信標指示器的製作方法
2023-06-11 20:46:26 2
專利名稱：信標指示器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能利用技術領域，特別涉及一種高背景光下利用聚能後的太陽光形成可被搜索到的信標光的信標指示器。
背景技術：
白天在野外進行遠距光學通信試驗時，建立光學鏈路是首先需要解決的問題。由於距離大於五公裡後，單純靠人眼的視力或普通的光學望遠鏡，在茫茫的背景中分辨出流動的試驗點是一件非常困難的事情。但白天距離十公裡外的汽車擋風玻璃的反光卻可以很好的被人眼發現，因此，在白天利用太陽光進行流動試驗點的遠距定位指示，使得遠距離光學鏈路的建立成為一種可能。專利CN100585296C公開了一種自主式日光反射裝置和控制方法，通過搜索傳感器調節日光反射鏡，將光線投射到目標傳感器上，但該方法投射的日光範圍受到限制，只能以南向為主，且反射光強受制於反射鏡面積的大小，其用途主要是作為太陽能轉換裝置使用，不能作為信標指示用。專利CN101213482A公開了一種全向光引擎，可以將LED陣列光匯聚後全向投射出去，其目的是實現高亮度的全向照明，不能作為白天信標光使用。專利CN102591363A公開了一種太陽光反射裝置，主要用於改善北向房間的採光和取暖問題，難以作為信標指示器使用。專利CN100386577C公開了一種太陽光採集裝置，通過濾光片、雙凸非球面透鏡將可見光匯聚入光纖中，可作為二次利用太陽光的光源參考。專利CN102411375A公開了一種圖像採集的日光反射裝置系統，通過攝像頭採集設定的光斑計算出投射角度，滿足太陽軌跡變化時保持太陽光線實時反射到收集器上的目的，方法新穎但設備過於龐大複雜，不能作為信標指示器使用。到目前為止，將聚能後的太陽光形成可被搜索到的信標光的信標指示器還沒有見諸報導。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種信標指示器，該信標指示器能夠針對不同入射角度的太陽光聚能後形成聚能光，將聚能光自適應的全反射形成反射光，在與上述反射光相垂直的平面內將反射光投射出去形成可被搜索到的信標光。本實用新型提供的一種信標指示器，將太陽光收聚形成可被搜索到的信標光，具有這樣的特徵:包括，聚能光部，用於將太陽光收聚形成聚能光；調節反射部，用於將聚能光全反射形成反射光；全向投射部，用於將反射光在與反射光相垂直的平面內反射形成信標光；控制部，用於控制調節反射部和全向投射部；以及電源部，用於向調節反射部和全向投射部提供電源，其中，聚能光部包含設置在太陽光的光路上的透鏡組和與透鏡組垂直固定安裝的第一調節架，全向投射部包含用於接收反射光的投射鏡、驅動投射鏡在平面內旋轉的全向驅動部以及使投射鏡的中心點、全向驅動部的中心點正投影設置的第二調節支架，調節反射部包含至少一個軸承、可測量第一調節架和第二調節架之間的支架夾角的測角編碼器、設置在聚能光的光路上的反射鏡以及驅動反射鏡旋轉使聚能光全反射到投射鏡上的反射驅動部，控制部用於控制反射驅動部和全向驅動部。在本實用新型的信標指示器中，還可以具有這樣的特徵:其中，全向投射部還包含用於測定和獲取上述旋轉的旋轉角度的電子羅盤、被設置在反射光的光路上且用於探測反射光的強度值的探測器，電子羅盤的中心點、探測器的中心點與投射鏡的中心點呈正投
