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CN106441080B - 基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置 - Google Patents

基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置 Download PDF

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CN106441080B CN201610783835.8A CN201610783835A CN106441080B CN 106441080 B CN106441080 B CN 106441080B CN 201610783835 A CN201610783835 A CN 201610783835A CN 106441080 B CN106441080 B CN 106441080B
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

本发明公开了基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，包括第一标记磁铁和用于检测第一标记磁铁磁力线方向的第一磁场角度传感器，第一标记磁铁和第一磁场角度传感器之间有间隙。本发明基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，实现了廉价的单圈绝对值型角度测量要求；角度测量系统的测量装置与磁性测量基准物之间采用磁场耦合测量，没有长期使用中的磨损问题；磁场耦合测量无需连轴器等辅助装置，安装施工方便；两级单圈绝对值型角度测量装置可通过组合提高测量精度，满足高精度的光聚热跟踪系统测量要求。

Description

基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置
技术领域
本发明属于太阳跟踪系统角度检测技术领域，具体涉及一种基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置。
背景技术
太阳跟踪系统广泛应用于太阳能光伏发电和太阳能光热发电领域。太阳跟踪系统主要由机械跟踪支架和自动跟踪控制装置两大部分构成，在控制方式上主要分为光学检测法和天文计算法。光学检测法采用光电传感器检测太阳的方位并实现跟踪控制，虽然简单廉价但可靠性低。天文计算法通过跟踪器所处位置的经度、纬度和时间计算获得太阳的入射角度，同时采用角度传感器测量跟踪支架的实际姿态角度，然后调整跟踪支架的实测姿态角度与太阳光入射角度一致，实现闭环角度控制。由于天文计算法跟踪控制不受天气和光学探头污损的影响，因此跟踪可靠性和适用性更高。
在天文计算法太阳跟踪系统中，需要检测跟踪支架的实际姿态角才能完成太阳的跟踪控制。目前在太阳跟踪系统角度测量中常用的检测技术主要是旋转电位器技术和旋转编码器技术。
旋转电位器也被称为角位移型变阻传感器，当电位器的旋转轴处于不同位置时电位器中间抽头与两个端头之间的电阻也不同，通过测量电阻的大小即可测量转轴的绝对转角。但旋转电位器是一种接触式测量技术，长时间使用中会出现触头电极与滑动电阻磨损的现象。旋转电位器的测量精度通常为0.1％，针对太阳跟踪系统的姿态角度测量，最大测量误差约为正负0.36度，只能满足光伏跟踪，不能满足高精度的光聚热太阳跟踪控制要求。
旋转编码器是一种非接触式角度测量装置，通常采用光电原理或电磁原理工作，精度较高。旋转编码器分为增量式编码器和绝对位置式编码器，增量式编码器只能输出相对角度变化，通常不能单独应用于太阳追踪系统。绝对位置式编码器的转轴处于不同位置时编码器输出不同的编码，通过编码即可高精度测定编码器转轴的旋转角度。绝对位置式旋转编码器的缺点是价格昂贵，使用在太阳跟踪系统中会显著提高整个跟踪系统的成本，经济性差。
无论是旋转电位器还是旋转编码器，这一类测角装置通常都由一个测量装置和一个转动的转轴构成，两者被封装在一个壳体内。使用时测量装置和转轴被分别连接到旋转机械的固定部件和转动部件上，实现旋转机械的转角测量。为了保证同轴工作，安装时要求传感器出轴严格位于机械回转装置中心上，否则转动时会使转轴弯曲变形，进而损坏测量装置。由于严格同心很难做到，工程实践上通常需要增加柔性联轴器来实现连接，导致安装成本提高且安装施工麻烦。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，解决了现有太阳跟踪支架旋转角测量装置成本高、安装要求严格、精度低的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，包括第一标记磁铁和用于检测第一标记磁铁磁力线方向的第一磁场角度传感器，第一标记磁铁和第一磁场角度传感器之间有间隙。
本发明的特点还在于：
第一磁场角度传感器包括第一磁场敏感元件，第一磁场敏感元件分别连接有第一供电电源和第一数字式处理器，第一供电电源与第一数字式处理器连接。
第一磁场角度传感器安装在与跟踪支架地基固接的固定支架上，第一标记磁铁安装在跟踪支架转动机构的中心轴上。
第一标记磁铁安装在与跟踪支架地基固接的固定支架上，第一磁场角度传感器安装在跟踪支架转动机构的中心轴上。
