一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置的製作方法

2023-07-31 17:13:56

本實用新型屬於智能控制領域，尤其涉及一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置。

背景技術：

目前業務觀測的散射輻射是在總輻射表上附加一個遮光環進行測量，它不僅遮掉了應遮的部分，也遮去了相當一部分不應遮的天空。儘管進行了遮光環係數訂正，但該係數是假設散射輻射是各向同性的，通過實驗和理論導出，而且以一旬為一個訂正係數，仍不能得到客觀而具代表性的散射輻射結果。而採用遮光碟方法，需要利用赤道儀或跟蹤儀帶動小金屬盤對直射向總輻射表的日光進行遮擋。在輻射測量機構的機械結構設計中，實現有效遮擋和全自動跟蹤系統的正確安裝是準確測量散射輻射的前提。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對背景技術的不足提供了一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置。

本實用新型為解決上述技術問題採用以下技術方案

一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置，包含全自動太陽跟蹤儀，還包含遮光裝置、光電傳感器、同步帶傳動裝置、總輻射表，所述遮光裝置包含遮光碟、遮光碟支撐杆和遮光杆；所述遮光碟通過遮光碟支撐杆固定在遮光杆上；所述光電傳感器的光筒軸線與遮光杆的軸線平行，且所述光電傳感器固定於遮光杆上；所述遮光杆通過同步帶傳動裝置與全自動太陽跟蹤儀的赤緯軸聯動，用於實現遮光裝置繞赤緯軸轉動；所述遮光裝置和總輻射表設置在全自動太陽跟蹤儀外殼上，用於實現遮光裝置繞時角軸轉動。

作為本實用新型一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置的進一步優選方案，所述同步帶傳動裝置包含主動輪、從動輪、同步帶、齒輪帶輪，所述全自動太陽跟蹤儀的赤緯軸與主動輪固定，遮光杆固定在從動輪轉動中心，同步帶的工作面壓製成齒形，與齒輪帶輪做嚙合傳動。

作為本實用新型一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置的進一步優選方案，所述光電傳感器採用OV7725型CMOS圖像傳感器。

作為本實用新型一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置的進一步優選方案，同步帶的齒形採用梯形齒。

作為本實用新型一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置的進一步優選方案，齒輪帶輪的齒形採用漸開線齒形。

本實用新型採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

本實用新型採用遮光碟方式進行太陽的散射輻射測量，通常將遮光部件與全自動太陽跟蹤儀連接在一起，二者聯動，將總輻射表測量的太陽直接輻射遮去，以獲得散射輻射量，即遮光碟需時時遮擋入射到總輻射表上的直射光。

附圖說明

圖1是本實用新型遮光裝置結構示意圖；

圖2是本實用新型遮光裝置的原理圖；

圖3是本實用新型同步帶傳動裝置的示意圖。

圖中標號如下：1-遮光碟，2-遮光杆，3-光電傳感器，4-總輻射表，5-赤緯軸，6-時角軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，利用平行四邊形機構設計一種簡單的散射輻射測量系統的遮光裝置，代替現有散射輻射測量系統的遮光環裝置，實現太陽散射輻射的自動測量。一種基於全自動太陽跟蹤系統的散射輻射遮光裝置，包含全自動太陽跟蹤儀，還包含遮光裝置、光電傳感器、同步帶傳動裝置、總輻射表，所述遮光裝置包含遮光碟1、遮光碟支撐杆和遮光杆2；所述遮光碟1通過遮光碟支撐杆固定在遮光杆上；所述光電傳感器3的光筒軸線與遮光杆的軸線平行，且所述光電傳感器固定於遮光杆上；所述遮光杆通過同步帶傳動裝置與全自動太陽跟蹤儀的赤緯軸聯動，用於實現遮光裝置繞赤緯軸5轉動；所述遮光裝置和總輻射表4設置在全自動太陽跟蹤儀外殼上，用於實現遮光裝置繞時角軸6轉動。所述光電傳感器採用OV7725型CMOS圖像傳感器。

如圖3所示，所述同步帶傳動裝置包含主動輪、從動輪、同步帶、齒輪帶輪，所述全自動太陽跟蹤儀的赤緯軸與主動輪固定，遮光杆固定在從動輪轉動中心，同步帶的工作面壓製成齒形，與齒輪帶輪做嚙合傳動，所述光電傳感器，所述同步帶的齒形採用梯形齒，所述帶輪齒形採用漸開線齒形。

本實用新型提出一種基於全自動太陽跟蹤系的散射輻射測量裝置。以總輻射表為球心，遮光碟以一定的半徑繞總輻射錶轉動，在高度和方位兩個方向的運動都以總輻射表的被遮光面的中心為轉動軸心，其轉動的方位和高度由全自動太陽跟蹤系統確定。令總輻射表跟隨跟蹤儀繞時角軸轉動，而遮光碟與跟蹤儀聯動繞赤緯軸轉動。

技術方案：

利用平行四邊形機構設計一種簡單的散射輻射測量系統的遮光裝置，代替現有散射輻射測量系統的遮光環裝置，實現太陽散射輻射的自動測量。全自動跟蹤儀的光電傳感器光筒軸線與遮光杆軸線平行，固定於遮光杆上，遮光杆通過同步帶傳動與全自動太陽跟蹤儀赤緯軸聯動，實現遮光裝置繞赤緯軸轉動。整個遮光裝置及總輻射表放置在全自動太陽跟蹤器外殼上，實現遮光裝置繞時角軸轉動。如圖1所示。

