一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，包括采光器、传感系统以及信号处理模块，所述采光器包括透镜、镜筒和四根导入光纤，透镜位于镜筒的一端，所述导入光纤的导入端以平齐的方阵排列方式固定在镜筒内并位于透镜的正下方，镜筒的另一端与暗盒连接；所述传感系统为四个光电传感元件，所述光电传感元件直接与位于暗盒内底面的信号处理系统连接，导入光纤的导出端分别与一个光电传感元件连接，每根导入光纤将聚焦光导给相应的光电传感元件，再由信号处理系统将光电传感元件的电信号转换成数字信号，本发明专利技术具有体积小，精度高，结构简单价格低廉等特点，适用于普通的太阳储能设备还可以用于精度要求较高的导光系统以及其他需要光跟踪的场合。

An optical fiber type photoelectric sensor for solar tracking

The present invention provides a method for the optical fiber tracking photoelectric sensor, including a lighting device, sensing system and signal processing module, wherein the lighting device comprises a lens barrel, and four into the optical fiber, one end of the lens barrel is located, just below the end of the introduction into the fiber to flush the fixed arrangement in the square lens barrel and the lens barrel, the other end is connected with the cassette; the sensing system for the four photoelectric sensor, the photoelectric sensor is directly connected with the inner bottom surface in the cassette signal processing system, is introduced into the optical fiber are respectively connected with a photoelectric sensor, each focusing optical fiber will be imported the photoelectric sensing element corresponding to the signal processing system, signal photoelectric sensor is converted into digital signal, the invention has the advantages of small volume, high precision, The utility model has the advantages of simple structure, low cost, etc. the utility model is suitable for common solar energy storage equipment, and can also be used for light guiding systems with higher precision requirements and other occasions requiring light tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器
本专利技术涉及光电传感器，尤其涉及一种采用透镜聚焦多路光纤作为光线导入的太阳跟踪光纤式光电传感器。
技术介绍
