专利名称：高度角人工可调的太阳光照模拟装置及方法
技术领域：
本发明属于太阳跟踪器检测技术领域，特别涉及一种高度角人工可调的太阳光照模拟装置及方法。
背景技术：
随着太阳能开发、太阳监测日益受到各方面的重视，出现了一大批可自动跟踪太阳的太阳跟踪设备或太阳跟踪器。太阳跟踪设备或太阳跟踪器广泛用于太阳能发电、气象监测(太阳辐射测量、大气)等领域。为保证跟踪精度，大部分太阳跟踪器采用闭环的工作模 式，利用光电池、光电二极管、成像器件等光电传感器来提供太阳指向偏差的反馈。在太阳跟踪设备或太阳跟踪器的调试、试验及指向精度检验中，太阳光照环境是必不可少的试验条件之一。建立太阳光照环境一种最直接的方法是利用室外天然太阳光，以天然太阳光来测试太阳跟踪设备或太阳跟踪器。这种方法的优点是不需要额外的试验装置，较为简单。室外测试方法的缺点之一为需要在室外建立完善的测试环境，包括电源、必要的仪器仪表等。室外测试方法的缺点之二为受季节、天气状况的影响，天气阴暗、阴雨时，难以进行太阳跟踪试验。室外测试方法的缺点之三为室外环境对太阳跟踪设备或太阳跟踪器的不利影响，空气中的灰尘、水汽等物质可能大量进入太阳跟踪设备或太阳跟踪器内部。对于工作环境为太空的宇航用太阳跟踪设备或跟踪器而言，由于其自身装有价格昂贵的电子元件和精密光学元件，大多数太阳跟踪测试应该在超净间内进行，不应该在室外进行。为了便于在实验室内进行太阳跟踪设备或太阳跟踪器的太阳跟踪试验，常常需要太阳光模拟装置来建立太阳光照环境。其中，模拟太阳光的高度角可以改变。依靠这种高度角可变的模拟太阳光，可令太阳跟踪设备或太阳跟踪器上的光电传感器产生反馈信号，使系统获取高度角偏差信号，从而可以测试太阳跟踪设备或太阳跟踪器的闭环跟踪特性。借助太阳光模拟装置，可以检测太阳跟踪器的太阳指向精度，包括动态跟踪精度和静态跟踪精度。大多数太阳光照模拟方法或装置采用“单轴转台”方案来测试太阳跟踪设备或太阳跟踪器的单自由度太阳跟踪性能。“单轴转台”的方案如下，其中的太阳跟踪设备或太阳跟踪器放置在可单轴旋转的转台上，太阳模拟器位置固定。如果转台以给定的速率转动，那么在一定的范围内，模拟太阳光入射到太阳跟踪设备光电反馈元件的方位角或高度角将改变。为了便于描述，本发明所述的模拟太阳光高度角为模拟太阳光与水平面的倾角。现有的“单轴转台”太阳光照模拟装置存在下面的问题。第一个问题，现有的装置要求太阳跟踪设备或太阳跟踪器必须在转台上旋转，这样可能损伤太阳跟踪设备或太阳跟踪器。在转台的运动过程中，可能损伤太阳跟踪设备或太阳跟踪器部件，例如电气连接线可能在转台的多圈(几千甚至几万圈)连续旋转中产生严重的扭曲变形。
第二个问题，采用“单轴转台”方案，一般要改动太阳跟踪设备或太阳跟踪器的机械设计。考虑到转台旋转速度过快时，转台上的太阳跟踪设备或太阳跟踪器可能产生滑动，甚至可能滑下转台，一般要对转台和太阳跟踪设备或太阳跟踪器增加用于固定的工装。对于已经成型的太阳跟踪设备或太阳跟踪器产品而言，添加仅用于测试用的机械装置，可能一系列的问题，包括造价、强度等。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种高度角人工可调的太阳光照模拟装置及方法。高度角人工可调的太阳光照模拟装置，包括太阳模拟器，该装置还包括反射镜、倾角测量装置、反射镜旋转机构、运动台、反射镜水平位移运动导轨、水平位移测量装置、太阳模拟器、反射镜旋转调整机构；反射镜安装在反射镜旋转机构上，倾角测量装置与反射镜相连；反射镜旋转调整机构安装在反射镜旋转机构的一端；反射镜旋转机构安装在运动台上；运动台安装在反射镜水平位移运动导轨上；水平位移测量装置与反射镜水平位移运动 导轨相连；太阳模拟器与反射镜相对应。高度角人工可调的太阳光照模拟方法包括以下步骤步骤一调整太阳模拟器的出射光线方向，使太阳模拟器出射光束平行于水平面照射到反射镜上，测量太阳模拟器出射光束中心线到太阳跟踪装置的垂直距离h值；步骤二 跟据需要的太阳高度角α，计算出反射镜的水平位移值为X，手动调整反射镜在水平位移运动导轨上的位移，改变反射镜的水平位移到X，
hX=-；
tan a步骤三根据需要的太阳高度角α，计算出反射镜与水平面的倾角β，手动调整反射镜旋转调整机构，调整反射镜与水平面的倾角到β，
η π aβ =---；
2 2得到需要的太阳高度角α的模拟太阳光。本发明的有益效果是在整个太阳光照模拟过程中，太阳跟踪设备或太阳跟踪器的运动完全是自主的，待测太阳跟踪设备或太阳跟踪器不需要被太阳光照模拟装置旋转或运动，避免了太阳光照模拟过程中太阳跟踪设备或太阳跟踪器的可能损伤；进而调节模拟太阳光的高度角，使得太阳光的高度角按照预期变化，实现高度角人工可调的太阳光照模拟。
