置，它包括梯形光传感器台、分析电路和传动机构，梯形光传感器台的四个斜面上各设有一块光电池，相对的两块光电池组成一个探测组，每个探测组都与一个传动机构相连，并与一分析电路电连接，通过对比两个探测组的电压来控制梯形台在两个方向上的运动。本实用新型为一种结构简单、可操作性强、成本低廉的光线追踪器。
文档编号G05D3/00GK201110969SQ20072018428
公开日2008年9月3日 申请日期2007年10月15日 优先权日2007年10月15日
发明者金方一郎, 陈志强 申请人:杭州师范大学