专利名称：一种定日镜跟日误差的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定日镜跟日误差的测量装置。
背景技术：
太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电。其中塔式太阳能热发电系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器上，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。在塔式太阳能热发电中，定日镜的定日精度是比较关键的参数，只有定日镜的定日精度足够高，才能保证太阳光斑能量准确聚集到集热器上，保证热发电系统有较高的光热转换效率，进而保障热发电系统的工作效率。 定日镜有两个运动控制轴水平方向360度转动(pan)和垂直方向的俯仰运动(tilt)。电机的转动通过传动机构和连接器传送到定日镜的支架，伺服系统的运动中心和定日镜的运动中心存在一个固定的位置偏移，这会给定日镜的跟日角度带来一个固定的控制偏差。除此之外，定日镜的定日精度还受其它多方面因素的影响，比如太阳模型带来的偏差，利用太阳模型计算跟日角度所涉及多个参数的测量误差，定日镜运动轴的安装偏差，定日镜支架的制造误差，定日镜支架的水平安装偏差，定日镜镜面制造的几何误差，定日镜镜面的整体安装误差以及伺服系统的控制误差等等。这些误差都可以看作静态误差。除了静态误差外，定日镜的定日精度还受到动态误差源的影响，这主要是外界环境和外界环境变化导致的影响，比如大风引起的抖动，气流扰动产生的几何形变，定日镜支架和反射玻璃在温度变化下的形变等等。 由上可见，定日镜的跟日误差总是存在的，误差越大，定日镜的聚光效率越低，通过测量定日镜的跟日误差可以控制每台定日镜在初装时的定日精度，提高定日镜的安装调试效率，同时为实施定日镜的控制角度补偿提供参考数据。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种定日镜跟日误差的测量装置，能够测
量太阳能热发电系统中定日镜的跟日误差，从而可以控制每台定日镜在初装时的定日精
度，提高定日镜的安装调试效率，同时为实施定日镜的控制角度补偿提供参考数据。 为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种定日镜跟日误差的测量装置，包
括 漫反射板，用于对定日镜反射的太阳光斑成像，所述漫反射板的中心设为定日镜的理论聚光点； 摄像机，用于采集所述漫反射板上的反射太阳光斑图像； 发射光端机，用于将所述摄像机采集到的反射太阳光斑图像传送给远程的接收光端机； 接收光端机，用于接收所述发射光端机传送的反射太阳光斑图像，并将该反射太阳光斑图像传送给具有图像采集卡的PC机； 具有图像采集卡的PC机，用于对反射太阳光斑图像进行分析处理。 进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述漫反射板表面有均匀涂层，涂层材料
为具有漫反射特性的白色防水涂料，所述涂层上用黑色防水颜料刷有用于校准摄像机参数
的图案。 进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述摄像机为数字摄像机。 本实用新型的定日镜跟日误差的测量装置能够测量太阳能热发电系统中定日镜
的跟日误差，从而可以控制每台定日镜在初装时的定日精度，提高定日镜的安装调试效率，
同时为实施定日镜的控制角度补偿提供参考数据。
图1是本实用新型定日镜跟日误差的测量装置的结构图； 图2是本实用新型定日镜跟日误差的测量装置的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。 图l是本实用新型定日镜跟日误差的测量装置的结构图，如图l所示，本实用新型的定日镜跟日误差的测量装置包括漫反射板11、摄像机12、发射光端机13、接收光端机14和具有图像采集卡的PC机15，其中，漫反射板11用于对定日镜反射的太阳光斑成像，漫反射板11的中心设为定日镜的理论聚光点；摄像机12用于采集漫反射板11上的反射太阳光斑图像；发射光端机13用于将摄像机12采集到的反射太阳光斑图像传送给远程的接收光端机14 ;接收光端机14用于接收发射光端机传送的反射太阳光斑图像，并将该反射太阳光斑图像传送给具有图像采集卡的PC机15 ;具有图像采集卡的PC机15用于对反射太阳光斑图像进行分析处理，获得反射太阳光斑图像中心，对实际光斑图像中心进行统计分析，并与理论聚光点的位置进行比较，得出定日镜在不同时刻的光斑中心偏移量，根据一设定时间段内记录下来的定日镜跟日过程中的光斑中心偏移量和定日镜中心到所述漫反射板中心的距离计算出定日镜的跟日误差。 漫反射板采用铝合金材料制作，其表面有均匀涂层，涂层材料为具有良好漫反射
特性的白色防水涂料，该涂层上用黑色防水颜料刷有用于校准摄像机参数的图案。 其中，摄像机12可以为数字摄像机，能够程序控制摄像机的采集模式和采集频
率，能够根据光照的强度利用程序自动调节摄像机的曝光时间，采集的图像在计算机上进
行保存，采集的图像、每帧图像分析得到的数据、采集的时间、定日镜编号等数据一起保存
