本發(fā)明屬于太陽跟蹤系統(tǒng)角度檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置。

背景技術(shù)：

太陽跟蹤系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域。太陽跟蹤系統(tǒng)主要由機(jī)械跟蹤支架和自動(dòng)跟蹤控制裝置兩大部分構(gòu)成，在控制方式上主要分為光學(xué)檢測法和天文計(jì)算法。光學(xué)檢測法采用光電傳感器檢測太陽的方位并實(shí)現(xiàn)跟蹤控制，雖然簡單廉價(jià)但可靠性低。天文計(jì)算法通過跟蹤器所處位置的經(jīng)度、緯度和時(shí)間計(jì)算獲得太陽的入射角度，同時(shí)采用角度傳感器測量跟蹤支架的實(shí)際姿態(tài)角度，然后調(diào)整跟蹤支架的實(shí)測姿態(tài)角度與太陽光入射角度一致，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)角度控制。由于天文計(jì)算法跟蹤控制不受天氣和光學(xué)探頭污損的影響，因此跟蹤可靠性和適用性更高。

在天文計(jì)算法太陽跟蹤系統(tǒng)中，需要檢測跟蹤支架的實(shí)際姿態(tài)角才能完成太陽的跟蹤控制。目前在太陽跟蹤系統(tǒng)角度測量中常用的檢測技術(shù)主要是旋轉(zhuǎn)電位器技術(shù)和旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)電位器也被稱為角位移型變阻傳感器，當(dāng)電位器的旋轉(zhuǎn)軸處于不同位置時(shí)電位器中間抽頭與兩個(gè)端頭之間的電阻也不同，通過測量電阻的大小即可測量轉(zhuǎn)軸的絕對轉(zhuǎn)角。但旋轉(zhuǎn)電位器是一種接觸式測量技術(shù)，長時(shí)間使用中會(huì)出現(xiàn)觸頭電極與滑動(dòng)電阻磨損的現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)電位器的測量精度通常為0.1％，針對太陽跟蹤系統(tǒng)的姿態(tài)角度測量，最大測量誤差約為正負(fù)0.36度，只能滿足光伏跟蹤，不能滿足高精度的光聚熱太陽跟蹤控制要求。

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種非接觸式角度測量裝置，通常采用光電原理或電磁原理工作，精度較高。旋轉(zhuǎn)編碼器分為增量式編碼器和絕對位置式編碼器，增量式編碼器只能輸出相對角度變化，通常不能單獨(dú)應(yīng)用于太陽追蹤系統(tǒng)。絕對位置式編碼器的轉(zhuǎn)軸處于不同位置時(shí)編碼器輸出不同的編碼，通過編碼即可高精度測定編碼器轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度。絕對位置式旋轉(zhuǎn)編碼器的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，使用在太陽跟蹤系統(tǒng)中會(huì)顯著提高整個(gè)跟蹤系統(tǒng)的成本，經(jīng)濟(jì)性差。

無論是旋轉(zhuǎn)電位器還是旋轉(zhuǎn)編碼器，這一類測角裝置通常都由一個(gè)測量裝置和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，兩者被封裝在一個(gè)殼體內(nèi)。使用時(shí)測量裝置和轉(zhuǎn)軸被分別連接到旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)角測量。為了保證同軸工作，安裝時(shí)要求傳感器出軸嚴(yán)格位于機(jī)械回轉(zhuǎn)裝置中心上，否則轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)軸彎曲變形，進(jìn)而損壞測量裝置。由于嚴(yán)格同心很難做到，工程實(shí)踐上通常需要增加柔性聯(lián)軸器來實(shí)現(xiàn)連接，導(dǎo)致安裝成本提高且安裝施工麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置，解決了現(xiàn)有太陽跟蹤支架旋轉(zhuǎn)角測量裝置成本高、安裝要求嚴(yán)格、精度低的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置，包括第一標(biāo)記磁鐵和用于檢測第一標(biāo)記磁鐵磁力線方向的第一磁場角度傳感器，第一標(biāo)記磁鐵和第一磁場角度傳感器之間有間隙。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

第一磁場角度傳感器包括第一磁場敏感元件，第一磁場敏感元件分別連接有第一供電電源和第一數(shù)字式處理器，第一供電電源與第一數(shù)字式處理器連接。

第一磁場角度傳感器安裝在與跟蹤支架地基固接的固定支架上，第一標(biāo)記磁鐵安裝在跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心軸上。

第一標(biāo)記磁鐵安裝在與跟蹤支架地基固接的固定支架上，第一磁場角度傳感器安裝在跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心軸上。

還包括第二標(biāo)記磁鐵和用于檢測第二標(biāo)記磁鐵磁力線方向的第二磁場角度傳感器，第二標(biāo)記磁鐵和第二磁場角度傳感器之間有間隙。

第二磁場角度傳感器包括第二磁場敏感元件，第二磁場敏感元件分別連接有第二供電電源和第二數(shù)字式處理器，第二供電電源與第二數(shù)字式處理器連接。

第二標(biāo)記磁鐵安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上一級減速系統(tǒng)的初級傳動(dòng)軸上，第二磁場角度傳感器安裝在與旋轉(zhuǎn)軸同心的支架上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置，實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)的單圈絕對值型角度測量要求；角度測量系統(tǒng)的測量裝置與磁性測量基準(zhǔn)物之間采用磁場耦合測量，沒有長期使用中的磨損問題；磁場耦合測量無需連軸器等輔助裝置，安裝施工方便；兩級單圈絕對值型角度測量裝置可通過組合提高測量精度，滿足高精度的光聚熱跟蹤系統(tǒng)測量要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置中第一磁場角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置中第二磁場角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置中兩級測量系統(tǒng)信號組合示意圖；

