Широкозахватный фотодатчик ориентации гелиостата Советский патент 1988 года по МПК G01J1/44 

to

со

ND

I Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве дат- 1чика ориентации в автоматических системах управления гелиостатами на солнечных электрических станциях или другими солнечными энергетическими установками.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности фотодатчика.

На фиг. показана конструктивная схема фотодатчика; на фиг. 2 - принципиальная схема установки фотоэлементов на под- ложке; на фиг. 3 - электрическая схема фотодатчика.

Фотодатчик содержит установленный на подложке 1 (фиг. 1) пылезащитный корпус 2, в крышке 3 которого выполнено диафрагмируемое квадратное отверстие 4.

На подложке 1 (фиг. 2) расположены основной четырехквадратный фотоприемник 5, состоящий из первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 фотоэле.ментов. Пятый, т.е. центральный, фотоэлемент 10 предназна- чен для контроля падающего на фотоприемник 5 светового потока.

Выходы основных фотоэлементов каналов управления (п о зениту 6 и 7, по азимуту 8 и 9). (фиг. 3) соединены между собой встречно-последовательно и совместно с первым 11 и вторым 12 потенциометрами подключены к входам первого 13 и второго 14 дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с входами первого 15 и второго 16 пороговых элементов. Выходы пятого фотоэлемента 10 и входного резистора 17 подключены к входам третьего дифференциального усилителя 18, выход которого, в свою очередь, соединен с входом третьего порогового элемента 19, формирование сигнала «Об ьект слежения потерян осуществляется с помощью логического элемента ИЛИ-НЕ 20, в.ходы которого соединены с выходами первого 15, второго 16 и третьего 19 пороговых элементов. К выходу третьего порогового элемента 9 подключена также об.мотка 21 управления электромагнит- ного реле. Размыкающие контакты 22-25 электромагнитного реле включены в цепи, соединяющие фотоэлементы 6-9 фотоприемника 5 с параллельно включенными фотоэлементами 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 (например, по зениту фотоэлементы 26, 28 и 30 параллельны фотоприемнику 6, а фотоэлементы 27, 29 и 31 параллельны фотоприемнику 7), расположенных на экранах 41-43, имеющих центральные квадратные отверстия. При этом в зависимости от требуе.мого угла захвата может устанавливаться один, два или три дополнительных экрана с четырехквадрант- ным д,ополнительным фотоприемником. Фотодатчик имеет, общую шипу 44.

Основному фотоприемнику 5 (фиг. 1) соответствует угол захвата ±5°, дополнительным фотоприемникам 38-40 - соответственно ±15, ±30 и ±55

5

5

0

п о

5

5

5

Фотодатчик работает следующим образом.

При включении гелиоустановки в работу утром или после перерыва в ее работе из-за облачности световое пятно находится за пределами оевнопого фотоприемника 5. Фотоэлемент 10 незасвечен, об.мотка 21 управления электромагнитного реле обесточена, его контакты 22-25 замкнуты и фотоэлементы 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 подключены к фотоэле.мен- там 6-9 основного фотрприемника 5. Если угол рассогласования между световым пучком, прошедщим через отверстие 4 в крышке 3, и оптической осью фотодатчика меньпле его угла захвата, то световой пучок засветит по крайней мере один фотоэлемент (возможна засветка двух фотоэлементов смежных квадрантов одновременно). Фотодатчик выдает соответствующий управляющий сигнал на исполнительный механизм управляемого гелиостата, т.е. начинается работа фотодатчика в режиме захвата (грубого слежения). В результате поворота отражателя гелиостата угол рассогласования уменьшается, световое пятно переходит с более удаленных дополнительных фотоприемников на ближайший к подложке 1 дополнительный фотоприемник, а затем и на основной фотоприемник 5. При засветке пятого фотоэлемента 10 срабатывает электромагнитное реле и своими контакта.ми 22-25 отключает фотоэлементы 26-37 дополнительных фотоприемников 38-40 от фотоэлементов 6-9 основного фотоприемника 5, т.е. режим грубого слежения переходит в режим точного слежения.

Если угол рассогласования между световым потоком и оптической осью фотодатчика больп1е его угла захвата, то все фотоэлементы 6-9 и 26-37 всех фотоприемников 5, 38, 39 и 40 незасвечены, на выходах всех пороговых элементов 15, 16 и 19 сигналы равны «О. В результате этого на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 появляется сигнал «Объект слежения потерян, который .может быть использован для привлечения внимания дежурного персонала установки, а также для автоматической организации режима управления «Поиск с применением датчиков положения Солнца на небосводе и положения отражателя гелиостата.

В основном режиме работы, т.е. в режиме точного слежения, световое пятно в плоскости фотоэлементов 6-9 основного четырех- квадрантного фотонриемника 5 (фиг. 1 и 2) от прошедшего через отверстие 4 в крышке 3 (фиг. 1) светового потока одинаково засвечивает светочувствительные площадки фотоэлементов 6-9 (фиг. 2). При этом наибольшая чувствительность основного фотоприемника 5 имеет место тогда, когда световой поток засвечивает примерно половину светочувствительных площадок фотоэлементов 6-9. Сигналы от соединенных встречнопоследовательно фотоэлементов 6-9 (по зениту 6 и 7, по азимуту 8 и 9) равны «О и токи (напряжения) на выходах пороговых элементов 15 и 16 также равны «О, т.е. световое пятно на входе фотодатчика находится в зоне нечувствительности. Пятый фотоэлемент 10 (фиг. 2) полностью засвечен, сигнал на выходе порогового элемента 19 -равен «1, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 (фиг. 3) сигнал равен «О. Обмотка 21 управления электромагнитного реле обтекается током, его контакты 22-25 разомкнуты, и фотоэлементы 26-31 дополнительных фотоприемников 38-40 отсоединены от фотоэлементов 6-9 основного фотоприемника 5. При этом уставка порогового элемента 19 выбирается из условия нечувствительности к фоновой засветке пятого фотоэлемента 10. На фотоэлементы 6-9 фотоприемника 5 фоновые засветки не влияют, так как они включены встречно, т.е. по дифференциальной схеме.

