專利名稱：一種定日鏡跟日誤差的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定日鏡跟日誤差的測量裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電。其中塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用眾多的定日鏡，將太陽熱輻射反射到置于高塔頂部的高溫集熱器上，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。在塔式太陽能熱發(fā)電中，定日鏡的定日精度是比較關(guān)鍵的參數(shù)，只有定日鏡的定日精度足夠高，才能保證太陽光斑能量準(zhǔn)確聚集到集熱器上，保證熱發(fā)電系統(tǒng)有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而保障熱發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。 定日鏡有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制軸水平方向360度轉(zhuǎn)動(dòng)(pan)和垂直方向的俯仰運(yùn)動(dòng)(tilt)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和連接器傳送到定日鏡的支架，伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)中心和定日鏡的運(yùn)動(dòng)中心存在一個(gè)固定的位置偏移，這會(huì)給定日鏡的跟日角度帶來一個(gè)固定的控制偏差。除此之外，定日鏡的定日精度還受其它多方面因素的影響，比如太陽模型帶來的偏差，利用太陽模型計(jì)算跟日角度所涉及多個(gè)參數(shù)的測量誤差，定日鏡運(yùn)動(dòng)軸的安裝偏差，定日鏡支架的制造誤差，定日鏡支架的水平安裝偏差，定日鏡鏡面制造的幾何誤差，定日鏡鏡面的整體安裝誤差以及伺服系統(tǒng)的控制誤差等等。這些誤差都可以看作靜態(tài)誤差。除了靜態(tài)誤差外，定日鏡的定日精度還受到動(dòng)態(tài)誤差源的影響，這主要是外界環(huán)境和外界環(huán)境變化導(dǎo)致的影響，比如大風(fēng)引起的抖動(dòng)，氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的幾何形變，定日鏡支架和反射玻璃在溫度變化下的形變等等。 由上可見，定日鏡的跟日誤差總是存在的，誤差越大，定日鏡的聚光效率越低，通過測量定日鏡的跟日誤差可以控制每臺(tái)定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種定日鏡跟日誤差的測量裝置，能夠測
量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的跟日誤差，從而可以控制每臺(tái)定日鏡在初裝時(shí)的定日精
度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種定日鏡跟日誤差的測量裝置，包
括 漫反射板，用于對(duì)定日鏡反射的太陽光斑成像，所述漫反射板的中心設(shè)為定日鏡的理論聚光點(diǎn)； 攝像機(jī)，用于采集所述漫反射板上的反射太陽光斑圖像； 發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的反射太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)； 接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的反射太陽光斑圖像，并將該反射太陽光斑圖像傳送給具有圖像采集卡的PC機(jī)； 具有圖像采集卡的PC機(jī)，用于對(duì)反射太陽光斑圖像進(jìn)行分析處理。 進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)，所述漫反射板表面有均勻涂層，涂層材料
為具有漫反射特性的白色防水涂料，所述涂層上用黑色防水顏料刷有用于校準(zhǔn)攝像機(jī)參數(shù)
的圖案。 進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點(diǎn)，所述攝像機(jī)為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。 本實(shí)用新型的定日鏡跟日誤差的測量裝置能夠測量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡
的跟日誤差，從而可以控制每臺(tái)定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，
同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。