圖5是本發(fā)明分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置中磁場角度傳感器工作原理圖。

圖中，1.第一標(biāo)記磁鐵，2.第一磁場角度傳感器，3.固定支架，4.跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，5.跟蹤承載物，6.旋轉(zhuǎn)支撐，7.第二標(biāo)記磁鐵，8.第二磁場角度傳感器，9.初級傳動(dòng)軸，10.第一磁場敏感元件，11.第一數(shù)字式處理器，12.第一供電電源，13.旋轉(zhuǎn)中軸，14.磁力線，15.第二磁場敏感元件，16.第二數(shù)字式處理器，17.第二供電電源。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括第一標(biāo)記磁鐵1和用于檢測第一標(biāo)記磁鐵1磁力線方向的第一磁場角度傳感器2，第一標(biāo)記磁鐵1和第一磁場角度傳感器2之間有間隙，相互之間不接觸，依靠磁場進(jìn)行耦合檢測，無需聯(lián)軸器等附屬結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，第一磁場角度傳感器2包括第一磁場敏感元件10，第一磁場敏感元件10分別連接有第一供電電源12和第一數(shù)字式處理器11，第一供電電源12與第一數(shù)字式處理器11連接。

實(shí)施例1

第一磁場角度傳感器2安裝在與跟蹤支架地基固接的固定支架3上即保持靜止，第一標(biāo)記磁鐵1安裝在跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的中心軸上隨支架轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)跟蹤支架及其上的跟蹤承載物5繞旋轉(zhuǎn)支撐6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)第一標(biāo)記磁鐵1同步旋轉(zhuǎn)，磁力線方向發(fā)生變化，第一磁場角度傳感器2通過測定磁力線方向測量跟蹤支架的絕對旋轉(zhuǎn)角度。

實(shí)施例2

將實(shí)施例1中第一標(biāo)記磁鐵1與第一磁場角度傳感器2安裝位置互換，即第一標(biāo)記磁鐵1安裝在與跟蹤支架地基固接的固定支架3上，保持靜止，第一磁場角度傳感器2安裝在跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的中心軸上隨支架轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)施例1和實(shí)施例2實(shí)現(xiàn)低精度跟蹤角度測量。

實(shí)施例3

在上述實(shí)施例1或者實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，還安裝有第二標(biāo)記磁鐵7和用于檢測第二標(biāo)記磁鐵7磁力線方向的第二磁場角度傳感器8，第二標(biāo)記磁鐵7和第二磁場角度傳感器8之間有間隙，不接觸。

如圖3所示，第二磁場角度傳感器8包括第二磁場敏感元件15，第二磁場敏感元件15分別連接有第二供電電源17和第二數(shù)字式處理器16，第二供電電源17與第二數(shù)字式處理器16連接。

第二標(biāo)記磁鐵7安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上一級減速系統(tǒng)的初級傳動(dòng)軸9上，第二磁場角度傳感器8安裝在與旋轉(zhuǎn)軸同心的支架上。初級傳動(dòng)軸9帶動(dòng)第二標(biāo)記磁鐵7旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二磁場角度傳感器8通過測定第二標(biāo)記磁鐵7的磁力線方向檢測初級傳動(dòng)軸9的轉(zhuǎn)角位置。

實(shí)施例3實(shí)現(xiàn)兩級式高精度跟蹤角度測量。

關(guān)于實(shí)施例3，在初級傳動(dòng)軸9與跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4之間存在一個(gè)減速比N，如圖4所示，當(dāng)初級傳動(dòng)軸9轉(zhuǎn)過N圈以后，跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4旋轉(zhuǎn)360度(圖3中N＝8)。旋轉(zhuǎn)角測量裝置在第一磁場角度傳感器2輸出信號的基礎(chǔ)上，在其不同測量區(qū)域中采用第二磁場角度傳感器8的信號對測量結(jié)果進(jìn)行細(xì)分，從而提高整體測量精度。

如：在跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4處于45-90度時(shí)，旋轉(zhuǎn)角測量裝置可判斷初級轉(zhuǎn)動(dòng)軸9工作于第2圈(以此類推90-135度工作于第3圈)，初級轉(zhuǎn)動(dòng)軸9做0-360度旋轉(zhuǎn)等效于跟蹤支架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的角度從45-90度變化，在系統(tǒng)沒有齒隙誤差的情況下，假設(shè)初級傳動(dòng)軸9角度測量精度0.1％，最大誤差為正負(fù)0.36度，這一角度誤差折算到下一級跟蹤支架傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4上則角度誤差則為正負(fù)0.045，整體精度為0.0125％，精度提高8倍(與兩級傳動(dòng)的減速比相同)。

本發(fā)明中第一標(biāo)記磁鐵1與第一磁場角度傳感器2的測量原理如圖5所示：第一標(biāo)記磁鐵1與第一磁場敏感元件10同軸布置，當(dāng)?shù)谝粯?biāo)記磁鐵1繞旋轉(zhuǎn)中軸13旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場的磁力線14也隨之旋轉(zhuǎn)，第一磁場敏感元件10檢測磁場角度的變化，通過第一數(shù)字式處理器11運(yùn)算分析后輸出角度測量信號。

第二標(biāo)記磁鐵7與第二磁場角度傳感器8的測量原理同上。

本發(fā)明基于磁場檢測的分離式太陽追蹤系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角測量裝置，實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)的單圈絕對值型角度測量要求；角度測量系統(tǒng)的測量裝置與磁性測量基準(zhǔn)物之間采用磁場耦合測量，沒有長期使用中的磨損問題；磁場耦合測量無需連軸器等輔助裝置，安裝施工方便；兩級單圈絕對值型角度測量裝置可通過組合提高測量精度，滿足高精度的光聚熱跟蹤系統(tǒng)測量要求。