图I为本发明高度角人工可调的太阳光照模拟装置的结构示意图。图2为本发明高度角人工可调的太阳光照模拟装置的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。如图I所示，本发明提供的高度角人工可调的太阳光照模拟装置，包括太阳模拟器7，该装置还包括反射镜I、倾角测量装置2、反射镜旋转机构3、运动台4、反射镜水平位移运动导轨5、水平位移测量装置6、反射镜旋转调整机构8 ;反射镜I安装在反射镜旋转机构3上,倾角测量装置2与反射镜I相连；反射镜旋转调整机构8安装在反射镜旋转机构3的一端；反射镜旋转机构3安装在运动台4上；运动台4安装在反射镜水平位移运动导轨5上；水平位移测量装置6与反射镜水平位移运动导轨5相连；太阳模拟器7与反射镜I相对应。反射镜1，用于调整模拟太阳光的倾角，使模拟太阳光入射到太阳跟踪设备或太阳跟踪器光电反馈元件的视场内。倾角测量装置2，可完成反射镜I与水平面倾角测量及显示等功能。反射镜旋转机构3，用来调整反射镜I与水平面的倾角。 运动台4，可以在反射镜水平位移运动导轨5上相对滑动，用来改变反射镜I的水平位移；运动台4承载有反射镜I、倾角测量装置2、反射镜旋转机构3、反射镜旋转调整机构8，共同完成位移运动。水平位移测量装置6，可完成位移测量和位移显示等功能。太阳模拟器7，用来提供模拟的太阳光入射到反射镜I。本发明提出的高度角人工可调的太阳光模拟装置及方法，不采用移动被测太阳跟踪设备或太阳跟踪器的方法来改变模拟太阳光的高度角，而是采用改变反射镜位移及其倾角的方法。结合图I和图2，本发明提供的高度角人工可调的太阳光照模拟方法，采取以下步骤步骤一调整太阳模拟器7的出射光线方向，使太阳模拟器7出射光束平行于水平面照射到反射镜I上，测量h值，h为太阳模拟器7出射光束中心线到太阳跟踪装置或太阳跟踪器光电反馈元件表面的垂直距离；步骤二 跟据需要的太阳高度角α，计算出反射镜I的水平位移值为X，手动调整反射镜在水平位移运动导轨上的位移，改变反射镜I的水平位移到X，
hX =-；
Xma步骤三根据需要的太阳高度角α，计算出反射镜I与水平面的倾角β，手动调整反射镜旋转调整机构8，调整反射镜I与水平面的倾角到β，
η Tl CCβ ----；
2 2通过上面三个步骤的调整，最后可以提供所需高度角α的模拟太阳光进入待测太阳跟踪设备或太阳跟踪器的光电反馈元件(光电池、光电二极管、CCD等成像器件)的视场中。根据本发明的高度角人工可调的太阳光模拟装置及方法，模拟太阳光变化贴近待测太阳跟踪设备或太阳跟踪器的工作条件，太阳光照模拟试验直观，有利于太阳跟踪设备或太阳跟踪器开发人员调试、测试太阳跟踪设备或太阳跟踪器的各个模块，具有广泛的应 用空间。
权利要求
1.高度角人工可调的太阳光照模拟装置，包括太阳模拟器(7)，其特征在于，该装置还包括反射镜(I)、倾角测量装置(2)、反射镜旋转机构(3)、运动台(4)、反射镜水平位移运动导轨(5)、水平位移测量装置(6)、反射镜旋转调整机构(8);反射镜(I)安装在反射镜旋转机构(3)上，倾角测量装置(2)与反射镜(I)相连；反射镜旋转调整机构(8)安装在反射镜旋转机构(3)的一端；反射镜旋转机构(3)安装在运动台(4)上；运动台(4)安装在反射镜水平位移运动导轨(5)上；水平位移测量装置(6)与反射镜水平位移运动导轨(5)相连；太阳模拟器(7 )与反射镜(I)相对应。
2.高度角人工可调的太阳光照模拟方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一调整太阳模拟器(7)的出射光线方向，使太阳模拟器(7)出射光束平行于水平面照射到反射镜(I)上，测量太阳模拟器(7)出射光束中心线到太阳跟踪装置的垂直距离h值； 步骤二 根据需要的太阳高度角α，计算出反射镜(I)的水平位移值为X，手动调整反射镜在水平位移运动导轨上的位移，改变反射镜(I)的水平位移到X，
全文摘要
高度角人工可调的太阳光照模拟装置及方法，属于太阳跟踪器检测技术领域，本发明装置反射镜安装在反射镜旋转机构上，倾角测量装置与反射镜相连；反射镜旋转调整机构安装在反射镜旋转机构的一端；反射镜旋转机构安装在运动台上；运动台安装在反射镜水平位移运动导轨上；水平位移测量装置与反射镜水平位移运动导轨相连；太阳模拟器与反射镜相对应；本发明的方法测量太阳模拟器出射光束中心线到太阳跟踪装置的垂直距离h值；手动调整反射镜在水平位移运动导轨上的位移，改变反射镜的水平位移到x；手动调整反射镜旋转调整机构，调整反射镜与水平面的倾角到β，；得到需要的太阳高度角α的模拟太阳光。
文档编号G05D3/00GK102819267SQ20121028090
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者王红睿, 方伟, 王玉鹏, 叶新 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所