用于太阳精密跟踪的数字式光电角度传感器

摘要

本发明涉及用于太阳精密跟踪的角度测量方法与数字式光电角度传感器，属于太阳能应用、气象观测仪器领域。该测量方法基于狭缝成像原理，将太阳入射的平行光经光学成像单元成像到CCD的光敏元上。通过测量光斑质心所对应的像元编码位置信号，再利用已知参数经反正切计算，求得某一时刻太阳光一个方向上的入射角度。该数字式光电角度传感器包括：光学成像单元、光电探测单元、信息处理单元、输出接口单元、壳体等。利用本发明的方法与两个数字式光电角度传感器，可精确测量太阳入射光两个方向的入射角度，提供精确的太阳方位信号，实现太阳目标的精密跟踪与辐射测量。传感器结构简单，体积小，无像差；精密测量角度，准确度高。

主权项

1.一种用于太阳精密跟踪的数字式光电角度传感器，主要包括光学成像单元、光电探测单元、信息处理单元、输出接口单元及壳体，其特征在于：所述的光学成像单元固定在壳体(6)的前端，该光学成像单元由压圈(1)、玻璃防护罩(2)、环形垫圈(3)、中性滤光片(4)及狭缝(5)构成，所述狭缝(5)粘接在壳体(6)的入射光孔前面，中性滤光片(4)、环形垫圈(3)及玻璃防护罩(2)通过压圈(1)依序紧固在狭缝(5)的前端；所述的光电探测单元置于壳体(6)的后端，光电探测单元包括窄带干涉滤光片(7)、线阵CCD(8)及依序相连信号预处理电路、自动增益控制电路、高速A/D转换器、第一微处理器(A)，所述窄带干涉滤光片(7)粘接在壳体(6)上，线阵CCD(8)焊接在印制电路板(9)上，印制电路板(9)固定在壳体(6)的台阶上；所述第一微处理器(A)采用ARM处理器；所述的信息处理单元(11)包括第二微处理器(B)及外围电路，信息处理单元(11)固定在输出接口单元(13)上，输出接口单元(13)固定在后盖(15)上，后盖(15)固定在壳体(6)上；将上述狭缝(5)中心线与线阵CCD(8)的一维像元阵列的中心线相互垂直安装，CCD像元宽度为已知a，狭缝中心线与CCD感光像元表面的距离为已知H；角度测量范围的大小和角度分辨率的高低由狭缝与线阵CCD(8)像元表面的距离和CCD像元数决定；测量狭缝(5)中心线在CCD像元表面上的正投影所得到的像元编码位置为N0，并以此为基准原点，对应太阳位置1；测量当太阳运转到位置2时，太阳的入射光线经成像单元成像到CCD像元表面上，得到新的像元编码位置N1；由几何关系即可得到，太阳光偏离垂直入射的角度θ为：当太阳入射光位于狭缝(5)的左侧，即N1＜N0时，测得的入射角θ为负值；当太阳入射光位于狭缝(5)的右侧，即N1＞N0时，测得的入射角θ为正值。