还包括第二标记磁铁和用于检测第二标记磁铁磁力线方向的第二磁场角度传感器，第二标记磁铁和第二磁场角度传感器之间有间隙。
第二磁场角度传感器包括第二磁场敏感元件，第二磁场敏感元件分别连接有第二供电电源和第二数字式处理器，第二供电电源与第二数字式处理器连接。
第二标记磁铁安装在旋转驱动机构的上一级减速系统的初级传动轴上，第二磁场角度传感器安装在与旋转轴同心的支架上。
本发明的有益效果是：本发明基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，实现了廉价的单圈绝对值型角度测量要求；角度测量系统的测量装置与磁性测量基准物之间采用磁场耦合测量，没有长期使用中的磨损问题；磁场耦合测量无需连轴器等辅助装置，安装施工方便；两级单圈绝对值型角度测量装置可通过组合提高测量精度，满足高精度的光聚热跟踪系统测量要求。
附图说明
图1是本发明分离式太阳追踪系统旋转角测量装置的结构示意图；
图2是本发明分离式太阳追踪系统旋转角测量装置中第一磁场角度传感器的结构示意图；
图3是本发明分离式太阳追踪系统旋转角测量装置中第二磁场角度传感器的结构示意图；
图4本发明分离式太阳追踪系统旋转角测量装置中两级测量系统信号组合示意图；
图5是本发明分离式太阳追踪系统旋转角测量装置中磁场角度传感器工作原理图。
图中，1.第一标记磁铁，2.第一磁场角度传感器，3.固定支架，4.跟踪支架转动机构，5.跟踪承载物，6.旋转支撑，7.第二标记磁铁，8.第二磁场角度传感器，9.初级传动轴，10.第一磁场敏感元件，11.第一数字式处理器，12.第一供电电源，13.旋转中轴，14.磁力线，15.第二磁场敏感元件，16.第二数字式处理器，17.第二供电电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，结构如图1所示，包括第一标记磁铁1和用于检测第一标记磁铁1磁力线方向的第一磁场角度传感器2，第一标记磁铁1和第一磁场角度传感器2之间有间隙，相互之间不接触，依靠磁场进行耦合检测，无需联轴器等附属结构。
如图2所示，第一磁场角度传感器2包括第一磁场敏感元件10，第一磁场敏感元件10分别连接有第一供电电源12和第一数字式处理器11，第一供电电源12与第一数字式处理器11连接。
实施例1
第一磁场角度传感器2安装在与跟踪支架地基固接的固定支架3上即保持静止，第一标记磁铁1安装在跟踪支架转动机构4的中心轴上随支架转动。当跟踪支架及其上的跟踪承载物5绕旋转支撑6转动时第一标记磁铁1同步旋转，磁力线方向发生变化，第一磁场角度传感器2通过测定磁力线方向测量跟踪支架的绝对旋转角度。
实施例2
将实施例1中第一标记磁铁1与第一磁场角度传感器2安装位置互换，即第一标记磁铁1安装在与跟踪支架地基固接的固定支架3上，保持静止，第一磁场角度传感器2安装在跟踪支架转动机构4的中心轴上随支架转动。
实施例1和实施例2实现低精度跟踪角度测量。
实施例3
在上述实施例1或者实施例2的基础上，还安装有第二标记磁铁7和用于检测第二标记磁铁7磁力线方向的第二磁场角度传感器8，第二标记磁铁7和第二磁场角度传感器8之间有间隙，不接触。
如图3所示，第二磁场角度传感器8包括第二磁场敏感元件15，第二磁场敏感元件15分别连接有第二供电电源17和第二数字式处理器16，第二供电电源17与第二数字式处理器16连接。
第二标记磁铁7安装在旋转驱动机构的上一级减速系统的初级传动轴9上，第二磁场角度传感器8安装在与旋转轴同心的支架上。初级传动轴9带动第二标记磁铁7旋转时，第二磁场角度传感器8通过测定第二标记磁铁7的磁力线方向检测初级传动轴9的转角位置。
实施例3实现两级式高精度跟踪角度测量。
关于实施例3，在初级传动轴9与跟踪支架转动机构4之间存在一个减速比N，如图4所示，当初级传动轴9转过N圈以后，跟踪支架转动机构4旋转360度(图3中N＝8)。旋转角测量装置在第一磁场角度传感器2输出信号的基础上，在其不同测量区域中采用第二磁场角度传感器8的信号对测量结果进行细分，从而提高整体测量精度。
如：在跟踪支架转动机构4处于45-90度时，旋转角测量装置可判断初级转动轴9工作于第2圈(以此类推90-135度工作于第3圈)，初级转动轴9做0-360度旋转等效于跟踪支架转动机构4的角度从45-90度变化，在系统没有齿隙误差的情况下，假设初级传动轴9角度测量精度0.1％，最大误差为正负0.36度，这一角度误差折算到下一级跟踪支架传动机构4上则角度误差则为正负0.045，整体精度为0.0125％，精度提高8倍(与两级传动的减速比相同)。
本发明中第一标记磁铁1与第一磁场角度传感器2的测量原理如图5所示：第一标记磁铁1与第一磁场敏感元件10同轴布置，当第一标记磁铁1绕旋转中轴13旋转时，其磁场的磁力线14也随之旋转，第一磁场敏感元件10检测磁场角度的变化，通过第一数字式处理器11运算分析后输出角度测量信号。
第二标记磁铁7与第二磁场角度传感器8的测量原理同上。
本发明基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，实现了廉价的单圈绝对值型角度测量要求；角度测量系统的测量装置与磁性测量基准物之间采用磁场耦合测量，没有长期使用中的磨损问题；磁场耦合测量无需连轴器等辅助装置，安装施工方便；两级单圈绝对值型角度测量装置可通过组合提高测量精度，满足高精度的光聚热跟踪系统测量要求。