影設置。在本實用新型的信標指示器中，還可以具有這樣的特徵:還包含，輸入部，用於輸入反射光的強度閾值；警報部，用於反射光的強度值小於強度閾值時發出警報；以及顯示部，用於顯示強度閾值、反射光的強度值、旋轉角度以及支架夾角等，其中，輸入部、警報部以及顯示部分別與控制部、電源部連接。在本實用新型的信標指示器中，還可以具有這樣的特徵:其中，透鏡組含有光闌、複數個凸透鏡，光闌和複數個凸透鏡平行投影設置。在本實用新型的信標指示器中，還可以具有這樣的特徵:其中，調節反射部包含兩個軸承和支撐兩個軸承且使兩個軸承對向安裝的固定架。在本實用新型的信標指示器中，還可以具有這樣的特徵:其中，全向投射部中還設有分別安裝在全向驅動部兩個對向面上的第一卡接件和第二卡接件、與第一卡接件連接安裝的空心安裝柱，第二反射鏡安裝在具有45°斜截面的空心安裝柱上，第二反射鏡與斜截面相背粘貼，電子羅盤安裝在第二卡接件上。本實用新型的效果在於:聚能光部將太陽光收聚形成高亮度的聚能光投射到反射鏡上，根據支架夾角，控制部將調節反射鏡旋轉，使聚能光在反射鏡上達到全反射，根據支架夾角調節反射鏡這一過程是自適應，實現了遠距離光學試驗中流動點的信標指示，讓遠距離光學鏈路的建立成為可能。
圖1是本實用新型的具體實施例中的信標指示器結構示意圖；圖2是本實用新型的具體實施例中的調節反射部的立體結構示意圖；圖3是本實用新型的具體實施例中的反射調節部中軸承局部放大結構示意圖；圖4是本實用新型的具體實施例中的控制原理示意框圖；圖5是本實用新型中實施例中進行信標指示的流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型中實施例中的信標指示器結構示意圖。如圖1所示，實施例中的信標指示器100設有聚能光部1、調節反射部2、全向投射部3。晴朗的白天情況下，聚能光部I接收太陽光4收聚形成高能量、高亮度的聚能光5，聚能光5通過調節反射部2的全反射後形成反射光6，將反射光6在與反射光6相垂直的平面內360°旋轉垂直反射出去，形成可被搜索到的信標光7。 聚能光部I設有接受太陽光4入射的透鏡組8和第一調節支架9，沿著太陽光4的入射光路上的透鏡組8中平行投影設置有光闌8a、第一凸透鏡Sb以及第二凸透鏡Sc，第二凸透鏡8c的直徑小於第一凸透鏡Sb的直徑。透鏡組8使得入射的太陽光4能夠收聚增強。另外光闌8a具有圖1中未標出的光闌孔，不同的光闌孔的孔徑可以用於調節入射的太陽光4的能量，本實施例中選擇通光量最大的光闌孔。光闌8a、第一凸透鏡Sb以及第二凸透鏡Sc沿著太陽光4的光路順次垂直固定安裝在第一調節支架9上，其中，第一調節架9採用鋁型材自製，光闌8a為自製的,材料為招,第一凸透鏡8b的直徑100mm、焦距135mm,第二凸透鏡8c的直徑30_、焦距50_。全向投射部3包含用於接收反射光6入射的投射鏡10、全向驅動部11、電子羅盤12、探測器13以及使上述投射鏡10的中心點、上述全向驅動部11的中心點、上述電子羅盤12的中心點以及上述探測器13的中心點正投影設置的圖1中未畫出的第二調節支架。全向驅動部3驅動投射鏡10在與反射光6相垂直的平面內360°旋轉或者停止，當被投射鏡10垂直投射後，並且可被固定點搜索到就形成信標光7。