專利名稱：光伏跟蹤光角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽自動跟蹤系統(tǒng)，特別涉及光伏跟蹤光角度傳感器。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，可再生能源的開發(fā)與利用逐漸引起了世人的重視。太陽 能以其清潔、分布范圍廣、利用方便等特點成為發(fā)展較快的可再生能源。太陽能光伏發(fā)電是太 陽能利用的主要形式之一，但是由于目前太陽能電池板的價格昂貴，導(dǎo)致光伏發(fā)電的成本居高 不下，因此制約了太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此如何提高太陽能的利用效率，降低太陽能 利用成本成為目前人們研究的熱點。對太陽進行跟蹤，保證太陽入射光線始終垂直入射，提高 太陽光照輻射量，是提高太陽利用率簡單而有效措施之一。
在被動式光伏陣列跟蹤發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列對太陽的跟蹤精度很大程度上取決于其所采 用的陽光角度檢測機構(gòu)的檢測精度。因此，光伏陣列光角度傳感器的設(shè)計是被動式光伏陣列跟 蹤發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。已有的光角度傳感器要么是價格較為昂貴，難以推廣使用；要么 是檢測的精度及檢測范圍等性能難以達到要求，雖然廉價，但可用性差。因此，開發(fā)經(jīng)濟實用 的光伏陣列光角度傳感器能夠有效地推進被動式光伏陣列跟蹤發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。中國專利CN 2636210Y "暗盒投影法太陽能自動跟蹤系統(tǒng)光電池傳感器"中提出了一種利用狹縫產(chǎn)生狹長光 線照射到光電池上，以辨別太陽位置的方法，這種方法思路簡單，成本低廉，伹是此傳感器感 光范圍小，當太陽偏離的角度過大時，陽光透過狹縫后只能照射到盒子的內(nèi)壁上，將無法照射 到盒子底面上的光電池，因此也就不能找到太陽位置。另外，這種狹縫設(shè)計在雨雪等天氣中， 容易被積雪堵塞，或是在盒子內(nèi)部積水，因此實用性較差。中國專利CN2807140 "全方位太陽 位置傳感器"提出了一種利用擋板遮擋陽光以獲得陽光垂直入射方向的辦法，該裝置具有太陽入 射角檢測范圍寬的優(yōu)點，及全方位檢測太陽位置偏移的能力。但是其適應(yīng)沙塵、積雪等環(huán)境的 能力較差，當濾光片被非對稱污染時，此傳感器輸出會產(chǎn)生固定的誤差，即使濾光片不被污染 時，當陽光入射偏角較小時，對稱的兩個光敏元件得到的陽光輻照都十分少，所搭建的電橋比 較電路很難區(qū)分此時的微小差異，因此該電路很難獲得較高的跟蹤精度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提出了一種新的光角度傳感器，主要用于光伏跟蹤發(fā)電系統(tǒng)，此傳感器通過內(nèi)部的光敏元件檢測太陽與光伏陣列之間龜度偏差，并形成角度偏差信號， 傳輸給電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)所獲得的角度偏差信號，調(diào)整光伏陣列的姿態(tài)，以減 小光伏陣列法線方向與太陽光入射方向之間的夾角，直到太陽光直射光伏陣列表面，此時，所 提出的光角度傳感器將輸出"已跟準太陽"的信號，電氣控制系統(tǒng)接收到"已跟準太陽"信號 后，跟蹤結(jié)束。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所設(shè)計的光角度傳感器共采用了兩組光敏器件， 一組用于對太陽方位的粗跟蹤，另 外一組用于對太陽方位的精跟蹤。