Claims (3)

1.基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，其特征在于，包括第一标记磁铁(1)和用于检测第一标记磁铁(1)磁力线方向的第一磁场角度传感器(2)，第一标记磁铁(1)和第一磁场角度传感器(2)之间有间隙；
所述第一磁场角度传感器(2)安装在与跟踪支架地基固接的固定支架(3)上，固定支架(3)的上方安装有旋转支撑(6)，旋转支撑(6)的上方依次安装有水平旋转的跟踪支架转动机构(4)和跟踪承载物(5)，所述第一标记磁铁(1)安装在跟踪支架转动机构(4)的中心轴上；或者所述第一标记磁铁(1)安装在与跟踪支架地基固接的固定支架(3)上，所述第一磁场角度传感器(2)安装在跟踪支架转动机构(4)的中心轴上；
还包括第二标记磁铁(7)和用于检测第二标记磁铁(7)磁力线方向的第二磁场角度传感器(8)，第二标记磁铁(7)和第二磁场角度传感器(8)之间有间隙；
所述第二标记磁铁(7)安装在旋转驱动机构的上一级减速系统的初级传动轴(9)上，初级传动轴(9)旋转驱动跟踪支架转动机构(4)旋转，第二磁场角度传感器(8)安装在与初级传动轴(9)同心的支架上。
2.根据权利要求1所述的基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，其特征在于，所述第一磁场角度传感器(2)包括第一磁场敏感元件(10)，第一磁场敏感元件(10)分别连接有第一供电电源(12)和第一数字式处理器(11)，第一供电电源(12)与第一数字式处理器(11)连接。
3.根据权利要求1所述的基于磁场检测的分离式太阳追踪系统旋转角测量装置，其特征在于，所述第二磁场角度传感器(8)包括第二磁场敏感元件(15)，第二磁场敏感元件(15)分别连接有第二供电电源(17)和第二数字式处理器(16)，第二供电电源(17)与第二数字式处理器(16)连接。
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