当自然资源的枯竭已经严重威胁到了人类的生存时，寻找和开发新能源迫在眉睫，其中太阳能作为一种取之不竭的可再生能源，太阳能的开发是人类可持续发展的重要内容之一。然而由于转换率低、成本过高等因素，在日常生活中太阳能的应用范围相对比较小，所以对于太阳能利用还有很大的开发空间。随着人类对太阳能的研究不断的深入，多种太阳能产品如热水器、太阳能光伏发电等设备已经研制成功并投入生产使用，为人类带来了很大的方便的同时也节约了大量的能源。然而，这只是一小部分，为了更好的充分利用太阳能，目前有大量学者研究对太阳的实时跟踪，实现更充分的利用太阳能。用于太阳跟踪的传感器传统的有光电式传感、光纤式传感器、还有GPS定位系统。一些先进的计算机控制技术对于太阳自动跟踪的效果很好，但是其造价昂贵，维护费用高，只适用于军用及大型高端设备，而GPS定位只能得到一个粗略的数据，无法准确定位。传统的光电式传感器种类很多，价格适中，使用相对比较广泛，然而大多精度不高，精度比较高的结构却又很复杂。有学者提出将光纤和光电传感元件结合的办法简化传感器结构，如中国专利申请号：200910264755，名称为：一种太阳敏感器及其测量方法的专利，利用光纤的导光功能将光电元件与外界隔开，这样确实可以提高精度，但是内部结构过于简单，一根光纤直接接受太阳光量比较小，分辨率比较低并且两组光纤导入端仍然会受到少量余光的影响，效果并没有理论上的理想。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，通过提高光纤接收到的光密度量来提高光电传感器的检测分辨率，并且避免太阳余光对传感元件的影响，提高光电传感器的精度。。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，包括采光器、传感系统以及信号处理系统，其特征在于，所述的采光器包括透镜、镜筒和四根导入光纤，所述透镜置于镜筒的顶端，镜筒的底端与暗盒的上表面连接，四根导光光纤的导入端平齐的的方阵排列固定于镜筒中透镜的正下方中心位置，四根导光光纤的导入端以镜筒的轴线为中心布置，并且相邻两根导入光纤的导入端相接触；所述传感系统包括四个光电传感元件，所述四个光电传感元件分别置于暗盒的四个暗格中，所述四根导入光纤的导出端穿过暗盒的上表面分别与一个光电传感元件连接；所述信号处理系统为控制电路板，置于暗盒的底面，所述光电传感元件与控制电路板电连接。优选地，所述透镜的上方设有滤光片，滤除波长在390nm～780nm之外的光，保留可见光部分。优选地，所述四个光电传感元件为四个型号相同的光电池。优选地，所述四根导入光纤的导入端通过光纤固定管固定于镜筒内，离透镜的距离L满足：其中r’为导光光纤的半径，R为透镜的半径，F为透镜的焦距。优选地，所述四根导入光纤分别穿过暗盒上表面的四个孔，并通过光纤固定圈固定，所述四个孔的圆心连线为正方形。优选地，暗盒为由挡光材料制成的密封正方体，暗盒的盒体内的两个对角线上设有两个相同的且相互交叉的隔光板，形成四个完全相同的暗格，所述四个光电传感元件分别置于所述四个完全相同的暗格中的同一位置。优选地，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述第一镜筒为圆柱形，透镜和光纤固定管均置于第一镜筒中，所述光纤固定管的底端与第一镜筒的底端平齐，所述第二镜筒为圆台形，第二镜筒连接第一镜筒和暗盒，导入光纤的导出端穿过第二镜筒进入暗盒中。优选地，所述导光光纤为塑料光纤或者石英光纤，导光光纤的半径取值范围为0.5～2mm。本专利技术的有益效果：1)本专利技术使用透镜将阳光聚集成光斑，一方面使得导光光纤能够接受到高强度的光，从而极大地削减了余光对传感器的影响，减小检测误差；另一方面，当太阳发生小角度偏移时，光斑能够很灵敏的发生一定位移的偏移，处于对角位置的两根导入光纤接受到的光强相比差值更为明显，很大程度上使得传感器的灵敏度即跟踪精度得到提高。2)由于光纤还可以根据实际情况弯曲，本专利技术将探测光电池集成在暗盒底部的控制电路板上，提高了电控系统的集成度和结构的灵活性。3)本专利技术结构合理，具有灵敏度高，结构简单，体积小等特点，适用于普通的太阳储能设备还可以用于精度要求较高的导光系统以及其他需要光跟踪的场合。附图说明图1为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器立体结构示意图。图2为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器正视图。图3为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器俯视图。图4为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器准直时的效果图。图5为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器光斑发生偏移的效果图。图6为本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器上一组光纤上光斑移动后阴影面积与移动距离的关系曲线图。其中：1.透镜；2.镜筒；3.光纤固定管；4.导光光纤；5.暗盒；6.光纤固定圈；7.暗盒隔板；8.光敏元件；9.控制电路板；10.滤光片；L：透镜到导光光纤端面的距离；F：透镜的焦距。