用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统技术方案

本发明专利技术属于大气监测技术领域，具体涉及一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统，包括光谱仪和光学组件所述光学组件包括第一反射镜和第二反射镜，太阳光依次经第一、第二反射镜反射后变为竖直光束，第二反射镜的受光区域上开设有一通光孔，穿过该通光孔的太阳光形成一条分支光路，该分支光路经下游光学组件反射和/或折射后投射在PSD位置传感器上本发明专利技术采用PSD位置传感器检测太阳光的角度，并根据检测数据实时调整掩日通量遥测设备的太阳光接受角度，确保光谱仪的光通量始终维持在最大值，本发明专利技术无论是响应速度还是检测精度都远优于现有设备。

【技术实现步骤摘要】
用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统
本专利技术属于大气监测
，具体涉及一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统。
技术介绍
太阳能跟踪系统用于太阳能发电和监测大气时的光谱采集分析系统。用于太阳能发电的太阳跟踪系统目前的主流方式是采用双轴全自动跟踪系统，俯仰轴用于调整太阳能板的俯仰角，方位轴用于控制太阳能板跟踪太阳方位角的变化，根据天文学算法得到的某时某地太阳位置信息，并将此作为控制信号调整太阳能板的状态。SOF(红外掩日通量检测)系统主要由太阳跟踪系统和光谱仪两大模块组成，其中，太阳跟踪是系统直接决定了光谱仪入射光通量的大小，进而影响光谱的质量，最终得到的待测组份的柱浓度和排放通量不仅与反演算法有关，更是由光谱质量直接决定，只有高信噪比的光谱才能得到更准确地柱浓度和排放通量信息。Bruker公司生产的EM27/SUN光谱仪采用以相机为反馈系统的太阳跟踪系统，将CCD放置在入射光阑附近，用于拍摄入射口附近光斑的像，根据图像分析算法监测边缘灰度梯度，控制电机运转，增加入射通量。但是这两种跟踪系统仅适用于定点仪器，对车载式SOF而言跟踪速度和精度远远不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够用于车载掩日通量遥测设备的太阳跟踪系统。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统，包括光谱仪和光学组件，所述光学组件能够利用反射或折射将太阳光导入光谱仪内，所述光学组件包括第一反射镜和第二反射镜，其中第一反射镜是用于接受太阳光的第一道光学组件，太阳光依次经第一、第二反射镜反射后变为竖直光束，该竖直光束经下游光学组件反射和/或折射后进入光谱仪，所述光谱仪与计算机电连接；第二反射镜的受光区域上开设有一通光孔，穿过该通光孔的太阳光形成一条分支光路，该分支光路经下游光学组件反射和/或折射后投射在PSD位置传感器上；所述第一、第二反射镜、PSD位置传感器以及PSD位置传感器与通光孔之间的光学组件均安装在第一电动转台上，所述第一电动转台的转盘轴线竖直设置，所述第一电动转台上还安装有第二电动转台，所述第二电动转台的转盘轴线水平设置，所述第一反射镜安装在第二电动转台的转盘上；所述PSD位置传感器的信号输出端与PSD信号处理模块电连接，PSD信号处理模块与的信号输出端与计算机电连接，计算机与PLC控制模块的信号输入端电连接，所述PLC控制模块的信号输出端与电机驱动器电连接，电机驱动器与第一电动转台和第二电动转台的电机的驱动信号输入端电连接。所述第一电动转台的中心设有供所述竖直光束穿过的通孔，所述第一电动转台的正下方设有倾斜设置的第三反射镜，所述竖直光束经第三反射镜反射后沿水平方向入射到光谱仪内。所述通光孔与PSD位置传感器之间设有抛物面反射镜，所述穿过通光孔的分支光束经抛物面反射镜反射后聚焦至PSD位置传感器上。所述PLC控制模块包括CPU、输入/输出模块、存储模块，以及确定编码方案模块、交叉/变异参数选择模块、动量因子/自适应率选择模块、LM算法整定模块、判断模块。本专利技术的技术效果在于：本专利技术采用PSD位置传感器检测太阳光的角度，并根据检测数据实时调整掩日通量遥测设备的太阳光接受角度，确保光谱仪的光通量始终维持在最大值，本专利技术无论是响应速度还是检测精度都远优于现有设备。附图说明图1是本专利技术的系统原理图；图2是本专利技术的太阳跟踪系统的功能模块框图；图3是本专利技术的电动转台立体结构示意图；图4是本专利技术的PLC功能模块框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。如图1-3所示，一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统，包括光谱仪10和光学组件，所述光学组件能够利用反射或折射将太阳光导入光谱仪10内，所述光学组件包括第一反射镜21和第二反射镜22，其中第一反射镜21是用于接受太阳光的第一道光学组件，太阳光依次经第一、第二反射镜21、22反射后变为竖直光束，该竖直光束经下游光学组件反射和/或折射后进入光谱仪10，所述光谱仪10与计算机30电连接；第二反射镜22的受光区域上开设有一通光孔23，穿过该通光孔23的太阳光形成一条分支光路，该分支光路经下游光学组件反射和/或折射后投射在PSD位置传感器25上；所述第一、第二反射镜21、22、PSD位置传感器25以及PSD位置传感器25与通光孔23之间的光学组件均安装在第一电动转台26上，所述第一电动转台26的转盘261轴线竖直设置，所述第一电动转台26上还安装有第二电动转台27，所述第二电动转台27的转盘271轴线水平设置，所述第一反射镜21安装在第二电动转台27的转盘271上；所述PSD位置传感器25的信号输出端与PSD信号处理模块29电连接，PSD信号处理模块29将PSD传感器25检测的光斑位置信号转换成坐标信号，PSD信号处理模块29与的信号输出端与计算机30电连接，计算机30与PLC控制模块31的信号输入端电连接，所述PLC控制模块31的信号输出端与电机驱动器32电连接，电机驱动器32与第一电动转台26和第二电动转台27的电机262、272的驱动信号输入端电连接。