在一个数据库里。 图2是本实用新型定日镜跟日误差的测量装置的工作原理示意图。下面我们结合图2，说明本实用新型定日镜跟日误差的测量装置的工作原理。 如图2所示，在聚光塔的吸热器正下方恰当位置安置一块适当大小的白色漫反射板，板上涂有用来校准摄像头的图案。在聚光塔的正北方大约300米位置(此距离可相应调整)暨镜场中央正面面向靶标(即漫反射板，以下相同，不再赘述)的地面上安置一带望远镜头的高分辨率工业数字CCD (ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件)摄像机，CCD摄像头瞄准漫反射板，采集定日镜反射的太阳光斑图像，并把该太阳光斑图像数据通过数字光端机(包括发射光端机和接收光端机)传送到远程的控制室中配有图像采集卡的PC机。图像采集卡的PC机通过局域网和OPC (OLEforProcessControl，用于过程控制的OLE)协议与一台用于镜场控制的电脑进行通讯，当需要测量某个定日镜的跟日误差时，镜场控制电脑把漫反射板的中心位置设定为该定日镜的理论聚光位置，启动定日镜的跟日程序，并把定日镜编号传给带图像采集卡的PC机。定日镜控制器控制定日镜(按理论计算值)运动使定日镜的聚光光斑落在靶标上。带图像采集卡的PC机上有相应的应用程序，该应用程序可以读入反射太阳光斑图像，并利用数字图像处理技术对反射光斑进行分析，获得反射光斑中心在图像坐标系下的坐标。 漫反射板(耙标)中心在每一帧图像坐标系下的位置可以通过分割出靶标上的固有图案进行图像处理并分析得到，这样就可以计算出光斑中心在X方向和Z方向相对于靶标中心的偏差AX和AZ (以像素为单位)。由于相机具有固定焦距，且物体在规定距离处成像，相机在X方向和Z方向的放大倍数是确定的。像空间和物空间尺度上的比例关系可以通过摄像机标定求出，因此光斑中心的物理坐标以及光斑中心相对漫反射板中心的物理偏移量可以计算出。 假设以聚光塔底部的中心为原点，建立世界坐标系，漫反射板的中心位置为(xt，yt，zt)，漫反射板上设计的四个角点坐标也是确定的。假设摄像机的坐标为(xc，yc，zc)，摄像机的旋转角为(Rx， Ry， Rz)。图像平面上的坐标(以像素为单位)与世界坐标系下的实际三维场景点坐标存在如下关系<formula>formula see original document page 5</formula> 其中f为摄像机的焦距，dX和dY代表像元的尺寸(以mm为单位)，u。， v。是图像中心的坐标。R是摄像机的旋转变换矩阵，t是摄像机的平移变换量，u。，v。是已知的，因此一共有6个未知参数。取漫反射板上的8个特征点作标定，根据上面的关系建立6个未知参数的方程组，进而得到方程的解，这样我们通过实验方法可以获得摄像机的内外参数的准确值。当然也可以通过其他测量手段获得摄像机的外部参数然后通过实验标定摄像机的内部参数。 —旦摄象机的内外参数确定，由图像中的光斑中心位置可以计算出定日镜聚光光斑中心点的实际物理坐标。比较光斑中心坐标与漫反射板中心点坐标，可以求得光斑中心的偏移量A x和A z (以mm为单位)。 应用软件自动记录一段时间内该定日镜的反射光斑数据，保存在数据库里，进行统计分析，计算该段时间内太阳反射光斑在X方向和Z方向偏移量(单位是毫米)的标准差，分别记为ox， c^，取其中的较大值的3倍作为定日镜反射光斑中心的线性误差o，由于定日镜中心点距离漫反射板中心点的距离d是确定且可测的，可以得到以毫弧为单位的定日镜跟日误差e，具体地说，e=2atan(3 o /d)。 本实用新型的定日镜跟日误差的测量装置能够测量太阳能热发电系统中定日镜的跟日误差，从而可以控制每台定日镜在初装时的定日精度，提高定日镜的安装调试效率，同时为实施定日镜的控制角度补偿提供参考数据。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种定日镜跟日误差的测量装置，其特征在于，包括漫反射板，用于对定日镜反射的太阳光斑成像，所述漫反射板的中心设为定日镜的理论聚光点；摄像机，用于采集所述漫反射板上的反射太阳光斑图像；发射光端机，用于将所述摄像机采集到的反射太阳光斑图像传送给远程的接收光端机；接收光端机，用于接收所述发射光端机传送的反射太阳光斑图像，并将该反射太阳光斑图像传送给具有图像采集卡的PC机；具有图像采集卡的PC机，用于对反射太阳光斑图像进行分析处理。
2. 根据权利要求1所述的定日镜跟日误差的测量装置，其特征在于，所述漫反射板表 面有均匀涂层，涂层材料为具有漫反射特性的白色防水涂料，所述涂层上用黑色防水颜料 刷有用于校准摄像机参数的图案。
3. 根据权利要求1所述的定日镜跟日误差的测量装置，其特征在于，所述摄像机为数 字摄像机。
专利摘要本实用新型涉及一种定日镜跟日误差的测量装置，包括漫反射板，用于对定日镜反射的太阳光斑成像，所述漫反射板的中心设为定日镜的理论聚光点；摄像机，用于采集所述漫反射板上的反射太阳光斑图像；发射光端机，用于将所述摄像机采集到的反射太阳光斑图像传送给远程的接收光端机；接收光端机，用于接收所述发射光端机传送的反射太阳光斑图像，并将该反射太阳光斑图像传送给具有图像采集卡的PC机；具有图像采集卡的PC机，用于计算定日镜的跟日误差。本实用新型的定日镜跟日误差的测量装置能够测量太阳能热发电系统中定日镜的跟日误差，从而可以控制每台定日镜在初装时的定日精度，提高定日镜的安装调试效率，同时为实施定日镜的控制角度补偿提供参考数据。
文档编号G01B11/00GK201527265SQ200920308928
公开日2010年7月14日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者许芬 申请人:北方工业大学