粗跟蹤部分采用擋板隔離的原理，將四個光敏元件均勻分布 在傳感器頂面的東、南、西、北四個方向上，相對的兩個光敏元件的輸出連接到一個電橋電路 的兩個輸入端，當陽光斜射角度較大時，相對的這兩個光敏元件只能有一個接收到陽光的輻射， 另外一個為側(cè)立的凹槽所遮擋，因此電橋輸入端將產(chǎn)生反差明顯的兩個電信號，從而使電氣控 制系統(tǒng)獲得準確的太陽方位信號，即判斷出太陽處于光伏陣列的東、南、西、北哪個方位。精 跟蹤部分采用狹縫透光的辦法，在傳感器的頂面設(shè)計了十字交叉的兩條狹縫，陽光在透過傳感 器頂面的狹縫后，將會在傳感器底面上形成兩條垂直的光帶，本發(fā)明在傳感器的底面上按照特 定的設(shè)計布置了若干個光敏元件，從而使不同的光敏元件映射著不同的太陽入射角，通過對傳 感器底面上光敏元件受照射情況的分析，可以準確判斷出當前太陽的方位，本傳感器放棄了傳 統(tǒng)的模擬量輸出的光敏元件，如光電池等，而改用分立式的光敏元件，因此傳感器底面精跟蹤 部分輸出的太陽方位信號為數(shù)字信號，此設(shè)計既提高了太陽位置的檢測的準確性，又有利于傳 感器與電氣控制系統(tǒng)接口，使現(xiàn)代控制技術(shù)更便利地用于太陽跟蹤發(fā)電系統(tǒng)中。此外，為了使 所設(shè)計的光角度傳感器能夠適用于多風沙環(huán)境中及具有抗雨雪等能力，在傳感器頂部設(shè)計有半 球形透明玻璃罩，將傳感器頂部進行密封。 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是其一、本傳感器對太陽方位的檢測包括太陽方位粗檢測和太陽方位精檢測，太陽方位粗檢 測側(cè)重于擴寬傳感器感光范圍，太陽方位精檢測則側(cè)重于增加角度的檢測精度，這兩部分的有 機結(jié)合很好地解決了傳統(tǒng)太陽方位傳感器具有的寬感光范圍與高感光精度之間的矛盾；其二、本傳感器所選用光敏元件皆為通用型光敏器件，因此其價格低廉，本傳感器高精度 的實現(xiàn)是通過對光敏元器件進行合理布局，以及利用其自身的幾何結(jié)構(gòu)來完成的。因此在低成 本的前提下，實現(xiàn)了對太陽光角度的高精度檢測，解決了高精度傳感器的高性能和低價格之間 的矛盾；三、本傳感器頂面釆用了半球形透明玻璃罩進行密封，因此具有較好的防水、防雨雪和防 沙塵能力，另外，傳感器頂面的十字狹縫的設(shè)計也增強了其抗沙塵的能力，比起傳統(tǒng)的小孔透光設(shè)計，狹縫形成的光路更難因沙塵污染等因素而被遮擋。從以上兩點可知，所發(fā)明的光角度 傳感器能夠適應(yīng)雨雪、冰雹的惡劣天氣以及強沙塵的使用環(huán)境，在無人值守的荒漠地區(qū)仍然能 夠使用，具有較強的實用性。


圖l光伏跟蹤光角度傳感器外觀圖，圖中l(wèi)半球形透明玻璃罩，2頂面平擋板，3圓柱形 側(cè)面，4頂面光敏二極管，5透光狹縫，6立面凹槽，7底面，8底面光敏二極管； 圖2光伏跟蹤光角度傳感器底面光敏元件布局圖；圖3 A區(qū)光敏元件輸出信號處理電路； 圖4 P區(qū)光敏元件輸出信號處理電路； 圖5頂面光敏元件輸出信號處理電路；圖6被動式光伏跟蹤發(fā)電系統(tǒng)工作原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。 本發(fā)明光伏跟蹤光角度傳感器共由兩部分組成，分別為主體部分和后級處理電路。圖1和圖2為其主體部分。如圖1所示，本發(fā)明包括半球形透明玻璃罩l，頂面平擋板2，圓柱形側(cè)面 3,透光狹縫5，立面凹槽6，底面7。半球形透明玻璃罩1罩在圓柱形側(cè)面3上，并與圓柱形側(cè)面3緊密結(jié)合。光敏元件4由四 個光敏二極管組成，對稱分布在東、南、西、北四個方向上。立面凹槽6共有四個，與四個光 敏二極管相對應(yīng)，呈東、南、西、北對稱分布，且位于四個光敏二極管里側(cè)，四個光敏二極置 于立面凹槽6內(nèi)。透光狹縫5是在頂面擋板2上刻出的兩條窄縫，兩條窄縫垂直相交， 一條為 東西方向，另一條為南北方向。