本专利技术采用PSD位置传感器检测太阳光的角度，并根据检测数据实时调整掩日通量遥测设备的太阳光接受角度，确保光谱仪的光通量始终维持在最大值，本专利技术无论是响应速度还是检测精度都远优于现有设备。优选的，所述第一电动转台26的中心设有供所述竖直光束穿过的通孔263，所述第一电动转台26的正下方设有倾斜设置的第三反射镜28，所述竖直光束经第三反射镜28反射后沿水平方向入射到光谱仪10内。优选的，所述通光孔23与PSD位置传感器25之间设有抛物面反射镜24，所述穿过通光孔23的分支光束经抛物面反射镜24反射后聚焦至PSD位置传感器25上。如图4所示，所述PLC控制模块31包括CPU311、输入/输出模块313、存储模块312，以及确定编码方案模块314、交叉/变异参数选择模块315、动量因子/自适应学习率选择模块316、LM算法整定模块317、判断模块318。确定编码方案模块314根据样本数据的取值范围和要求的精度用于确定GA编码采用实数编码或是二进制编码一级编码方式。交叉/变异参数选择模块315用于对遗传算法中用于交叉和变异的自适应交叉率和变异率进行计算。动量因子/自适应学习率选择模块316根据误差函数选择和计算用于调整神经网络权值和阈值的动量因子和学习率，结合LM算法整定模块317的用Levenberg-Marquardt算法寻找全局最小值，在最短的时间内使找到全局最优解，完成神经网络的学习整定过程。判断模块318用于判断GA的迭代次数是否完成和BP神经网络的误差函数是否小于设定的阈值，若GA的迭代次数完成则继续进行交叉变异直至迭代次数，然后进入BP网络的学习过程，当BP网络经过学习整定后，误差函数小于设定的阈值，则整个过程结束，将BP网络的输出值传递给被控对象，完成PID控制。这些模块均集成在松下PLC控制器中，PLC具体型号为为FP-XHC30T,由16个输入端和14个输出端组成。本专利技术的具体控制过程为：当太阳光斑出现在PSD位置传感器25的探测面时，PSD处理模块将处理好光斑的位置发送给计算机30，计算机30采用串口数据采集程序，得到光斑质心坐标与PSD中心点的差值，此即为误差信号此时假定已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统，包括光谱仪(10)和光学组件，所述光学组件能够利用反射或折射将太阳光导入光谱仪(10)内，其特征在于：所述光学组件包括第一反射镜(21)和第二反射镜(22)，其中第一反射镜(21)是用于接受太阳光的第一道光学组件，太阳光依次经第一、第二反射镜(21、22)反射后变为竖直光束，该竖直光束经下游光学组件反射和/或折射后进入光谱仪(10)，所述光谱仪(10)与计算机(30)电连接；第二反射镜(22)的受光区域上开设有一通光孔(23)，穿过该通光孔(23)的太阳光形成一条分支光路，该分支光路经下游光学组件反射和/或折射后投射在PSD位置传感器(25)上；所述第一、第二反射镜(21、22)、PSD位置传感器(25)以及PSD位置传感器(25)与通光孔(23)之间的光学组件均安装在第一电动转台(26)上，所述第一电动转台(26)的转盘(261)轴线竖直设置，所述第一电动转台(26)上还安装有第二电动转台(27)，所述第二电动转台(27)的转盘(271)轴线水平设置，所述第一反射镜(21)安装在第二电动转台(27)的转盘(271)上；所述PSD位置传感器(25)的信号输出端与PSD信号处理模块(29)电连接，PSD信号处理模块(29)与的信号输出端与计算机(30)电连接，计算机(30)与PLC控制模块(31)的信号输入端电连接，所述PLC控制模块(31)的信号输出端与电机驱动器(32)电连接，电机驱动器(32)与第一电动转台(26)和第二电动转台(27)的电机(262、272)的驱动信号输入端电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于掩日通量遥测的太阳跟踪系统，包括光谱仪(10)和光学组件，所述光学组件能够利用反射或折射将太阳光导入光谱仪(10)内，其特征在于：所述光学组件包括第一反射镜(21)和第二反射镜(22)，其中第一反射镜(21)是用于接受太阳光的第一道光学组件，太阳光依次经第一、第二反射镜(21、22)反射后变为竖直光束，该竖直光束经下游光学组件反射和/或折射后进入光谱仪(10)，所述光谱仪(10)与计算机(30)电连接；第二反射镜(22)的受光区域上开设有一通光孔(23)，穿过该通光孔(23)的太阳光形成一条分支光路，该分支光路经下游光学组件反射和/或折射后投射在PSD位置传感器(25)上；所述第一、第二反射镜(21、22)、PSD位置传感器(25)以及PSD位置传感器(25)与通光孔(23)之间的光学组件均安装在第一电动转台(26)上，所述第一电动转台(26)的转盘(261)轴线竖直设置，所述第一电动转台(26)上还安装有第二电动转台(27)，所述第二电动转台(27)的转盘(271)轴线水平设置，所述第一反射镜(21)安装在第二电动转台(27)的转盘(271)上；所述PSD位置传感器(25)的信号输出端与PSD信号处理模块(29)电连接，PSD信号处理模块(29)与的信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相贤，韩昕，高闽光，童晶晶，王亚萍，陈军，石建国，李胜，李妍，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34