其中，第二調節架採用鋁型材自製，投射鏡10採用30*50*5mm平面鍍鋁反射鏡，反射率大於90%，全向驅動部11採用圖1中未顯示的空心軸57式步進電機和128式細分驅動器，空心軸內孔直徑為8_，步進角1.8° /脈衝，使用時經細分達到0.18° /脈衝即可滿足要求，電子羅盤12選用GY-26電子指南針模塊，測量範圍0-360°，測量精度1°，響應頻率25Hz，探測器13選用圖1中未顯示的BH1750FVI晶片和自製Φ5πιπι尺寸的PCB板組合，應儘量降低對反射光6的遮擋損耗。投射鏡10背向粘貼在空心安裝柱14的45°斜截面上，投射鏡10通過空心安裝柱14與第一卡接件15的連接安裝在全向驅動部11上，從而全向驅動部11可以驅動投射鏡10在與反射光6垂直的平面內360°旋轉或停止。與上述第一^^接件15對向安裝，第二卡接件16安裝在全向驅動部11的另一面上，電子羅盤12通過第二卡接件16安裝全向驅動部11的另一面上，S卩、圖1中所示的，電子羅盤12安裝位於全向驅動部11的上側面，投射鏡10安裝位於全向驅動部11的下側面，電子羅盤12用於測定、獲取全向驅動部11驅動投射鏡10旋轉的旋轉角度。探測器13安裝在圖1中未畫出的第二調節支架上，用於探測反射光6的強度值，被設置在所述反射光6的光路上。調節反射部2中的反射鏡17被設置在聚能光5的光路上，用於將聚能光5全反射到投射鏡10中，第一調節支架9和圖1中未畫出的第二調節支架分別與反射調節部2連接。其中，反射鏡17採用30*50*5mm平面鍍鋁反射鏡，反射率大於90%。圖2是本實用新型中實施例中的調節反射部的立體結構示意圖。如圖2所示，圖2顯示的是從圖1中F方向上觀察到的調節反射部2的結構。調節反射部2包含兩個對向安裝的第一滾動軸承18和第二滾動軸承19、測角編碼器20、反射鏡17、反射驅動部21以及用於安裝固定的固定架22。其中，反射驅動部21採用圖2中未顯示的常規57式步進電機及128式細分驅動器，步進角1.8° /脈衝，使用時經細分達到
0.18° /脈衝即可滿足要求，第一滾動軸承18、第二滾動軸承19採用普通滾動軸承即可，尺寸25*47*12mm，測角的編碼器20採用絕對式編碼器，型號為歐姆龍的E6CP-AG5C，10位測量精度。如圖2中左虛線圈內示意的第一滾動軸承18中都設有第一內圈18a和第一外圈18b，如圖2中右虛線圈內示意的第二滾動軸承19中都設有第二內圈19a和第二外圈19b。第一滾動軸承18、第二滾動軸承19分別固定安裝在第二調節架23上，反射驅動部21設有驅動軸21a，該驅動軸21a伸入穿透第一內圈18a，驅動軸21a上安裝有反射鏡17，從而驅動反射鏡17旋轉，調整角度 。[0031]測角編碼器20中設有旋轉軸20a，旋轉軸20a上設有卡盤20b，將卡盤20b卡合在第二內圈19a的孔裡，第一調節支架9與第二內圈19a過盈連接，第二調節支架23與第二外圈19b過盈連接，測角編碼器20固定安裝在第二調節支架23上。如圖1-2中所示，通過第二內圈19a和第二外圈19b的相對旋轉，第一調節架9與第二調節架23之間的支架夾角24可以任意調節。通過第二內圈19a與卡盤20b的卡合，測角編碼器20中的旋轉軸20a旋轉，從而實現測角功能。如圖1-2所示，人工調節第一調節架9和第二調節架23之間的支架夾角24為60°，測角編碼器20測得該支架夾角24，根據該支架夾角24反射驅動部21驅動反射鏡17旋轉到合適的角度，使反射鏡17的法線分別與第一調節支架9、第二調節支架23之間的夾角為上述支架夾角的一半，為30°，S卩、反射鏡17使聚能光5全反射到上述投射鏡10上，實現全反射。圖3是本實用新型的具體實施例中反射調節部中軸承局部放大結構示意圖。