圖2為本發(fā)明底面7光敏元件布局圖，如圖2所示，底面劃分為六個區(qū)域，記為A區(qū)、B 區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、P區(qū)和Q區(qū)，六個區(qū)域均布置有光敏二極管8。 A區(qū)中布置有九個光敏元件分 別為A1、 A2、……、A9， Al至A9布置在一條直線上，B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)光敏元件的布置方 式與A區(qū)相同。P區(qū)內(nèi)光敏元件呈水平直線布置，共有四個光敏元件，分別為P1、 P2、 P3、 P4， Q區(qū)內(nèi)光敏元件呈垂直直線布置，同樣有四個光敏元件，分別為Q1、 Q2、 Q3、 Q4， P區(qū)和Q 區(qū)垂直相交于一點，在此交點處放置一個光敏元件，記為O。后級處理電路由A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、P區(qū)、Q區(qū)信號處理電路及頂面信號處理電路組 成，它們分別有獨立的輸出瑞口與微處理器的I/0相連，其中A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)的信號 處理電路相同，P區(qū)、Q區(qū)信號處理電路相同，所以下面僅對A區(qū)信號處理電路、P區(qū)信號處理 電路及頂面信號處理電路進行說明。圖3為A區(qū)光敏元件輸出信號處理電路，現(xiàn)以所用光敏元件是光敏二極管為例對此電路進 行說明。如圖3所示，此電路共有5部分功能，分別為輸出信號的轉(zhuǎn)換、輸出信號的放大、輸 出信號的邏輯運算、輸出信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換和輸出信號的光電隔離。其電路連接方式如下電阻 R2與光敏二極管A1、電容C1并聯(lián)，光敏二極管Al的陽極接地，電阻R1串聯(lián)在運算放大器 U1A的3腳和光敏二極管Al的陰極之間，電阻R3串聯(lián)在運算放大器U1A的2腳和地之間， 電阻R108并聯(lián)在運算放大器U1A的1腳和2腳之間，至此，已完成光敏二極管A1的信號轉(zhuǎn)換 和放大，光敏二極管A2、……、A9信號的轉(zhuǎn)換和放大所使用的電路與Al相同。光敏二極管 Al、 A2、……、A9輸出的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大后分別通過二極管D6、 D7、……、D14與電位器 WR11的1腳相連，電位器WRll的3腳接地，電容C76并聯(lián)在電位器WR11的2腳和地之間， 電位器WR11的2腳經(jīng)過R48與運算放大器U6B的5腳相連，電位器WR12的1腳接+12V電 源，3腳接地，2腳與運算放大器U6B的6腳相連，電容C77并聯(lián)在電位器WR12的2腳和地 之間，電阻R166并聯(lián)在運算放大器U6B的5腳和7腳之間。電阻R171串聯(lián)在運算放大器U6B 的7腳和三極管Nl的基極之間，電阻R174并聯(lián)在運算放大器U6B的7腳和地SGND之間， 光電耦合器U28的1腳經(jīng)過電阻R168與S+12V相連，2腳與三極管Nl的集電極相連，3腳接 端子Position-A，電阻R177并聯(lián)在光電耦合器U28的3腳和地GND之間。圖4為P區(qū)光敏元件輸出信號處理電路圖，同樣以所用光敏元件是光敏二極管為例對其進 行說明。電阻R17與光敏二極管P1、電容C6并聯(lián)，光敏二極管P1的陽極接地SGND，電阻 R16串聯(lián)在運算放大器U7A的3腳和光敏二極管Pl的陰極之間，電阻R18串聯(lián)在運算放大器 U7A的2腳和地SGND之間，電阻R113并聯(lián)在運算放大器U7A的1腳和2腳之間。