[發明專利]一種多塊狀組合拋物面鏡太陽能聚光板自動對焦方法

有效

• 申請號: 201310393319.0
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103487924A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 萬斌;陳勝勇
• 申請（專利權）人: 萬斌;陳勝勇
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B7/182
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 林寶堂

技術領域

本發明涉及太陽能聚光板相關技術領域，尤其是指一種多塊狀組合拋物面鏡太陽能聚光板自動對焦方法。

背景技術

隨著經濟的高速發展，我們國家對能源的需求也在逐漸增大。根據國家能源局的估算，到2015年，我國的一次能源消費量將達到42億噸標準煤，其中化石能源仍占到90％左右。化石能源是一種不可再生資源。對其大規模的開采利用，即不利于國家的可持續發展，同時又會對我們的生存環境造成嚴重的污染。例如，對空氣質量造成嚴重影響的PM2.5(空氣中直徑小于2.5的微小顆粒)主要來源于化石燃料的大量使用。為了應對當前的能源危機，太陽能作為一種清潔的可再生能源，是未來15年我國能源發展的重點戰略方向。

我國的太陽能資源豐富，特別是在中西部地區就著巨大的開發利用前景。例如在寧夏、甘肅、新疆、青海和西藏等地區，全年日照時數為3200-3300h，即每平方米面積上一年內接受的太陽輻射總量約為8400MJ，相當于285kg標準燃燒所發出的熱量。如果能加以有效利用，將為國家能源戰略目標的實現提供強大的保障。目前在我國，太陽能的主要利用形式是光伏發電及太陽能供熱。光伏發電的效率相對較低，大約為13％-15％。同時由于半導體本身物理性質及制造工藝的限制，效率很難在短時間提高。而后者的效率則可以通過拋物面鏡聚光得以大大提高。

雖然太陽能的分布范圍廣，但是能量分布相對比較分散，單位面積上的太陽輻射功率為僅為1353W。因此，對于大規模在集中利用開發，都需要建造大面積的采光板。特別是在10KW或更高的碟式太陽能發電機系統中，聚光板的面積要求大于30平方米。對于如此巨大的拋物面反射鏡，工藝上很難加工整體部件，而且難以整體運輸安裝。通常的做法是將拋物面鏡分割成若干塊曲面。

在應用過程中，為了保證太陽能的利用效率，每塊曲面鏡要求被放在特定的位置，使得它們的焦點都落在相同的位置。現有的安裝方法主要以人工調試為主，因此普遍存在工作量大，調試周期長，受環境干擾強，安裝精度差等問題。

中國專利申請公布號：CN102455499A，申請公布日2012年5月16日，公開了一種超級聚光設備的制作方法及設備，包括拋物面形聚光器、微型反光鏡片，聚光器設備支架及一個二維太陽光跟蹤系統，所述的聚光器設備支架安裝在二維太陽光跟蹤系統上，所述的拋物面形聚光器安裝在聚光器設備支架上，所述的微型反光鏡片按照一定規則安裝在拋物面形聚光器上，所述的二維太陽光跟蹤器由電子控制器、步進電機等組合而成的電子控制系統、轉動系統，拋物面形聚光器通過二維太陽光跟蹤系統始終對著太陽，超級聚光設備的聚光、對焦都是通過電子控制系統進行檢測，并控制步進電機轉動完成的。該發明的不足之處在于，雖然超級聚光設備的聚光、對焦都是通過電子控制系統進行檢測，并控制步進電機轉動完成的，但是并未涉及到如何通過電子控制系統檢測，以及如何控制步進電機轉動來完成。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中以人工調試為主，普遍存在工作量大、調試周期長、受環境干擾強、安裝精度差等的不足，提供了一種能夠進行快速高效進行自動調試的多塊狀組合拋物面鏡太陽能聚光板自動對焦方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種多塊狀組合拋物面鏡太陽能聚光板自動對焦方法，通過外部成像設備探知當前拋物面鏡實際焦點與目標位置點間的偏移，結合光學成像原理計算出拋物面鏡的各個軸向調節量，然后通過控制架設在鏡面上的伺服電機實現對拋物面鏡焦點的自動精確調節，其具體步驟如下：

a)初始焦點位置信號采集：利用一臺安裝在拋物面鏡軸向上的照相機按預置頻率采集經過目標調節鏡面反射的且與拋物面鏡軸向平行的平行光在位于目標點處的屏上光斑；

b)光斑中心位置計算：對采集到的圖像信息進行處理，計算出光斑強度中心，以此作為該塊拋物面鏡當前狀態下的實際焦點位置；

c)與目標位置偏差量的計算：在采集到的圖像上建立坐標系統，確定實際焦點位置與目標位置之間在各個軸向上的偏差量δx、δy；

d)伺服電機位移計算：計算實際焦點位置與目標坐標位置間距離的差值，這樣就得到了實際焦點位置需要移動的距離和方向，然后將需要移動的距離折算成為伺服電機的信號；

e)控制伺服電機，移動相應距離。

這樣設計能夠完全相機的圖像采集，通過計算機的分析處理，來控制伺服電機進行位置調節，以此來實現太陽能聚光板的自動對焦，達到了能夠進行快速高效進行自動調試的目的。

作為優選，在b)光斑中心位置計算的步驟中，計算光斑強度中心的具體步驟如下：