专利名称：塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能发电系统设备领域，具体涉及一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置。
背景技术：
塔式太阳能聚热发电系统是建造一个顶端装有集热器的集热塔，在塔下一定范围内布置大量反射镜，通过反射镜将太阳辐射能汇聚在集热器上加热工质，产生高温高压蒸汽，进而驱动发电机产生电能的发电系统。由于太阳光线入射角度随天体运动不断变化，为保证反射镜始终将来自太阳的光能准确反射到集热器上，就必须使用自动控制系统对反射镜角度进行自动调节，锁定太阳、 镜面、集热器三者之间的反射关系。专业上将这种具有自动调节镜面角度使其跟踪太阳运动，保证能量汇聚点不变的反射镜称为“定日镜”，而大量定日镜构成的集合被称为“定日镜场”或“镜场”。定日镜反射角度的自动控制分为以下几个步骤首先利用天文计算法或仪器测量法，获得整个镜场的太阳光线入射角；然后再根据各个定日镜与集热器的位置关系，分别计算将光线反射到集热器的定日镜理想镜面反射角；最终由控制系统根据计算结果，驱动电机对镜架机械支撑系统进行调整，从而保证镜面反射光角度始终指向集热器。为了跟踪太阳运动，定日镜工作中需要进行高度角和方位角的双轴跟踪动作，因而存在俯仰和旋转两个转动轴。通常定日镜控制系统都是通过检测转动轴相对于支撑架的旋转角度间接测量实际镜面位置。对转动轴进行角度检测的常用技术方法包括旋转电位器、旋转变压器和编码器等多种方式，以下将这类检测方法统称为“旋转轴测量法”。然而这类旋转轴测量法在定日镜使用中存在以下问题1、旋转轴测量法只能检测旋转轴与支架的相对角度。要确定镜面的实际反射角还需要通过标定工作建立旋转轴与镜面角度之间的零点偏移量。2、定日镜长期使用中会发生地基沉降和机架变形等问题，一旦出现这些情况，在旋转轴角度不变的情况下，镜面相对集热器的实际反射角却会发生变化。为保证反射角的控制精度，使用中还需经常进行角度偏移量的检查和校正工作。3、当定日镜方位角旋转轴因为支架倾斜不能保证水平时，定日镜旋转运动中会连带镜面法线的高度角发生变化。由于旋转轴测量法检测不到这种扰动，因此旋转运动会对高度角跟踪系统造成干扰。这种情况下，必须从新对地基和支架系统进行麻烦的水平调校， 定日镜跟踪系统才能正常工作。4、在旋转轴上安装编码器类的角度测量装置，需要采用专用安装支架来保证旋转轴之间的同轴度要求，在户外环境下使用编码器类旋转角测量传感器还需要配备必要的防护装置，因此安装麻烦，成本高。
发明内容[0011]本实用新型的目的是提供一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，能实现定日镜俯仰角度的准确检测，检测结果不受旋转轴零点变化和机架变形的影响。本实用新型所采用的技术方案是，一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，其特征在于，包括用于检测定日镜面垂直方向以及定日镜面平行方向上重力加速度分量的加速度传感器，加速度传感器上连接有微处理器，还包括电源模块，电源模块分别与加速度传感器以及微处理器连接。还包括通信模块，通信模块与微处理器以及电源模块均连接。加速度传感器和微处理器布置在同一印刷线路板上，且所述该印刷线路板安装在随测定日镜面同步转动的定日镜部件上。本实用新型的有益效果是结构简单，成本低，检测精度高。利用本实用新型获得的定日镜俯仰角度，不受地基沉降、机架变形等扰动的影响，可简化长期使用中的校正和维护工作；无需进行机械系统旋转轴的初始零点标定，也不会在使用中产生累积误差。另外， 本实用新型的安装方式简单，安装成本低、检修维护方便。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型中的加速度传感器的安装位置示意图；图3是本实用新型的工作原理图。其中，1.加速度传感器，2.微处理器，3.通信模块，4.电源模块，5.定日镜，6.高度角电机，7.方位角电机，8.方位角编码器，9.集热器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，包括加速度传感器1，加速度传感器1用于检测定日镜面垂直方向上重力加速度分量以及定日镜面平行方向上重力加速度分量。