運算放大 器U7A的1腳與電位器WR1的1腳相連，電位器WR1的3腳接地SGND，電容C19并聯(lián)在電 位器WR1的2腳和地SGND之間，電位器WR1的2腳經(jīng)過R43與運算放大器U9B的5腳相 連，電位器WR2的1腳接S+12V電源，3腳接地SGND, 2腳與運算放大器U9B的6腳相連， 電容C20并聯(lián)在電位器WR2的2腳和地SGND之間，電阻R161并聯(lián)在運算放大器U9B的5 腳和7腳之間，至此，光敏二極管Pl輸出信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)束，其它光敏二極管P2、 P3、 P4、 0輸出信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路與Pl相同。接下來，運算放大器U9B的7腳分別和與門X1A 的1腳、與門X1B的4腳、與門X1C的9腳、與門X1D的12腳相連，運算放大器U10A的1 腳分別和與門X1A的2腳、與門X2A的1腳、與門X2B的4腳、與門X2C的9腳相連，運算 放大器U10B的7腳分別和與門X1B的5腳、與門X2A的2腳、與門X2D的12腳、與門X3A 的1腳相連，運算放大器U11A的1腳分別和與門X1C的10腳、與門X2B的5腳、與門X2D 的13腳、與門X3B的4腳相連，運算放大器U11B的7腳分別和與門X1D的13腳、與門X2C 的10腳、與門X3A的2腳、與門X3B的5腳相連?；蜷TX4A的1腳和與門X1A的3腳相連，或門X4A的2腳和與門Xm—的6腳相連?；蜷TX4C的9腳和與門X1C的8~腳相連，或門X4C 的10腳和與門X1D的11腳相連?；蜷TX4D的12腳和與門X2A的3腳相連，或門X4D的13 腳和與門X2B的6腳相連?；蜷TX5B的4腳和與門X2C的8腳相連，或門X5B的5腳和與門 X2D的11腳相連?；蜷TX5C的9腳和與門X3A的3腳相連，或門X5C的10腳和與門X3B的 6腳相連?；蜷TX4B的4腳和或門X4A的3腳相連，或門X4B的5腳和或門X4C的8腳相連， 或門X5A的1腳和或門X4D的11腳相連，或門X5A的2腳和或門X5B的6腳相連，或門X5D 的12腳和或門X4B的6腳相連，或門X5D的13腳和或門X5A的3腳相連，或門X6A的1 腳和或門X5D的11腳相連，或門X6A的2腳和或門X5C的8腳相連，最后或門X6A的3腳 經(jīng)過電阻R172與三極管N2的基極相連，電阻RI75并聯(lián)在或門X6A的3腳和地SGND之間， 三極管N2的發(fā)射極接地SGND，集電極與光電耦合器U29的2腳相連，光電耦合器U29的1 腳經(jīng)電阻R169接電源S+12V,光電耦合器U29的4腳接+5V電源，光電耦合器U29的3腳接 輸出端子Position-P,電阻R178并聯(lián)在光電耦合器U29的3腳和地GND之間。圖5為粗檢測電路原理圖，如圖5所示，光敏二極管East、 West、 South和North為分布在 傳感器頂面東、西、南、北四個方向上的光敏元件，且貼近圓弧的邊緣。其中光敏二極管East、 電阻R50及電容C48并聯(lián)，光敏二極管East的陽極接地SGND，電阻R49串聯(lián)在二極管East 的陰極和運算放大器UI2A的3腳之間，電阻R51串聯(lián)在地SGND和運算放大器U12A的2腳 之間，電阻R159并聯(lián)在運算放大器的1腳和2腳之間，運算放大器的8腳接電源S+12V， 4腳 接地GND，電容C79并聯(lián)在電源S+12V和地SGND之間。電位器WR27的1腳與運算放大器 U12A的1腳相連，電容C81并聯(lián)在運算放大器U12A的2腳和3腳之間，電阻R180串聯(lián)在運 算放大器U13B的5腳和電位器WR27的2腳之間。光敏二極管West、電阻R106及電容C83并聯(lián)，光敏二極管West的陽極接地SGND,電阻 R52串聯(lián)在二極管West的陰極和運算放大器U12B的5腳之間，電阻R107串聯(lián)在地SGND和 運算放大器U12B的6腳之間，電阻R160并聯(lián)在運算放大器U12B的6腳和7腳之間。