[发明专利]基于一维PSD的太阳跟踪传感器

摘要

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。

主权项

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b(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，太阳位置使得该特定图形处于一维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；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0；安装时，一维PSD安装平面与太阳电池板平面相平行，一维PSD的探测方向沿着太阳电池板的方位角方向，当太阳电池板的方位角为180°时，V形透光孔(14)的V型开口指向正北方向；使用时，太阳光透过透明保护顶盖(1)、单色滤光片(2)、图形光阑(3)、透镜(4)在一维PSD(6)的探测窗口(16)上成像，形成图形光斑；开机后，单片机和整个传感器完成初始化；使用四个光敏器件(7)的输出强度来判断太阳光强度是否大于100勒克斯光照下的输出强度；如果光强小于100勒克斯，那么认为太阳并未升起，程序结束；如果光强大于100勒克斯，则启用日历查询，首次查询使用GPS模块查找并存储时间和地理坐标信息，以后直接从存储结果查询时间和地理坐标信息；使用SPA天文算法，计算出太阳位置，结合当前太阳电池板位置进行调整；调整完毕后检测一维PSD(6)是否有输出；如果没有输出信号，则说明一维PSD(6)出现问题，单片机报错提醒修理，并继续使用日历查询算法跟踪太阳位置，调整完毕后返回光强检测继续下一轮调整；如果有输出信号，则继续使用一维PSD(6)以提高跟踪精度；此时向西调整太阳电池板的方位角，并检测差分信号是否持续变小，如果持续变小，则证明调整方向正确，继续调整，直到差分信号出现最小值，停止调整方位角，此时方位角调整完毕；如果差分信号变大，则说明调整方向错误，转为向东整太阳电池板的方位角，直到差分信号出现最小值，停止调整方位角，此时方位角调整完毕；此后通过检测差分信号的正负特性来判断高度角是否正确；如果差分信号为负，则增大太阳电池板的仰角，直到差分信号变为0，此时高度角调整完毕；如果差分信号为正，则减小太阳电池板的仰角，直到差分信号变为0，此时高度角调整完毕；此时太阳电池板位置一轮调整结束，程序返回光强探测，继续下一轮调整；以上差分信号，测量电压信号或加适当负载连接后测量电流信号。