При смещении светового пятна, например по зениту вверх (в результате смеш,е- ния Солнца на небосводе) на входе первого дифференциального усилителя 13 появляется напряжение разбаланса. Это напряжение усиливается и подается на вход первого порогового элемента 15. В зависимости от знака и величины усиленного сигнала на выходе порогового элемента 15 появляется соответствующий сигнал, например, «Зенит назад, который подается на электродвигатель привода гелиостата, кЬторый вращает отражатель по зениту, т.е. в вертикальной плоскости. В автоматической системе управления поворот отражателя гелиостата продолжается до тех пор, пока световое пятно на фотоэлементах 6 и 7 не окажется в зоне нечувствительности. Аналогично работает и канал управления по азимуту.

Таким образом, в режиме точного слежения световое пятно не выходит за пределы фотоэлементов 8-10 фотоприемника 5. Паразитная боковая засветка фотоэлементов дополнительных фотоприемников не сказывается на работе датчика, так как эти фотоэлементы отключены от фотоэлементов основного фотоприемпика размыкающими контактами 22-25 электромагнитного реле.

Введение цепей автоматического отключения фотоэлементов дополнительных фотоприемников от фотоэлементов в зоне нечувствительности фотодатчика обеспечивает ему повышенную устойчивость по отнощению к внещним паразитны.м (случайным) засветкам. Это особенно важно, так как режим точного слежения - основной режим работы автоматической системы управления гелиотехнической установкой. А случайные боковые засветки (блики, отраженные лучи от элементов конструкции гелиостатов) особенно характерны для зеркальных концентрирующих систем солнечных энергетических станций большой мощности.

Кроме того, при использовании аналогового выхода фотодатчика предложенная конструкция и схема включения фотоприемников обеспечивают возможность отработки

значительных рассогласований в системе с большей скоростью, чем в режиме точного слежения, что улучшает показатели качества управления объектом.

Применение квадратных отверстий в

крышке 3 и в экранах 41-43 с дополнительными четырехквадрантными фотоприемниками 38-40 приводит к уменьшению числа фотоэлементов в два раза по сравнению с применением круглых отверстий в тех же деталях и при прочих равных условиях.

К тому же при квадратном световом пятне в процессе точного слежения ослабляется влияние одного канала на другой, что сокращает число включений привода гелиостата.

20

Формула изобретения

5

Широкозахватный фотодатчик ориентации гелиостата, содержащий установленный на квадратной подложке пылезащитный корпус с оптически непрозрачными

5 боковыми стенками и с пропускающей излучение непрозрачной крыщкой с квадратным диафрагмируемым отверстием, четырех- квадрантный фотоприемник, первый, второй, третий и четвертый фотоэлементы которого установлены внутри корпуса по сере0 дине сторон подложки, а пятый фотоэлемент которого установлен в центре подложки, первые выводы противоположных фотоэлементов четырехквадрантного фотоприемника попарно подключены к входам соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, первый и второй выводы пятого фотоэлемента подключены к соответствующим входам третьего дифференциального усилителя, вторые выводы всех фотоэле.ментов четырехквадрантного фото0 приемника соединены с общей шиной, выходы первого, второго и третьего дифференциальных усилителей подключены к входам соответственно первого, и второго и третьего пороговых элементов, выходами соединенных с входами элемента ИЛИ - НЕ, отличающий5 ся тем, что, с целью повышения помехозащищенности фотодатчика, в нем дополнительно установлены электромагнитное реле, входной резистор и первый и второй потенциометры, а внутри корпуса параллельно подложке установлены непрозрачные экра0 ны с квадратными отверстиями, в серединах сторон которых установлены дополнительные фотоэлементы, первые выводы фотоэлементов, установленных на одноименных сторонах отверстий экранов, соединены

г между собой и через размыкающие контакты электромагнитного реле подключены к первым выводам фотоэлементов, установленных на соответствующих сторонах подложки, вторые выводы всех дополнительных фотоэлементов соединены с общей шиной, первый и второй выводы первого и второго потенциометров и входного резистора подключены к различным входам соответственно первого, второго и третьего дифференциальных усилителей, подвижные выводы

первого и второго потенциометров соединены с общей щиной, первый и второй выводы обмотки управления электромагнитного реле подключены соответственно к выходу третьего порогового элемента и к общей шине.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве датчика слежения в автоматических системах управления гелиостатами на солнечных электростанциях или другими солнечными энергетическими установками. Целью изобретения является повышение помехозащищенности фотодатчика. Поставленная цель достигается за счет того, что в корпусе фотодатчика параллельно подложке установлены экраны с квадратными отверстиями, по сторонам которых установлены фотоэлементы, выходы которых соединены между собой и через размыкающие кЪнтакты реле подключены к выходам фотоэлементов, установленных в тех же плоскостях на подложке. Обмотка управление реле подключена к выходу порогового элемента, входом подключенного к выходу дифференциального усилителя, соединенного входами с выходами пятого фотоэлемента, установленного в центре подложки. 3 ил. с (О (Л

30 28 - -

s.f

13

31 29 27 о/ Jff J 320l f2. 3

Зенит вперед

Зенит назад

Азимут ёлеред

Азимут назад

OSbet m - слежений потерян

4