電位器 WR28的1腳與運算放大器U12B的7腳相連，電容C84并聯(lián)在運算放大器U12B的2腳和3 腳之間，電位器WR28的3腳接地，電阻R167并聯(lián)在運算放大器U13B的5腳和7腳之間。電 阻R176并聯(lián)在運算放大器U13B的7腳和地SGND之間，電阻R173串聯(lián)在運算放大器U12B 的7腳和三極管N6的基極之間，三極管N6的發(fā)射極接地，集電極接光電耦合器U30的2腳， 光電耦合器U30的1腳經(jīng)過電阻R170接S+12V,光電耦合器U30的4腳接+5V，光電耦合器 U30的3腳接輸出端子Position-EW，電阻R179并聯(lián)在光電耦合器U30的3腳和地SGND之間。 另外一對光敏二極管South和North的信號處理電路與East和West的信號處理電路相同。圖6為跟蹤發(fā)電系統(tǒng)工作原理圖，如圖6所示，光角度傳感器安裝在光伏陣列上，當光伏陣列姿態(tài)發(fā)生變化，光角度傳感器可測得太陽光入射角度的變化，并將這一變化以數(shù)字信號的 方式通過輸出口 E、 W、 S、 N、 A、 B、 C、 D、 P、 Q向外部送出，微控制器系統(tǒng)通過I/O 口 PA1、 PA2、 PA3、 PA4、 PA5、 PA6、 PB1、 PB2、 PB3、 PB4接收光角度傳感器輸出的光角度信號，并 跟蹤它產(chǎn)生驅(qū)動電機控制信號，從I/0口PC1、 PC2、 PC3發(fā)送給電機驅(qū)動器，控制電機按照指 令旋轉(zhuǎn)，最終使光伏陣列旋轉(zhuǎn)至目標位置。 本發(fā)明工作過程如下所研制光角度傳感器對陽光入射角的檢測分為兩個步驟，先進行粗檢測，然后是精檢測。 粗檢測的過程如下當太陽光入射偏角較大時，透過透光狹縫5的陽光照射在傳感器側(cè)面圓柱 內(nèi)壁上，無法到達傳感器底面，底面光敏二極管得不到太陽光照射，所以布'置在底面上的光敏 二極管都沒有信號輸出，傳感器的精檢測部分不工作。此時位于傳感器頂面上的四個光敏二極 管East、 West、 South和North至少有兩個能夠接受到陽光的照射。在太陽光入射偏角足夠大時， 相對的兩個光敏二極管如East和West只會有一個感受到陽光，另一個將被側(cè)立的凹槽所遮擋。 如圖5所示，當陽光從偏東的方向射入時，光敏二極管East被陽光照射，光敏二極管West被遮 擋，光敏二極管East產(chǎn)生的輸出電流信號明顯大于光敏二極管West產(chǎn)生的輸出電流，因此，電 阻R50兩端電壓大于電阻R106兩端電壓，經(jīng)信號放大，在運算放大器U12A的1腳的電壓將大 于運算放大器U12B的7腳上的電壓，所以運算放大器U13B的5腳的輸入電壓大于其6腳的輸 入電壓，運算放大器U13B的7腳輸出高電平。U13B的7腳的高電平經(jīng)過電阻R173驅(qū)動三極 管N6導(dǎo)通，在S+12V電源和電阻R170的驅(qū)動下，光電耦合器U30導(dǎo)通，U30的3腳由+5V 電源拉高，輸出端子Positicm-EW輸出高電平信號。對應(yīng)于圖6傳感器的E 口將為高電平，W 口將為低電平。此時微控制器將控制電機使光伏陣列向東向旋轉(zhuǎn)，太陽光入射角度偏差減小。光伏陣列將一直向東向旋轉(zhuǎn)，直到穿過透光狹縫5的陽光的照射點由傳感器的側(cè)面移動到 傳感器的底面上，傳感器進入精檢測工作狀態(tài)。此時傳感器底面會出現(xiàn)兩條相互垂直的光帶， 假設(shè)這兩條光帶照射在光敏二極管A2、 B2、 D3、 A3上，由圖3可知，A3受照射后產(chǎn)生光電流， 在電阻R8兩端生成一個電壓信號，此電壓信號經(jīng)運算放大器U2A放大，驅(qū)動二極管D8導(dǎo)通， 再經(jīng)過電位器WR11分壓，在電位器WRll的2腳產(chǎn)生的新的采樣電壓信號，將此采樣信號通 過運算放大器U6B與預(yù)設(shè)定的固定電壓值相比較，當穿過狹縫的陽光為一般照度時，此采樣信 號應(yīng)遠遠大過所設(shè)定的固定電壓值，所以U6B的7腳會輸出高電平。