如圖3所示，第一滾動軸承18、第二滾動軸承19同軸心安裝在第二調節架9上，驅動軸21a伸入且穿透入第一內圈18a當中，驅動軸21a上安裝有反射鏡17，從而驅動反射鏡17旋轉，調整角度。旋轉軸20a上設有卡盤20b，將卡盤20b卡合在第二內圈19a的孔裡，第一調節支架9與第二內圈19a過盈連接，第二調節支架23與第二外圈19b過盈連接，如圖1_3中所示，第一調節架9與第二調節架23之間的支架夾角24可以任意調節，帶動第二內圈19a和第二外圈19b的相對旋轉。通過第二內圈19a與卡盤20b的卡合,旋轉軸20a跟隨卡盤20b旋轉，從而實現測角功能。圖4是本實用新型中實施例中的控制原理示意框圖。如圖1、4所示，本實施例的信標指示器100中還設有控制部25、電源部26、輸入部27、警報部28以及顯 示部29，控制部25分別與輸入部27、電子羅盤12、測角編碼器20、探測器13、警報部28、全向驅動部11、反射驅動部21以及顯示部29相連接，電源部26與上述控制部25、輸入部27、電子羅盤12、測角編碼器20、探測器13、警報部28、全向驅動部11、反射驅動部21以及顯示部29相連接並且提供電源，信標指示器100的供電採用圖中未顯示的蓄電池，蓄電池通過合理的降壓、穩壓電路能輸出用於信標指示器100的電源電壓，蓄電池採用常規24V/30AH的鉛酸電池即可，控制部25採用西門子CPU224XP。如圖1-4所示，根據從輸入部27輸入的反射光6的強度閾值、探測器13探測的反射光6的強度值，控制部25控制警報部28發出警報，根據信標指示的距離不同，設定輸入不同的反射光6的強度閾值，實現實時提示信標指示過程中反射光6的強度是否足夠大的功能。當強度不夠大的反射光6經過投射鏡10投射出去後即使旋轉角度正確卻因為光的強度不夠，而無法被固定點人員搜索到，應該避免上述情況發生。調節第一調節支架9和第二調節支架23之間的支架夾角24，由測角編碼器20測得支架夾角24，控制部25根據支架夾角24調節反射驅動部21，由於反射驅動部21與反射鏡17連接，驅動反射鏡17轉動，自適應地根據支架夾角24使聚能光5全反射到位於第二調節支架23上投射鏡10上。控制部25控制全向驅動部11驅動投射鏡10在與反射光6相垂直的平面內360°旋轉，當固定點可以搜索到投射出去的信標光7，則控制全向驅動部11使投射鏡10停止旋轉，驅動投射鏡10旋轉的掃描速度、掃描角度範圍以及掃描方式都可由輸入部27輸入由控制部25控制，電子羅盤12測得信標光7的旋轉角度，控制部25可鎖定該旋轉角度，控制部25可根據該旋轉角度來控制全向驅動部11旋轉。顯示部29用於顯示上述強度閾值、反射光的強度、支架夾角、旋轉角度等。圖5是本實用新型中實施例中進行信標指示的流程框圖。如圖1-5所示，將信標指示器100放置開闊高地處並在流動點固定位置30 ；手動調節第一調節支架9，調節透鏡組8正對太陽使得透鏡組8的中心點在太陽光4的光路上，形成聚能光31 ；接通信標指示器100的電源部26，調節反射驅動部21、全向反射部11以及測角編碼器20處於零點位置，即調節反射鏡17、投射鏡10處於零點位置32 ；控制部25讀取測角編碼器20當前測得支架夾角24的值為60° 33 ；控制部25輸出控制脈衝使得反射驅動部21驅動反射鏡17旋轉，使反射鏡17的法線與第一調節支架9、第二調節支架23的夾角分別都為上述支架夾角24的一半為30°，使聚能光5達到全反射34 ；控制部25讀取探測器13測得的反射光6的強度值，判斷反射光6的強度值是否高於輸入部27輸入的的強度閾值35，如果高於強度閾值警報部28不報警，如果低於強度閾值警報部28報警，通過調節第一調節支架9增強聚能光5的強度來取消上述警報；控制部25控制全向驅動部11驅動投射鏡10處於水平掃描旋轉狀態36，掃描速度、掃描角度範圍可由輸入部27輸入設定,掃描方式設定為點動方式；當流動點人員接到固定點人員搜索到信標指示器100所投射出的信標光7的通知後，流動點人員記錄此時電子羅盤12所指示的旋轉角度37 ；控制部25調節全向驅動部11、即投射鏡10始終鎖定在上述旋轉角度位置上38 ；判斷全向驅動部11驅動投射鏡10是否旋轉處於上述旋轉角度39，處於則信標指示達成，沒有處於則控制部25重新調節全向驅動部11 ；信標指示達成,反射驅動部21、全向驅動部11復位到零點位置40 ；信標指示器100斷電，信標指示過程結束41。實用新型的作用與效果綜上所述，本實用新型的作用和效果在於:聚能光部將太陽光收聚形成高亮度的聚能光投射到反射鏡上，根據支架夾角，控制部將調節反射鏡旋轉，使聚能光在反射鏡上達到全反射，根據支架夾角調節反射鏡這一過程是自適應，實現了遠距離光學試驗中流動點的信標指示，讓遠距離光學鏈路建立成為可能。反射鏡自適應完成全反射後，控制部可以自動調節全向驅動部驅動投射鏡做水平掃描旋轉或者停止，並且掃描速度、掃描角度範圍以及掃描方式均可輸入控制部控制。當反射光入射45°斜面設置的投射鏡後,垂直於原反射光的光路可被投射鏡360°投射出去，當收到固定點的通知後，記錄此時電子羅盤上投射鏡的旋轉角度，通過控制部控制全向驅動部驅動投射鏡始終保持停止在上述旋轉角度的位置上。透鏡組中的光闌是可拆解的，光闌孔的孔徑或者數量不同可以起到調節入射的太陽光的強度功能。本實用新型的第一調節支架、第二調節支架也可以為長度可調節並可鎖緊的支架結構。本實用新型的具體實施案例中採用第一卡接件、第二卡接件分別將投射鏡、電子羅盤與全向驅動部安裝連接，採用卡接件的形式方便組合安裝或者拆卸搬運，也可以為固定形式、其他非永久連接的結構形式。本實用新型的具體實施案例中採用兩個軸承，測角編碼器和反射驅動部分別對向設置在兩個軸承的兩側，也可以為一個軸承，即測角編碼器和反射驅動部同時安裝在一個軸承的一側，測角編碼器測量支架夾角和反射驅動部驅動反射旋轉二者互相不影響，同樣可達到上述自適應過程。本實用新型中對軸承的內圈和外圈之間的相對旋轉、第一調節支架和第二調節支架之間的支架夾角需要人工介入，增加電機控制和通信、控制系統，整體過程都可以實現全自動化。信標指示器中的電源部供電採用蓄電池的形式，也可以採用直接利用太陽光的太陽能電池等其他供電方式。根據需要信標指示的距離，設定輸入不同的強度閾值，探測器探測到反射光的強度，判斷反射光的強度是否高於強度閾值，控制部控制警報部報警，實時提示信標指示過程中反射光的強度是否足夠大。當強度不夠大的反射光經投射出去後即使旋轉角度正確卻因為光的強度不夠，而無法被固定點人員搜索到，避免了上述情況的發生。整個信標指示器結構簡單、控制過程明確、運算量少、信標指示無盲區，可以廣泛地應用在有類似需求的技術領域。控制部也可以由單片機電路製作，也可以選用直流供電的PLC完成。上述具體實施方式