平行四邊形機構以任意兩條鄰邊的節點為軸改變平行四邊形的形狀，其兩條平行邊始終保持平行，因此採用平行四邊形機構與太陽跟蹤系統聯動，可實現散射輻射的跟蹤測量。

遮光裝置原理如圖2所示：其中，A點為遮光碟(球)，B為總輻射表被遮光點，C為固定鉸鏈，構件AD為遮光碟支撐杆，構件CD為遮光杆。AD＝BC，AB＝CD，因此ABCD構成一個平行四邊形機構。由於C為固定鉸鏈當D點繞C轉動時，A點繞B點同步轉動。即是說B、C點分別是A、D點轉動中心，保證AB平行於CD，同時時刻與太陽直射光線平行，則可保證遮光碟時刻遮擋總輻射表傳感器接收面。

遮光碟的半徑大小、遮光杆的長度與總輻射表測量面尺寸有關。以R表示遮光碟(球)半徑，r表示總輻射表測量面半徑，L表示遮光杆長度，α表示敞開角，β表示斜角。則遮光碟半徑和遮光杆長度滿足：

將總輻射表置於時角軸端面對應的平臺上，可以提供繞時軸方向的轉動，遮光杆與赤緯軸的傳動以同步帶傳動。跟蹤儀的赤緯軸與主動輪固定，遮光杆穩定固定在從動輪轉動中心，帶的工作面壓製成齒形，與齒輪帶輪做嚙合傳動，具有穩定的傳動比，因此可保證遮光杆與赤緯軸同步運動，且遮光杆的迴轉中心與從動帶輪的迴轉中心相同，總輻射表的中心都與同步帶從動輪的迴轉軸線重合，所以遮光碟能實時遮住總輻射表。

同步帶齒形選擇梯形齒，帶輪齒形採取漸開線齒形。根據國家標準，確定同步帶型號，帶輪齒數和節圓半徑，同步帶長度和齒數以及中心距等。

該裝置結構簡單，穩定性好，具有較高的傳動精度。

全自動跟蹤儀的光電傳感器光筒軸線與遮光杆軸線平行，固定於遮光杆上，遮光杆通過同步帶傳動與全自動太陽跟蹤儀赤緯軸聯動，實現遮光裝置繞赤緯軸轉動。整個遮光裝置及總輻射表放置在全自動太陽跟蹤器外殼上，實現遮光裝置繞時角軸轉動。

為了遮光碟能極大限度遮住測量面，世界氣象組織規定，。總輻射表測量面半徑r由選擇的輻射表決定，以TBQ-2型總輻射表為例，r＝30mm，由公式(8)可得。根據設計，太陽直射光線理論上應與遮光杆平行，由於太陽光是平行光，所以理論上只要遮光碟的直徑等於最大的測量儀表的直徑即可，即遮光碟的直徑等於總輻射表最大玻璃罩的直徑。但由於實際製造安裝存在誤差，因此為了保證可靠遮擋，需根據製造加工精度增大遮光碟直徑。若取最大值R＝0.017L+30，代入上述公式，378.3mm≤L≤686.5mm

有考慮材料的強度及剛度條件，設計時應首先選定遮光杆的長度，選取L＝400mm，進而確定遮光碟半徑R＝36.8mm。

同步帶齒形選擇梯形齒，帶輪齒形採取漸開線齒形。根據國家標準，需要確定同步帶型號，帶輪齒數和節圓半徑，同步帶長度和齒數以及中心距等。

(1)同步帶型號確定

計算功率Pd和帶輪(主動輪)轉速n1可用於確定同步帶型號，其中主動輪轉速n1由電機轉速決定，計算功率Pd大小可由傳遞的名義功率P求得：

Pd＝PKA

其中，KA為工作情況係數，查表(GB/T 11616-1989)可得。根據計算，選取L型同步帶，可滿足使用要求。

(2)帶輪齒數和節圓直徑計算

帶輪(主動輪)的齒數z1與其轉速及同步帶型號有關，查表得z1＝12。節圓直徑

其中，pb為節距，查表(GB/T 11616-1989)可知L型同步帶節距為9.525mm，因此，節圓直徑為d1＝36.40mm。設計主、從動輪傳動比i＝1，則從動輪節圓直徑d2＝36.40mm。

(3)同步帶長度和齒數計算

同步帶長度L0可由下式計算獲得

其中，a0為初定中心距，且需滿足，因此初定同步帶長度應滿足。查表(GB/T 11616-1989)選取接近的節線長度Lp＝381mm，對應齒數z＝40。

(4)中心距確定

採用中心距可調結構進行設計，實際中心距為

代數得a＝133.35mm。

本實用新型採用遮光碟方式進行太陽的散射輻射測量，通常將遮光部件與全自動太陽跟蹤儀連接在一起，二者聯動，將總輻射表測量的太陽直接輻射遮去，以獲得散射輻射量，即遮光碟需時時遮擋入射到總輻射表上的直射光。