由于U6B的7腳輸出高電 平，經(jīng)過電阻R171三極管N1被驅(qū)動導(dǎo)通，在S+12V電源和電阻R168的驅(qū)動下，光電耦合器 U28導(dǎo)通，它的引腳3被+5V電源拉高，輸出端子Position-A輸出高電平，對應(yīng)于圖6中A 口 為高電平。A2、 B2、 D3生成信號的處理過程與A3的處理過程相同，所以圖6中光角度傳感器 的輸出端口A、 B、 D均輸出高電平，據(jù)此微控制器可判定陽光入射方向為偏東南方向，將控制電機使光伏陣列向西v向北轉(zhuǎn)動，穿過兩條狹縫的光帶將逐漸向P區(qū)和Q區(qū)移動，直到光帶照 射在P區(qū)和Q區(qū)。
此時傳感器工作于"陽光直射的識別"的狀態(tài)。如圖4所示，光敏二極管P1、 P2、 P3、 P4、 O都被光帶照射，這時只要這5只光敏二極管中任意兩只輸出光電流，在電路的最終輸出端口 都會輸出高電平，認為陽光已經(jīng)垂直射入傳感器。其具體工作過程如下以P1、 P2兩路為例， Pl被照射后輸出光電流，此電流流過電阻R17轉(zhuǎn)換為電壓信號，此電壓信號由運算放大器U7A 組成的放大電路放大，再通過電位器WR1進行分壓，經(jīng)過電阻R43后輸出給運算放大器U9B 的5腳，由于電位器WR2的2腳所輸入的電壓為一個設(shè)定好的很小的固定值，運算放大器U9B 的5腳上的信號電ji:將遠大于運算放大器U9B的6腳上的電壓，運算放大器U9B的7腳將輸出 高電平，同理，P2被照射后，運算放大器U10A的1腳也將產(chǎn)生一個高電平信號，U9B的7腳 和U10A的1腳分別接在與門XIA的兩個輸入端口 1腳和2腳上，因此與門XIA的3腳將輸出 高電平，經(jīng)過或門X4 A 、 X4B、 X5D、 X6A的或運算，X6A的3腳將輸出一個高電平，此高 電平驅(qū)動三極管N2導(dǎo)通，進而使光電耦合器U29導(dǎo)通，光電耦合器U29的3腳輸出高電平， 對應(yīng)于圖6中，P 口輸出為高電平。同理，Q區(qū)信號的處理過程與此相同。當圖6中P和Q同 時輸出為高電平時，表示太陽光已經(jīng)直射光伏陣列，整個檢測過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1、一種光伏跟蹤光角度傳感器，其特征在于包括主體部分和后級處理電路；主體部分包括半球形透明玻璃罩(1)、頂面平擋板(2)、圓柱形側(cè)面(3)、透光狹縫(5)和立面凹槽(6)，底面劃分為A、B、C、D、P、Q六個區(qū)域，六個區(qū)域均布置有光敏二極管(8)；A區(qū)的9個光敏元件A1、A2、……、A9，A1至A9布置在一條直線上，B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)光敏元件的布置方式與A區(qū)相同；P區(qū)的四個光敏元件P1、P2、P3、P4呈水平直線布置，Q區(qū)內(nèi)四個光敏元件Q1、Q2、Q3、Q 4呈垂直直線布置， P區(qū)和Q區(qū)垂直相交于o點；后級處理電路由A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、P區(qū)、Q區(qū)信號處理電路及頂面信號處理電路組成，每個電路分別有獨立的輸出端口與微處理器的I/O相連，其中A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)的信號處理電路相同，P區(qū)、Q區(qū)信號處理電路相同。