[发明专利]基于仿生偏振光检测的太阳跟踪装置

权利要求书

1.一种基于仿生偏振光检测的太阳跟踪装置，其特征在于：包括底座（5），所述底座（5）上安装有执行水平运动的伺服电机（6），所述执行水平运动的伺服电机（6）的输出轴连接有水平支架（1），所述水平支架（1）上安装有至少一个偏振光信息检测传感器（3），所述安装在水平支架（1）上的偏振光信息检测传感器（3）的光入射面垂直向上；所述水平支架（1）上安装有执行垂直运动的伺服电机（7），所述执行垂直运动的伺服电机（7）的输出轴连接有垂直支架（2），所述垂直支架（2）的前后两端上分别安装有关于垂直支架（2）的轴线对称的偏振光信息检测传感器（3），所述安装在垂直支架（2）上的两个偏振光信息检测传感器（3）的轴线处于同一平面、且分别与水平面形成的两个锐角相同，所述锐角为30～60°； 

所述底座（1）内安装有中央控制信息处理单元，所述中央控制信息处理单元内编写有控制程序，所述控制程序的流程如下： 

Ⅰ、太阳水平方位角的解算与水平跟踪 

首先，安装在水平支架（1）上的偏振光信息检测传感器（3）的四个通道输出分别为如式（1）： 

U_n(θ₀)＝KI(1+dcos(2θ₀-2θ₀))(n=1，2，3，4)（n=1,2,3,4）..（1） 

其中，I是总光强，d是偏振度，θ₀是E矢量方向，θ_n是偏振片偏振透过方向相对参考坐标方向的夹角，K为一常数，由偏振器件的透过率消光比决定； 

然后，获得被测天空区域偏振光的E矢量方向θ₀和偏振度d，即： 

最后，中央控制信息处理单元根据获得的E矢量方向θ₀，控制执行水平运动的伺服电机（6）驱动水平支架（1）水平旋转的角度为±θ₀，即垂直支架（2）在水平面的投影线与太阳子午线在水平面的投影线重合； 

Ⅱ、太阳高度角的检测及垂直跟踪 

安装在垂直支架（2）上的两个偏振光信息检测传感器（3）通过上述Ⅰ中相同的解算方法分别获得偏振度d₁和偏振度d₂，然后对偏振度d₁和偏振度d₂进行差值绝对值运算后得到差值结果，将差值结果与设定的阈值进行比较，当差值结果大于等于阈值时，说明垂直支架（2）的轴线偏离太阳较远，需要控制执行垂直运动的伺服电机（7）驱动垂直支架（2）向偏振度小的偏振光信息检测传感器（3）方向旋转；直至当差值结果小于阈值时，即认为垂直支架（2）的轴线方向正对太阳，完成垂直跟踪；即完成对太阳的跟踪。 

2.根据权利要求1所述的基于仿生偏振光检测的太阳跟踪装置，其特征在于：所述垂直支架（2）上安装有具有四象限光电二极管的自然光检测传感器（4），所述自然光检测传感器（4）的轴线与垂直支架（2）的轴线重合； 

所述中央控制信息处理单元内的控制程序还包括： 

Ⅲ、自然光检测传感器（4）中的四象限光电二极管用于检测经过Ⅱ调整完成后的自然光在四象限光电二极管入射光平面的分布情况，当太阳光斑在四象限光电二极管入射光平面的四象限的分布不均匀时，四个象限分别输入到中央控制单元的光电流不相等，中央控制单元发出指令控制执行垂直运动的伺服电机（7）驱动垂直支架（2）旋转进行微调，直至太阳光斑在四象限光电二极管入射光平面中心形成均匀分布，则完成对太阳的跟踪。 

3.根据权利要求1或2所述的基于仿生偏振光检测的太阳跟踪装置，其特征在于：所述安装在垂直支架（2）上的两个偏振光信息检测传感器（3）的轴线与水平面形成的两个锐角均为45°。 

4.根据权利要求3所述的基于仿生偏振光检测的太阳跟踪装置，其特征在于：步骤Ⅰ中，θ₁、θ₂、θ₃和θ₄分别为0°，90°，60°和150°，则四个通道的输出分别为： 

U₁(θ₀)＝KI(1+dcos(2θ₀))………………………………….（2）U₂(θ₀)＝KI(1-dcos(2θ₀))………………………….……….（3） 

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