圖1是本實(shí)用新型定日鏡跟日誤差的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本實(shí)用新型定日鏡跟日誤差的測量裝置的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。 圖l是本實(shí)用新型定日鏡跟日誤差的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，如圖l所示，本實(shí)用新型的定日鏡跟日誤差的測量裝置包括漫反射板11、攝像機(jī)12、發(fā)射光端機(jī)13、接收光端機(jī)14和具有圖像采集卡的PC機(jī)15，其中，漫反射板11用于對(duì)定日鏡反射的太陽光斑成像，漫反射板11的中心設(shè)為定日鏡的理論聚光點(diǎn)；攝像機(jī)12用于采集漫反射板11上的反射太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)13用于將攝像機(jī)12采集到的反射太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)14 ;接收光端機(jī)14用于接收發(fā)射光端機(jī)傳送的反射太陽光斑圖像，并將該反射太陽光斑圖像傳送給具有圖像采集卡的PC機(jī)15 ;具有圖像采集卡的PC機(jī)15用于對(duì)反射太陽光斑圖像進(jìn)行分析處理，獲得反射太陽光斑圖像中心，對(duì)實(shí)際光斑圖像中心進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與理論聚光點(diǎn)的位置進(jìn)行比較，得出定日鏡在不同時(shí)刻的光斑中心偏移量，根據(jù)一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)記錄下來的定日鏡跟日過程中的光斑中心偏移量和定日鏡中心到所述漫反射板中心的距離計(jì)算出定日鏡的跟日誤差。 漫反射板采用鋁合金材料制作，其表面有均勻涂層，涂層材料為具有良好漫反射
特性的白色防水涂料，該涂層上用黑色防水顏料刷有用于校準(zhǔn)攝像機(jī)參數(shù)的圖案。 其中，攝像機(jī)12可以為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，能夠程序控制攝像機(jī)的采集模式和采集頻
率，能夠根據(jù)光照的強(qiáng)度利用程序自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像機(jī)的曝光時(shí)間，采集的圖像在計(jì)算機(jī)上進(jìn)
行保存，采集的圖像、每幀圖像分析得到的數(shù)據(jù)、采集的時(shí)間、定日鏡編號(hào)等數(shù)據(jù)一起保存
在一個(gè)數(shù)據(jù)庫里。 圖2是本實(shí)用新型定日鏡跟日誤差的測量裝置的工作原理示意圖。下面我們結(jié)合圖2，說明本實(shí)用新型定日鏡跟日誤差的測量裝置的工作原理。 如圖2所示，在聚光塔的吸熱器正下方恰當(dāng)位置安置一塊適當(dāng)大小的白色漫反射板，板上涂有用來校準(zhǔn)攝像頭的圖案。在聚光塔的正北方大約300米位置(此距離可相應(yīng)調(diào)整)暨鏡場中央正面面向靶標(biāo)(即漫反射板，以下相同，不再贅述)的地面上安置一帶望遠(yuǎn)鏡頭的高分辨率工業(yè)數(shù)字CCD (ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件)攝像機(jī)，CCD攝像頭瞄準(zhǔn)漫反射板，采集定日鏡反射的太陽光斑圖像，并把該太陽光斑圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)字光端機(jī)(包括發(fā)射光端機(jī)和接收光端機(jī))傳送到遠(yuǎn)程的控制室中配有圖像采集卡的PC機(jī)。圖像采集卡的PC機(jī)通過局域網(wǎng)和OPC (OLEforProcessControl，用于過程控制的OLE)協(xié)議與一臺(tái)用于鏡場控制的電腦進(jìn)行通訊，當(dāng)需要測量某個(gè)定日鏡的跟日誤差時(shí)，鏡場控制電腦把漫反射板的中心位置設(shè)定為該定日鏡的理論聚光位置，啟動(dòng)定日鏡的跟日程序，并把定日鏡編號(hào)傳給帶圖像采集卡的PC機(jī)。定日鏡控制器控制定日鏡(按理論計(jì)算值)運(yùn)動(dòng)使定日鏡的聚光光斑落在靶標(biāo)上。帶圖像采集卡的PC機(jī)上有相應(yīng)的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以讀入反射太陽光斑圖像，并利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)反射光斑進(jìn)行分析，獲得反射光斑中心在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。 漫反射板(耙標(biāo))中心在每一幀圖像坐標(biāo)系下的位置可以通過分割出靶標(biāo)上的固有圖案進(jìn)行圖像處理并分析得到，這樣就可以計(jì)算出光斑中心在X方向和Z方向相對(duì)于靶標(biāo)中心的偏差A(yù)X和AZ (以像素為單位)。由于相機(jī)具有固定焦距，且物體在規(guī)定距離處成像，相機(jī)在X方向和Z方向的放大倍數(shù)是確定的。像空間和物空間尺度上的比例關(guān)系可以通過攝像機(jī)標(biāo)定求出，因此光斑中心的物理坐標(biāo)以及光斑中心相對(duì)漫反射板中心的物理偏移量可以計(jì)算出。 假設(shè)以聚光塔底部的中心為原點(diǎn)，建立世界坐標(biāo)系，漫反射板的中心位置為(xt，yt，zt)，漫反射板上設(shè)計(jì)的四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)也是確定的。假設(shè)攝像機(jī)的坐標(biāo)為(xc，yc，zc)，攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)角為(Rx， Ry， Rz)。