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏跟蹤光角度傳感器，其特征在于，所述的A區(qū)光敏元件輸出 信號處理電路，執(zhí)行輸出信號轉(zhuǎn)換、輸出信號放大、輸出信號邏輯運算、輸出信號模數(shù)轉(zhuǎn)換和 輸出信號的光電隔離功能；其電路連接方式如下-電阻R2與光敏二極管A1、電容C1并聯(lián)，光敏二極管A1的陽極接地，電阻R1串聯(lián)在運 算放大器U1A的3腳和光敏二極管Al的陰極之間，電阻R3串聯(lián)在運算放大器U1A的2腳和 地之間，電阻R108并聯(lián)在運算放大器U1A的1腳和2腳之間；光敏二極管A2、……、A9信 號的轉(zhuǎn)換和放大所使用的電路與Al相同；光敏二極管A1、 A2、……、A9輸出的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換 和放大后分別通過二極管D6、 D7、……、D14與電位器WR11的1腳相連，電位器WR11的3 腳接地，電容C76并聯(lián)在電位器WR11的2腳和地之間，電位器WR11的2腳經(jīng)過R48與運算 放大器U6B的5腳相連，電位器WR12的1腳接+12V電源，3腳接地，2腳與運算放大器U6B 的6腳相連，電容C77并聯(lián)在電位器WR12的2腳和地之間，電阻R166并聯(lián)在運算放大器U6B 的5腳和7腳之間；電阻R171串聯(lián)在運算放大器U6B的7腳和三極管Nl的基極之間，電阻 R174并聯(lián)在運算放大器U6B的7腳和地SGND之間，光電耦合器U28的1腳經(jīng)過電阻R168 與S+12V相連，2腳與三極管Nl的集電極相連，3腳接端子Position-A,電阻R177并聯(lián)在光電 耦合器U28的3腳和地GND之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏跟蹤光角度傳感器，其特征在于，所述的P區(qū)光敏元件輸出 信號處理電路中，電阻R17與光敏二極管Pl、電容C6并聯(lián)，光敏二極管Pl的陽極接地SGND， 電阻R16串聯(lián)在運算放大器U7A的3腳和光敏二極管P1的陰極之間，電阻R18串聯(lián)在運算放 大器U7A的2腳和地SGND之間，電阻R113并聯(lián)在運算放大器U7A的1腳和2腳之間；運算放大器U7A的1腳與電位器WR1的1腳相連，電位器WR1.的3腳接地SGND，電容C19并聯(lián) 在電位器WR1的2腳和地SGND之間，電位器WR1的2腳經(jīng)過R43與運算放大器U9B的5 腳相連，電位器WR2的1腳接S+12V電源，3腳接地SGND， 2腳與運算放大器U9B的6腳相 連，電容C20并聯(lián)在電位器WR2的2腳和地SGND之間，電阻R161并聯(lián)在運算放大器U9B 的5腳和7腳之間；光敏二極管P2、 P3、 P4、 0輸出信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路與P1相同；運算 放大器U9B的7腳分別和與門X1A的1腳、與門X1B的4腳、與門X1C的9腳、與門X1D 的12腳相連，運算放大器U10A的1腳分別和與門XIA的2腳、與門X2A的1腳、與門X2B 的4腳、與門X2C的9腳相連，運算放大器U10B的7腳分別和與門X1B的5腳、與門X2A 的2腳、與門X2D的12腳、與門X3A的1腳相連，運算放大器U11A的1腳分別和與門X1C 的10腳、與門X2B的5腳、與門X2D的13腳、與門X3B的4腳相連，運算放大器U11B的7 腳分別和與門X1D的13腳、與門X2C的10腳、與門X3A的2腳、與門X3B的5腳相連；或 門X4A的1腳和與門X1A的3腳相連，或門X4A的2腳和與門X1B的6腳相連?；蜷TX4C 的9腳和與門X1C的8腳相連，或門X4C的10腳和與門X1D的11腳相連；或門X4D的12 腳和與門X2A的3腳相連，或門X4D的13腳和與門X2B的6腳相連；或門X5B的4腳和與 門X2C的8腳相連，或門X5B的5腳和與門X2D的11腳相連；或門X5C的9腳和與門X3A 的3腳相連，或門X5C的10腳和與門X3B的6腳相連；或門X4B的4腳和或門X4A的3腳 相連，或門X4B的5腳和或門X4C的8腳相連，或門X5A的1腳和或門X4D的11腳相連， 或門X5A的2腳和或門X5B的6腳相連，或門X5D的12腳和或門X4B的6腳相連，或門X5D 的13腳和或門X5A的3腳相連，或門X6A的1腳和或門X5D的II腳相連，或門X6A的2 腳和或門X5C的8腳相連，最后或門X6A的3腳經(jīng)過電阻R172與三極管N2的基極相連，電 阻R175并聯(lián)在或門X6A的3腳和地SGND之間，三極管N2的發(fā)射極接地SGND，集電極與 光電耦合器U29的2腳相連，光電耦合器U29的1腳經(jīng)電阻R169接電源S+12V，光電耦合器 U29的4腳接+5V電源，光電耦合器U29的3腳接輸出端子Position-P，電阻R178并聯(lián)在光電 耦合器U29的3腳和地GND之間。