基于一维PSD的太阳跟踪传感器，一维PSD安装在传感器外壳底部中心位置；自限温电热保温器设置在一维PSD的正下方；传感器外壳内壁设有螺纹，从下至上依次安装有透镜搁架a、图形光阑搁架、透镜搁架b；透镜安装在透镜搁架a或透镜搁架b上，且透镜(4)的焦距大于透明保护顶盖与一维PSD之间的距离；图形光阑放置于图形光阑搁架上，定位划线垂直于一维PSD的探测方向，V形透光孔的V型开口指向一维PSD的探测正方向；四只光敏器件安装于透镜搁架a顶部并以周向对称方式布置；该太阳跟踪传感器可以判断当前太阳位置并实现太阳位置偏差的补偿式跟踪，且成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非成像目标跟踪领域，更准确的说本专利技术涉及基于PSD传感器的太阳位置高精度跟踪装置。
技术介绍
高倍聚光光伏发电系统具有目前光伏发电系统中最高的转换效率，使用越高倍数的聚光透镜，发电量也就越高，同时电池板也需要更高精度的太阳跟踪。当聚光倍数为1000倍时，0.15°以上的跟踪偏差，就会使系统的发电量下降10%以上，因此高倍聚光光伏发电系统所需的太阳跟踪精度必须达到0.1°以上。太阳跟踪系统的工作方式通常有3种:开环、闭环以及二者相结合的方式。开环工作方式通过天文历算法，结合当前时间、位置、海拔等信息计算出当前太阳的准确位置，理论精度可达0.001°以上，但由于蒙气差和时钟误差等因素，实际精度在0.1?0.2°之间，且存在累积误差。闭环工作方式通过光电传感器，实时测量跟踪太阳位置，目前，可达0.1°以上精度的传感器有面阵(XD、二维PSD、四象限光电探测器等，但此类传感器价格奇高，并且输出较为复杂，增加了后续数据采集和处理的难度，增加了传感器整体的成本。使用2只一维PSD也可以实现太阳位置的探测，但此种方法增加了系统成本，以及后续数据采集和处理的难度，并且必须2只一维PSD同时正常才可工作，降低了系统稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种低成本的基于一维PSD的高精度太阳跟踪传感器。本专利技术采取的技术方案如下:基于一维PSD的太阳跟踪传感器，该太阳跟踪传感器包括透明保护顶盖(I)、单色滤光片(2)、图形光阑(3)、透镜(4)、传感器外壳(5)、一维PSD (6)、光敏器件(7)、自限温电热保温器(8)、透镜搁架a (9)、透镜搁架b (12)、图形光阑搁架(11);透镜搁架a(9)内壁设有透镜高度调节螺纹a (10);透镜搁架b(12)内设有透镜高度调节螺纹b (13);一维PSD (6)安装在传感器外壳(5)底部中心位置；一维PSD (6)的探测方向是探测窗口(16)矩形长边所在的方向，并以一维PSD(6)上的缺口位置指出探测正方向；自限温电热保温器(8)设置在一维PSD(6)的正下方；传感器外壳(5)内壁设有螺纹，从下至上依次安装有透镜搁架a(9)、图形光阑搁架(11)、透镜搁架b(12);根据太阳跟踪精度要求，调整图形光阑搁架(11)与一维PSD(6)间的距离；透镜⑷用于提升太阳光图形的锐度，安装在透镜搁架a (9)或透镜搁架b (12)上，且透镜⑷的焦距大于透明保护顶盖⑴与一维PSD (6)之间的距离;图形光阑(3)放置于图形光阑搁架(11)上，通过调整图形光阑(3)在图形光阑搁架(11)上的位置，使图形光阑⑶的中心与一维PSD(6)的中心重合，并且使定位划线(15)垂直于一维PSD(6)的探测方向，V形透光孔(14)的V型开口指向一维PSD(6)的探测正方向；四只光敏器件(7)安装于透镜搁架a(12)顶部并以周向对称方式布置；透明保护顶盖(I)设置在单色滤光片(2)顶部，透明保护顶盖(I)、单色滤光片(2)通过螺纹配合安装在传感器外壳(5)顶部并起到密封作用。图形光阑(3)上设置有V形透光孔(14)和定位划线(15)…形透光孔(14)透光，图形光阑(3)上的其余部分不透光…形透光孔(14)为轴对称图形，并且只有一个对称轴；太阳光照下图形光阑(3)在一维PSD(6)的探测窗口上呈现特定图形，太阳位置使该得特定图形处于一维PSD(6)探测窗口的不同位置，令一维PSD(6)输出不同的位置关系信号，实现太阳位置的判断。传感器外壳(5)的材质是铝合金或钢，外壁为银白色并经过防腐蚀处理；传感器外壳(5)内壁除一维PSD (6)安装位置和螺纹位置外，其余部位进行粗糙化处理并覆盖有一层光吸收材料；透明保护顶盖(I)的材质是光学玻璃或超白钢化玻璃，加入了可于强光下分解的溴化银粉末；透明保护顶盖(I)的厚度为5?15mm ;四只光敏器件(7)的光电特性完全相同，并且光谱响应介于300?IlOOnm ；单色滤光片(2)的材质为玻璃，厚度为2?7mm ;透镜⑷的材质为光学玻璃；自限温电热保温器⑶通电后的温度限制范围为55°C?80°C之间，温度控制精度为±0.1°C，用于减少一维PSD(6)的温漂，使得温漂误差小于0.005°。实际应用中使用由一维PSD (6)差分正向输出(18)和差分负向输出(20)构成的差分信号，差分信号由A/D转换器配合单片机系统采集。单片机系统包含有GPS模块，用于太阳位置的辅助计算。另外，太阳跟踪传感器的位置可以微调，用以实现使用中零点位置的校准，提升校准精度。