[发明专利]一种平行光入射角度的测量方法和光电角度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能应用领域，特别涉及一种平行光入射角度的测量方法和光电角度传感器。 

背景技术

随着能源枯竭和环境污染日益突出，社会发展对清洁能源的需求日益迫切。在众多的清洁能源中，太阳能被认为是一种很有前景的能源，并且在市场得到了大规模的应用。太阳能的广泛推广与应用，有利于实现能源与环境的可持续发展。 

太阳能利用有很多种方式，如太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳能热水器、太阳能空调等，但不管是哪种太阳能利用方式，都需要把太阳光的能量收集起来。由于太阳光入射角度是不断变化的，传统的固定式太阳能装置对太阳能的利用率是非常低的，如太阳能热水器。而由于太阳能发电等投资较大的设施，能量利用低就意味着长的投资回报周期。为了提高太阳能利用率，人们发明了很多太阳能收集装置和控制方法，其中最典型的是定日镜。定日镜的工作原理是太阳能吸收装置能够根据太阳的方向自动调整姿态，以提高太阳能的利用率，但如何测量太阳光的方向是一个关键技术。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于，提供一种平行光入射角度的测量方法，本发明的另一目的在于，提供一种基于上述方法使用的光电角度传感器。 

一种平行光入射角度的测量方法，该方法基于光线入射角度传感器的几何结构，设计了一个有两对感光面的六面体传感器，将入射的平行光束照射到传感器上，测量传感器两对感光面的输出电流的电流强度，分别计算出平行光与两对感光面相对于传感器地平面法线的夹角β₁、β₂，再根据β₁、β₂计算出平行光的入射角度β。 

所述的平行光入射角度的测量方法，包括下述步骤： 

步骤一：将传感器置于空中，固定，确定传感器底面角度和方向；

步骤二：测量第一对感光面的传感器输出电流I₁，I₂；

步骤三：利用下面公式计算得出平行光与第一对感光面的夹角β₁；

β₁=arctg[(I₁-I₂)/( I₁-I₂)*tg(α₁/2)]

        I₁和I₂为测量电流值，

α₁为第一对感光面之间的夹角，

β₁为平行光与第一对感光面相对传感器底平面法线的夹度，β₁<α₁/2，若I₁-I₂>0，则为正值，表示平行光从I₁侧入射，否则表示从I₂侧入射；

步骤四：用步骤二和步骤三同样的方法，测量并计算出平行光相对第二对感光面的入射角度β₂；

步骤五：计算出平行光的入射角度β∈﹙β₁，β₂﹚。

一种用于测量平行光入射角度的光电角度传感器，由光电探测单元、电流采集单元、信息处理单元、测量输出单元和外包壳体构成；所述光电角度传感器是一个有两对感光面的六面体；所述两对感光面，每一对相对感光面的夹角为α，其中0°＜α＜180°；两个相对的感光面之间的夹角α₁、α₂可以相等，也可以不相等。 

所述光电探测单元是感光面。 

所述感光面的元器件可以是太阳能电池、光敏电阻中的一种或几种，两对感光面选择的元器件可以相同，也可以不同，但每对感光面的感光元器件应保持一致，以保证测量精度。 

所述电流采集单元优选采用精密电阻作为传感器件的电流测量电路板。。 

所述信息处理单元优选单片机。 

所述测量输出单元优选串口和/或无线发送模块。 

所述外包壳体包括内外两层，内层由密封的玻璃或塑料等高透光材料加工制成，内层中充入惰性气体，用于保护内部光学元件和电学器件，外层为方形或圆筒形，外包壳体的底平面可以增设水平仪和指南针，用于调整光电传感器的安装角度与安装方向。