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏跟蹤光角度傳感器，其特征在于，分布在傳感器頂面東、西、 南、北四個方向上的光敏元件(8)為光敏二極管East、 West、 South和North，其中光敏二極管 East、電阻R50及電容C48并聯(lián)，光敏二極管East的陽極接地SGND,電阻R49串聯(lián)在二極管 East的陰極和運算放大器U12A的3腳之間，電阻R51串聯(lián)在地SGND和運算放大器U12A的 2腳之間，電阻R159并聯(lián)在運算放大器的1腳和2腳之間，運算放大器的8腳接電源S+12V, 4腳接地GND，電容C79并聯(lián)在電源S+12V和地SGND之間；電位器WR27的1腳與運算放 大器U12A的1腳相連，電容C81并聯(lián)在運算放大器U12A的2腳和3腳之間，電阻R180串聯(lián)在運算放大器U13B的5腳和電位器WR27的2腳之間；光敏二極管West、電阻R106及電容 C83并聯(lián)，光敏二極管West的陽極接地SGND，電阻R52串聯(lián)在二極管West的陰極和運算放 大器U12B的5腳之間，電阻R107串聯(lián)在地SGND和運算放大器U12B的6腳之間，電阻R160 并聯(lián)在運算放大器U12B的6腳和7腳之間；電位器WR28的1腳與運算放大器U12B的7腳 相連，電容C84并聯(lián)在運算放大器U12B的2腳和3腳之間，電位器WR28的3腳接地，電阻 R167并聯(lián)在運算放大器U13B的5腳和7腳之間；電阻R176并聯(lián)在運算放大器U13B的7腳 和地SGND之間，電阻RI73串聯(lián)在運算放大器U12B的7腳和三極管N6的基極之間，三極管 N6的發(fā)射極接地，集電極接光電耦合器U30的2腳，光電耦合器U30的1腳經(jīng)過電阻R170接 S+12V，光電耦合器U30的4腳接+5V，光電耦合器U30的3腳接輸出端子Position-EW,電阻 R179并聯(lián)在光電耦合器U30的3腳和地SGND之間；另外一對光敏二極管South和North的信 號處理電路與East和West的信號處理電路相同。
全文摘要
一種光伏跟蹤光角度傳感器，由傳感器主體結(jié)構(gòu)和傳感器后級信號處理電路組成。主體結(jié)構(gòu)部分主要由密封透明玻璃罩1、頂面水平擋板2、傳感器柱形側(cè)面3、光敏元件4、透光狹縫5、立面凹槽6以及底面光敏元件組成。后級信號處理電路部分主要包括頂面光敏元件輸出信號處理電路和底面光敏元件輸出信號處理電路。本發(fā)明光角度傳感器采用粗檢測與精檢測兩種工作方式，粗檢測是利用頂面對稱分布的四個光敏元件及相應(yīng)的電橋比較電路來完成，精檢測是利用頂面的狹縫、底面的光敏元件和相應(yīng)的信號處理電路來完成。本發(fā)明不僅具有較高的跟蹤精度，而且同時具有較寬的檢測角度范圍，能夠較好地適應(yīng)多風沙的環(huán)境，具有很好的抗雨雪能力。
文檔編號F24J2/38GK101291124SQ20071017755
公開日2008年10月22日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者劉四洋, 周世勃, 李衛(wèi)軍, 許洪華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所;北京科諾偉業(yè)科技有限公司