為本實用新型的優選案例，並不用來限制本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種信標指示器，將太陽光收聚形成可被搜索到的信標光，其特徵在於，包括: 聚能光部，用於將所述太陽光收聚形成聚能光； 調節反射部，用於將所述聚能光全反射形成反射光； 全向投射部，用於將所述反射光在與所述反射光相垂直的平面內反射形成所述信標光; 控制部，用於控制所述調節反射部和所述全向投射部；以及 電源部，用於向所述調節反射部和所述全向投射部提供電源， 其中，所述聚能光部包含設置在所述太陽光的光路上的透鏡組和與所述透鏡組垂直固定安裝的第一調節架， 所述全向投射部包含用於接收所述反射光的投射鏡、驅動所述投射鏡在所述平面內旋轉的全向驅動部以及使所述投射鏡的中心點、所述全向驅動部的中心點正投影設置的第二調節支架， 所述調節反射部包含至少一個軸承、可測量所述第一調節架和所述第二調節架之間的支架夾角的測角編碼器、設置在所述聚能光的光路上的反射鏡以及驅動所述反射鏡旋轉使所述聚能光全反射到所述投射鏡上的反射驅動部， 所述控制部用於控制所述反射驅動部和所述全向驅動部。
2.根據權利要求1所述的信標指示器，其特徵在於: 其中，所述全向投射部還包含用於測定和獲取所述旋轉的旋轉角度的電子羅盤、被設置在所述反射光的光路上且用於探測所述反射光的強度值的探測器，所述電子羅盤的中心點、所述探測器的中心點與所述投射鏡的中心點呈正投影設置。
3.根據權利要求1所述的信標指示器，其特徵在於: 還包含，輸入部，用於輸入所述反射光的強度閾值； 警報部，用於所述反射光的強度值小於所述強度閾值時發出警報；以及顯示部，用於顯示所述強度閾值、所述反射光的強度值、所述旋轉角度以及所述支架夾角， 其中，所述輸入部、所述警報部以及所述顯示部分別與所述控制部、電源部連接。
4.根據權利要求1所述的信標指示器，其特徵在於: 其中，所述透鏡組含有光闌、複數個凸透鏡，所述光闌和所述複數個凸透鏡平行投影設置。
5.根據權利要求1所述的信標指示器，其特徵在於: 其中，所述調節反射部包含兩個所述軸承，且所述兩個軸承述對向安裝。
6.根據權利要求1所述的信標指示器，其特徵在於: 其中，所述全向投射部中還設有分別安裝在所述全向驅動部兩個對向面上的第一卡接件和第二卡接件、與所述第一卡接件連接安裝的空心安裝柱，所述第二反射鏡安裝在具有45°斜截面的空心安裝柱上，所述第二反射鏡與所述斜截面相背粘貼，所述電子羅盤安裝在第二卡接件上。
專利摘要一種信標指示器，將太陽光收聚形成可被搜索到的信標光，其特徵在於，包括聚能光部，將太陽光收聚形成聚能光；調節反射部，將聚能光全反射形成反射光；全向投射部，將反射光在與反射光相垂直的平面內反射形成所述信標光； 控制部，控制調節反射部和全向投射部；以及電源部，向所述調節反射部和所述全向投射部提供電源，其中，所述聚能光部包含透鏡組和與所述透鏡組垂直固定安裝的第一調節架，所述全向投射部包含投射鏡、驅動投射鏡在平面內旋轉的全向驅動部以及第二調節支架，調節反射部包含至少一個軸承、可測量支架夾角的測角編碼器、反射鏡以及驅動反射鏡旋轉使聚能光全反射反射驅動部，控制部控制反射驅動部和全向驅動部。
文檔編號G05D3/12GK203164775SQ201320113159
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者楊海馬, 王建宇, 馬彩文, 胡以華, 張亮, 楊暉, 劉瑾, 強佳, 吳金才 申請人:上海理工大學