加速度传感器1上连接有微处理器2，微处理器2 用于根据加速度传感器1测得的两个加速度分量，计算定日镜俯仰角度。还包括用于供电的电源模块4，电源模块4分别与加速度传感器1以及微处理器2连接。本实用新型还包括通信模块3，通信模块3与微处理器2以及电源模块4均连接。加速度传感器1和微处理器2布置在同一印刷线路板上，且该印刷线路板安装在随测定日镜面同步转动的定日镜部件上。加速度传感器1采用MMA8451Q型三轴加速度传感器，其中的χ轴和Z轴用于测量，Y轴保留不用。微处理器2采用MC9S08QG8型8位单片机。为抑制干扰提高测量精度，加速度传感器1与微处理器2之间采用1 数字信号接口， 通信模块3与外部设备采用RS485通信接口连接。如图3所示，设定待测定日镜俯仰角度(即定日镜相对于水平地面的倾斜角度) 为θ，根据定日镜正常跟踪时的工作状态，定日镜为勻速缓慢运动，近似认为加速度传感器 1仅受重力G的作用，在精度范围内忽略转动引起的微弱加速度。加速度传感器1两个检测轴构成的平面与定日镜俯仰运动轴相互垂直。重力在加速度传感器X轴和ζ轴的分量分别为foe和( (Y轴分量为0不使用)，通过牛顿第二运动定律和加速度传感器的工作原理， 可以得到倾斜角度与两轴加速度分量的关系为GX = GXsin( θ )，Gz = GXcos( θ )，即得tan θ =GX/GZ，最终得到 θ = arctan (Gx/Gz)。对公式θ = arctan (Gx/Gz)进行分析，可得俯仰角度θ为0度或90度时，foe和 ( 分别为零，该公式不能使用；θ接近0度和90度时，受信号干扰和计算误差的影响，测量系统的整体精度会大幅度下降。这就要求定日镜的俯仰角度不出现上述两种极限情况。而在塔式太阳能聚热发电系统的实际运行过程中，定日镜在跟踪时镜面不会存在垂直地面和平行地面两种工作状态，因此不会出现上述极限情况。本实用新型采用加速度传感器1代替现有技术中安装在旋转轴上进行俯仰角度测量的编码器类传感装置，以实现定日镜俯仰角度的检测。如图2所示，太阳光入射光线χ 经定日镜5镜面的反射后，太阳光反射光线y指向集热器9，定日镜机架上安装有高度角电机6、方位角电机7以及方位角编码器8，在随测定日镜面同步转动的定日镜部件上安装加速度传感器1、微处理器2以及通信模块3。当定日镜俯仰角度变化时，加速度传感器1检测定日镜面垂直方向上重力加速度分量以及定日镜面平行方向上重力加速度分量，分别为to和Gz，微处理器2根据θ = arctan (Gx/Gz)，计算得到定日镜俯仰角度θ，再通过通信模块3发送到外部的上位机，上位机通过自动俯仰角度调节系统控制高度角电机6工作，以补偿俯仰角的变化。定日镜最常用的俯仰角度工作范围50度左右。如下表所示，为采用本实用新型对定日镜俯仰角度进行检测的数据。
权利要求1.一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，其特征在于，包括用于检测定日镜面垂直方向以及定日镜面平行方向上重力加速度分量的加速度传感器(1)，所述加速度传感器(1)上连接有微处理器O)，还包括电源模块G)，所述电源模块(4)分别与加速度传感器(1)以及微处理器( 连接。
2.按照权利要求1所述的塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，其特征在于，还包括通信模块(3)，所述通信模块C3)与微处理器O)以及电源模块(4)均连接。
3.按照权利要求1或2所述的塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，其特征在于，所述加速度传感器(1)和微处理器( 布置在同一印刷线路板上，且所述该印刷线路板安装在随测定日镜面同步转动的定日镜部件上。
专利摘要本实用新型公开了一种塔式太阳能聚热发电系统定日镜俯仰角度检测装置，包括用于检测定日镜面垂直方向以及定日镜面平行方向上重力加速度分量的加速度传感器，加速度传感器上连接有微处理器，还包括电源模块，电源模块分别与加速度传感器以及微处理器连接。本实用新型能实现定日镜俯仰角度的准确检测，检测结果不受旋转轴零点变化和机架变形的影响。
文档编号G01C1/00GK202329610SQ20112046840
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者赵跃 申请人:赵跃