基于一维psd的太阳跟踪传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非成像目标跟踪领域，更准确的说本发明涉及基于PSD传感器的太阳位置高精度跟踪装置。
【背景技术】
[0002]高倍聚光光伏发电系统具有目前光伏发电系统中最高的转换效率，使用越高倍数的聚光透镜，发电量也就越高，同时电池板也需要更高精度的太阳跟踪。当聚光倍数为1000倍时，0.15°以上的跟踪偏差，就会使系统的发电量下降10%以上，因此高倍聚光光伏发电系统所需的太阳跟踪精度必须达到0.1°以上。太阳跟踪系统的工作方式通常有3种:开环、闭环以及二者相结合的方式。开环工作方式通过天文历算法，结合当前时间、位置、海拔等信息计算出当前太阳的准确位置，理论精度可达0.001°以上，但由于蒙气差和时钟误差等因素，实际精度在0.1?0.2°之间，且存在累积误差。闭环工作方式通过光电传感器，实时测量跟踪太阳位置，目前，可达0.1°以上精度的传感器有面阵(XD、二维PSD、四象限光电探测器等，但此类传感器价格奇高，并且输出较为复杂，增加了后续数据采集和处理的难度，增加了传感器整体的成本。
[0003]使用2只一维PSD也可以实现太阳位置的探测，但此种方法增加了系统成本，以及后续数据采集和处理的难度，并且必须2只一维PSD同时正常才可工作，降低了系统稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本的基于一维PSD的高精度太阳跟踪传感器。
[0005]本发明采取的技术方案如下:
[0006]基于一维PSD的太阳跟踪传感器，该太阳跟踪传感器包括透明保护顶盖(I)、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);
[0007]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);
[0008]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⑷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⑷的焦距大于透明保护顶盖⑴与一维PSD (6)之间的距离;
[0009]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⑶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a(12)顶部并以周向对称方式布置；透明保护顶盖
(I)设置在单色滤光片(2)顶部，透明保护顶盖(I)、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。
[0010]图形光阑(3)上设置有V形透光孔(14)和定位划线(15)…形透光孔(14)透光，图形光阑(3)上的其余部分不透光…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，太阳位置使该得特定图形处于一维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。
[0011]传感器外壳(5)的材质是铝合金或钢，外壁为银白色并经过防腐蚀处理；传感器外壳(5)内壁除一维PSD (6)安装位置和螺纹位置外，其余部位进行粗糙化处理并覆盖有一层光吸收材料；
[0012]透明保护顶盖(I)的材质是光学玻璃或超白钢化玻璃，加入了可于强光下分解的溴化银粉末；透明保护顶盖(I)的厚度为5?15mm ;
[0013]四只光敏器件(7)的光电特性完全相同，并且光谱响应介于300?IlOOnm ；
[0014]单色滤光片(2)的材质为玻璃，厚度为2?7mm ;
[0015]透镜⑷的材质为光学玻璃；
[0016]自限温电热保温器⑶通电后的温度限制范围为55°C?80°C之间，温度控制精度为±0.1°C，用于减少一维PSD(6)的温漂，使得温漂误差小于0.005°。
[0017]实际应用中使用由一维PSD (6)差分正向输出(18)和差分负向输出(20)构成的差分信号，差分信号由A/D转换器配合单片机系统采集。单片机系统包含有GPS模块，用于太阳位置的辅助计算。
[0018]另外，太阳跟踪传感器的位置可以微调，用以实现使用中零点位置的校准，提升校准精度。
[0019]本发明的工作原理是:将一维PSD安装在图形光阑下方，太阳位置使得图形处于PSD探测窗口的不同位置，使其输出不同的位置关系信号，结合适当的跟踪方法，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。因为一维PSD对光斑位置的分辨率为2 μπι，又由于图形光阑到PSD中心的位置可调，这里设定为30mm，所以使用三角函数可知跟踪精度高于0.01° ;再结合SPA日历算法，可以实现各种天气条件下太阳位置的准确跟踪，且复杂度、成本远远低于目前的其他类型的高精度的太阳跟踪传感器。
【附图说明】
[0020]图1为基于一维PSD的太阳跟踪传感器结构示意图。
[0021]图2为基于一维PSD的太阳跟踪传感器顶视图。
[0022]图3为图形光阑示意图。
[0023]图4为一维PSD外形示意图。
[0024]图5为一种图形光阑不意图。
[0025]图6为一种图形光阑示意图。
[0026]图7为基于一维PSD的太阳跟踪传感器的跟踪流程图。
[0027]图中:1、透明保护顶盖，2、单色滤光片，3、图形光阑，4、透镜，5、传感器外壳，6、一维PSD，7、光敏器件，8、自限温电热保温器，9、透镜搁架a，10、透镜高度调节螺纹a，11、图形光阑搁架，12、透镜搁架b，13、透镜高度调节螺纹b，14、V形透光孔，15、定位划线16、传感器受光探测窗口，17、空引脚，18、差分正向输出，19、偏置电压引脚，20、差分负向输出。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体实施例对本发明的进一步说明。
[0029]以方位角高度角跟踪方式为例对本发明专利进一步说明。
[0030]如图1所示的基于一维PSD的太阳跟踪传感器，该太阳跟踪传感器包括透明保护顶盖(I)、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)、透镜高度调节螺纹a(10)、透镜高度调节螺纹b (13)、图形光阑搁架(11)。
[0031]如图4为一维PSD外形示意图，一维PSD(6)包括探测窗口(16)、空引脚(17)、差分正向输出(18)、偏置电压引脚(19)、差分负向输出(20);探测窗口(16)有一定宽度，探测方向是探测窗口(16)所在矩形的长边方向。
[0032]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O。
[0033]如图7所示是基于一维PSD的太阳跟踪传感器的跟踪流程图。
[0034]在太阳电池板上安装时，一维PSD (6)的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。
[0035]使用时，太阳光透过透明保护顶盖⑴、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。
[0036]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；
[0037]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；
[0038]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；
[0039]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(