本专利技术的工作原理是:将一维PSD安装在图形光阑下方，太阳位置使得图形处于PSD探测窗口的不同位置，使其输出不同的位置关系信号，结合适当的跟踪方法，可以判断当前太阳位置并实现太阳位置偏差的补偿式跟踪。因为一维PSD对光斑位置的分辨率为2 μπι，又由于图形光阑到PSD中心的位置可调，这里设定为30mm，所以使用三角函数可知跟踪精度高于0.01° ;再结合SPA日历算法，可以实现各种天气条件下太阳位置的准确跟踪，且复杂度、成本远远低于目前的其他类型的高精度的太阳跟踪传感器。【附图说明】图1为基于一维PSD的太阳跟踪传感器结构示意图。图2为基于一维PSD的太阳跟踪传感器顶视图。图3为图形光阑示意图。图4为一维PSD外形示意图。图5为一种图形光阑不意图。图6为一种图形光阑示意图。图7为基于一维PSD的太阳跟踪传感器的跟踪流程图。图中:1、透明保护顶盖，2、单色滤光片，3、图形光阑，4、透镜，5、传感器外壳，6、一维PSD，7、光敏器件，8、自限温电热保温器，9、透镜搁架a，10、透镜高度调节螺纹a，11、图形光阑搁架，12、透镜搁架b，13、透镜高度调节螺纹b，14、V形透光孔，15、定位划线16、传感器受光探测窗口，17、空引脚，18、差分正向输出，19、偏置电压引脚，20、差分负向输出。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术的进一步说明。以方位角高度角跟踪方式为例对本专利技术专利进一步说明。如图1所示的基于一维PSD的太阳跟踪传感器，该太阳跟踪传感器包括透明保护顶盖(I)、单色滤光片(2)、图形光阑(3)、透镜(4)、传感器外壳(5)、一维PSD (6)、光敏器件(7)、自限温电热保温器(8)、透镜搁架a(9)、透镜搁架b (12)、透镜高度调节螺纹a(10)、透镜高度调节螺纹b (13)、图形光阑搁架(11)。如图4为一维PSD外形示意图，一维PSD(6)包括探测窗口(16)、空引脚(17)、差分正向输出(18)、偏置电压引脚(19)、差分负向输出(20);探测窗口(16)有一定宽度，探测方向是探测窗口(16)所在矩形的长边方向。组装完毕后需要进行校准。将基于一维PSD的太阳跟踪传感器放入太阳光模拟器的光照中，光照垂直入射于该传感器。调整图形光阑(3)和一维PSD(6)的相对位置，调整过程中保持图形光阑(3)的中心位于一维PSD(6)探测方向的对称轴上，并使定位划线(15)始终垂直于一维PSD(6)的探测方向，最终令一维PSD(6)的差分信号为O。如图7所示是基于一维PSD的太阳跟踪传感器的跟踪流程图。在太阳电池板上安装时，一维PSD (6)的安装平面与太阳电池板平面相平行，一维本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于一维PSD的太阳跟踪传感器，其特征在于：该太阳跟踪传感器包括透明保护顶盖(1)、单色滤光片(2)、图形光阑(3)、透镜(4)、传感器外壳(5)、一维PSD(6)、光敏器件(7)、自限温电热保温器(8)、透镜搁架a(9)、透镜搁架b(12)、图形光阑搁架(11)；透镜搁架a(9)内壁设有透镜高度调节螺纹a(10)；透镜搁架b(12)内设有透镜高度调节螺纹b(13)；一维PSD(6)安装在传感器外壳(5)底部中心位置；一维PSD(6)的探测方向是探测窗口(16)矩形长边所在的方向，并以一维PSD(6)上的缺口位置指出探测正方向；自限温电热保温器(8)设置在一维PSD(6)的正下方；传感器外壳(5)内壁设有螺纹，从下至上依次安装有透镜搁架a(9)、图形光阑搁架(11)、透镜搁架b(12)；根据太阳跟踪精度要求，调整图形光阑搁架(11)与一维PSD(6)间的距离；透镜(4)用于提升太阳光图形的锐度，安装在透镜搁架a(9)或透镜搁架b(12)上，且透镜(4)的焦距大于透明保护顶盖(1)与一维PSD(6)之间的距离；图形光阑(3)放置于图形光阑搁架(11)上，通过调整图形光阑(3)在图形光阑搁架(11)上的位置，使图形光阑(3)的中心与一维PSD(6)的中心重合，并且使定位划线(15)垂直于一维PSD(6)的探测方向，V形透光孔(14)的V型开口指向一维PSD(6)的探测正方向；四只光敏器件(7)安装于透镜搁架a(12)顶部并以周向对称方式布置；透明保护顶盖(1)设置在单色滤光片(2)顶部，透明保护顶盖(1)、单色滤光片(2)通过螺纹配合安装在传感器外壳(5)顶部并起到密封作用；图形光阑(3)上设置有V形透光孔(14)和定位划线(15)；V形透光孔(14)透光，图形光阑(3)上的其余部分不透光；V形透光孔(14)为轴对称图形，并且只有一个对称轴；太阳光照下图形光阑(3)在一维PSD(6)的探测窗口上呈现特定图形，太阳位置使该得特定图形处于一维PSD(6)探测窗口的不同位置，令一维PSD(6)输出不同的位置关系信号，实现太阳位置的判断。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，沈度，郑建华，代明崇，高鹏坤，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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