圖像平面上的坐標(biāo)(以像素為單位)與世界坐標(biāo)系下的實(shí)際三維場景點(diǎn)坐標(biāo)存在如下關(guān)系<formula>formula see original document page 5</formula> 其中f為攝像機(jī)的焦距，dX和dY代表像元的尺寸(以mm為單位)，u。， v。是圖像中心的坐標(biāo)。R是攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，t是攝像機(jī)的平移變換量，u。，v。是已知的，因此一共有6個(gè)未知參數(shù)。取漫反射板上的8個(gè)特征點(diǎn)作標(biāo)定，根據(jù)上面的關(guān)系建立6個(gè)未知參數(shù)的方程組，進(jìn)而得到方程的解，這樣我們通過實(shí)驗(yàn)方法可以獲得攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)的準(zhǔn)確值。當(dāng)然也可以通過其他測量手段獲得攝像機(jī)的外部參數(shù)然后通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。 —旦攝象機(jī)的內(nèi)外參數(shù)確定，由圖像中的光斑中心位置可以計(jì)算出定日鏡聚光光斑中心點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)。比較光斑中心坐標(biāo)與漫反射板中心點(diǎn)坐標(biāo)，可以求得光斑中心的偏移量A x和A z (以mm為單位)。 應(yīng)用軟件自動(dòng)記錄一段時(shí)間內(nèi)該定日鏡的反射光斑數(shù)據(jù)，保存在數(shù)據(jù)庫里，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算該段時(shí)間內(nèi)太陽反射光斑在X方向和Z方向偏移量(單位是毫米)的標(biāo)準(zhǔn)差，分別記為ox， c^，取其中的較大值的3倍作為定日鏡反射光斑中心的線性誤差o，由于定日鏡中心點(diǎn)距離漫反射板中心點(diǎn)的距離d是確定且可測的，可以得到以毫弧為單位的定日鏡跟日誤差e，具體地說，e=2atan(3 o /d)。 本實(shí)用新型的定日鏡跟日誤差的測量裝置能夠測量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的跟日誤差，從而可以控制每臺(tái)定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在于，包括漫反射板，用于對(duì)定日鏡反射的太陽光斑成像，所述漫反射板的中心設(shè)為定日鏡的理論聚光點(diǎn)；攝像機(jī)，用于采集所述漫反射板上的反射太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的反射太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)；接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的反射太陽光斑圖像，并將該反射太陽光斑圖像傳送給具有圖像采集卡的PC機(jī)；具有圖像采集卡的PC機(jī)，用于對(duì)反射太陽光斑圖像進(jìn)行分析處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在于，所述漫反射板表 面有均勻涂層，涂層材料為具有漫反射特性的白色防水涂料，所述涂層上用黑色防水顏料 刷有用于校準(zhǔn)攝像機(jī)參數(shù)的圖案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定日鏡跟日誤差的測量裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)為數(shù) 字?jǐn)z像機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種定日鏡跟日誤差的測量裝置，包括漫反射板，用于對(duì)定日鏡反射的太陽光斑成像，所述漫反射板的中心設(shè)為定日鏡的理論聚光點(diǎn)；攝像機(jī)，用于采集所述漫反射板上的反射太陽光斑圖像；發(fā)射光端機(jī)，用于將所述攝像機(jī)采集到的反射太陽光斑圖像傳送給遠(yuǎn)程的接收光端機(jī)；接收光端機(jī)，用于接收所述發(fā)射光端機(jī)傳送的反射太陽光斑圖像，并將該反射太陽光斑圖像傳送給具有圖像采集卡的PC機(jī)；具有圖像采集卡的PC機(jī)，用于計(jì)算定日鏡的跟日誤差。本實(shí)用新型的定日鏡跟日誤差的測量裝置能夠測量太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的跟日誤差，從而可以控制每臺(tái)定日鏡在初裝時(shí)的定日精度，提高定日鏡的安裝調(diào)試效率，同時(shí)為實(shí)施定日鏡的控制角度補(bǔ)償提供參考數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK201527265SQ200920308928
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者許芬 申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)