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术所述的一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，包括采光器、传感系统以及信号处理系统。所述采光器包括透镜1、滤光片10、镜筒2、光纤固定管3和四根导入光纤4，镜筒2包括第一镜筒和第二镜筒，第一镜筒为圆柱形，透镜1置于第一镜筒的上端口，滤光片10置于透镜1的上方，滤光片10的滤除波长在390nm～780nm之外的光，保留可见光部分。如图2和图3所示，四根导入光纤4的导入端平齐的固定于光纤固定管3内，并以光纤固定管3的轴线为中心布置，四根导入光纤4均与光纤固定管3的管壁相接触，并且相邻的两根导入光纤4相接触；光纤固定管3置于第一镜筒内，使得导入光纤4的导入端位于透镜1的正下方，光纤固定管3的一端端部与第一镜筒的下端口平齐。第二镜筒为圆台形，连接第一镜筒的下端口和暗盒5的上表面。如图3所示，暗盒5为由挡光材料制成的密封正方体，暗盒5的盒体内的两个对角线上设有两个相同的且相互交叉的隔光板，使得暗盒5内形成四个完全相同的暗格。如图2所示，每个暗格对应的暗盒5的上表面上各设有一个孔，孔径大小刚够一根导入光纤4穿过，四个孔的圆心连线为正方形。所述传感系统包括四个光电传感元件8，本实施例中光电传感元件8为硒光电池，如图3所示，四个硒光电池分别置于暗盒5中的四个暗格中，并位于暗格内的相同位置上。四根导入光纤4的导出端经过第二镜筒，分别穿过暗盒5的上表面上的一个孔并分别与一个硒光电池连接。导入光纤4穿过暗盒5上表面的孔时通过光纤固定圈6固定。所述信号处理系统为控制电路板9，如图2所示，所述控制电路板9位于暗盒5的底面，四个硒光电池均直接连于控制电路板9上。如图4所示，本专利技术工作原理如下：当太阳理想对准传感器的采光部分时，经透镜1聚焦在导光光纤4的导入端产生一个刚好覆盖四根导入光纤4导入端的光斑，每根导入光纤4的导入端全部被光斑覆盖，所以接收到的光强也是一样的；设导光光纤4的半径为r’，而光斑大小是正好覆盖住四根导光光纤4的导入端；根据光纤传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，包括采光器、传感系统以及信号处理系统，其特征在于，所述的采光器包括透镜(1)、镜筒(2)和四根导入光纤(4)，所述透镜(1)置于镜筒(2)的顶端，镜筒(2)的底端与暗盒(5)的上表面连接，四根导光光纤(4)的导入端平齐的固定于镜筒(2)中透镜(1)的正下方中心位置，四根导光光纤(4)的导入端以镜筒(2)的轴线为中心布置，并且相邻两根导入光纤(4)的导入端相接触；所述传感系统包括四个光电传感元件(8)，所述四个光电传感元件(8)分别置于暗盒(5)的四个暗格中，所述四根导入光纤(4)的导出端穿过暗盒(5)的上表面分别与一个光电传感元件(8)连接；所述信号处理系统为控制电路板(9)，置于暗盒(5)的底面，所述光电传感元件(8)与控制电路板(9)电连接，所述信号处理系统将光电池产生的电压差信号转换为数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，包括采光器、传感系统以及信号处理系统，其特征在于，所述的采光器包括透镜(1)、镜筒(2)和四根导入光纤(4)，所述透镜(1)置于镜筒(2)的顶端，镜筒(2)的底端与暗盒(5)的上表面连接，四根导光光纤(4)的导入端平齐的固定于镜筒(2)中透镜(1)的正下方中心位置，四根导光光纤(4)的导入端以镜筒(2)的轴线为中心布置，并且相邻两根导入光纤(4)的导入端相接触；所述传感系统包括四个光电传感元件(8)，所述四个光电传感元件(8)分别置于暗盒(5)的四个暗格中，所述四根导入光纤(4)的导出端穿过暗盒(5)的上表面分别与一个光电传感元件(8)连接；所述信号处理系统为控制电路板(9)，置于暗盒(5)的底面，所述光电传感元件(8)与控制电路板(9)电连接，所述信号处理系统将光电池产生的电压差信号转换为数字信号。2.根据权利要求1所述的用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，其特征在于，所述透镜(1)的上方设有滤光片(10)，滤除波长在390nm～780nm之外的光，保留可见光部分。3.根据权利要求1所述的太阳跟踪的光纤式光电传感器，其特征在于，所述四个光电传感元件(8)为四个型号相同的光电池。4.根据权利要求1所述的用于太阳跟踪的光纤式光电传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，陈明阳，岳震，刘丕丕，郭婧珺，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32