PL242609B1

PL242609B1 - Head for measuring the intensity of incident light rays and the position of the source of these rays

Info

Publication number: PL242609B1
Application number: PL433593A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Guz; Bernard Połednik; Witold Stępniewski
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2023-03-20
Also published as: PL433593A1

Abstract

Głowica do pomiaru natężenia padających promieni świetlnych i położenia źródła tych promieni składa się z podstawy (1), do której zamocowana jest dolnym końcem oś, na której górnym końcu zamocowana jest płyta. Na górnej powierzchni płyty zamocowane są czujniki promieniowania świetlnego ułożone na linii okręgu, połączonych z modułem odbiorczym. W na osi pod płytą znajduje się silnik z zewnętrznym rotorem, z zamocowanym do niego za pomocą łączników kopułą (8), która na swojej powierzchni posiada otwór z soczewką (9).The head for measuring the intensity of the incident light rays and the position of the source of these rays consists of a base (1), to which an axis is attached at the lower end, on which a plate is attached at the upper end. On the upper surface of the plate, there are light radiation sensors arranged in a circle, connected to the receiving module. On the axis, under the plate, there is a motor with an external rotor, with a dome (8) attached to it by means of connectors, which has a hole with a lens (9) on its surface.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest głowica do pomiaru natężenia padających promieni świetlnych i położenia źródła tych promieni. Znajduje ona zastosowanie przy sterowaniu położeniem paneli fotowoltaicznych i solarnych.The subject of the invention is a head for measuring the intensity of the incident light rays and the position of the source of these rays. It is used to control the position of photovoltaic and solar panels.

Dotychczas znanych jest szereg rozwiązań konstrukcyjnych czujników promieniowania świetlnego. Najprostsze rozwiązania umożliwiają jedynie pomiar natężenia promieniowania. W rozwiązaniu opisanym w zgłoszeniu patentowym US2008203274 (A1) promieniowanie świetlne rozpraszane jest za pomocą półprzeźroczystej kopuły i mierzony jest ogólny poziom promieniowania. Inne rozwiązania umożliwiają również pomiar kierunku położenia źródła światła. W opisie patentowym CN 102410874(BJ, czujnik składa się z matrycy czujników, nad którym znajduje się nieruchoma przesłona ze szczeliną w kształcie krzyża. Poprzez określenie czujników naświetlonych i zacienionych możliwe jest określenie kierunku źródła światła. Niektóre rozwiązania posiadają kierunkowo rozmieszczone czujniki na powierzchni wielościanu. W opisie zgłoszenia patentowego EP3584549 (A1) tylko czujniki zamocowane na powierzchni naświetlonej generują największy sygnał. W zgłoszeniu patentowym US4491727 (A) opisano urządzenie w kształcie kopuły, w której wykonane są kierunkowe otwory. Każdy z otworów połączony jest z pojedynczym czujnikiem matrycy światłoczułej, dzięki czemu możliwe jest określenie intensywności promieniowania jak i kierunku padania promieni słonecznych. Dokument patentowy US6417500 (B1) przedstawia czujnik również w kształcie półsferycznej kopuły. Odpowiednio ukształtowane wycięcia powierzchni kopuły powodują, że część czujników jest oświetlona, zaś część pozostaje zacieniona, dzięki czemu możliwe jest określenie kierunku padania promieni. Znane są czujniki wykorzystujące zjawisko odbicia promieni słonecznych od refleksyjnej płytki, jak w rozwiązaniu opisanym w dokumencie EP1473552 (A2). Istnieją również rozwiązania polegające na pomiarze zacienienia określonej powierzchni. W zgłoszeniu patentowym WO2011139279 (A1) opisane jest rozwiązanie z centralnym elementem rzucającym cień na matrycę czujników promieniowania świetlnego. Dzięki określeniu, które czujniki są zacienione, możliwe jest określenie kierunku położenia źródła światła, zaś z sumarycznego poziomu sygnału z wszystkich czujników możliwe jest określenie natężenia promieniowania. Opatentowane są również czujniki, które wykorzystują specjalnie uformowane soczewki skupiające promieniowanie świetlne. W opisie patentowym EP1262747 (B1) przedstawiany jest układ dwóch takich soczewek. W zależności od kierunku padania promieni, ogniskowa jest skupiona na innym fragmencie elementu światłoczułego sensora. Znane są również czujniki zawierające mechaniczne elementy ruchome umożliwiające określić położenie źródła światła, zarówno poprzez zmianę pozycji samego czujnika, jak również zmianę pozycji elementu przesłaniającego - CA2526993 (A1), WO2019008206 (A1), CN206583530 (U). ‘ ‘So far, a number of design solutions for light radiation sensors have been known. The simplest solutions allow only the measurement of radiation intensity. In the solution described in the patent application US2008203274 (A1), light radiation is dispersed by means of a semi-transparent dome and the general level of radiation is measured. Other solutions also make it possible to measure the direction of the light source. In the patent description CN 102410874(BJ), the sensor consists of a matrix of sensors, above which there is a fixed diaphragm with a slit in the shape of a cross. By specifying the exposed and shaded sensors, it is possible to determine the direction of the light source. Some solutions have directionally arranged sensors on the surface of the polyhedron. In patent application EP3584549 (A1) only the sensors mounted on the exposed surface generate the highest signal.In patent application US4491727 (A) a dome-shaped device is described, in which directional holes are made. Each hole is connected to a single sensor of the photosensitive matrix, thanks which makes it possible to determine the intensity of radiation as well as the direction of the sun's rays. Patent document US6417500 (B1) also presents a sensor in the shape of a hemispherical dome.Properly shaped cutouts of the dome surface cause that some of the sensors are illuminated, and some remain shaded, thanks to which it is possible to determine the direction of the rays. Sensors using the phenomenon of reflection of sunlight from a reflective plate are known, as in the solution described in document EP1473552 (A2). There are also solutions that measure the shading of a specific surface. Patent application WO2011139279 (A1) describes a solution with a central element casting a shadow on a matrix of light radiation sensors. By determining which sensors are shaded, it is possible to determine the direction of the light source, and from the total signal level from all sensors, it is possible to determine the radiation intensity. Also patented are sensors that use specially formed lenses to focus light radiation. In patent description EP1262747 (B1) a system of two such lenses is presented. Depending on the direction of the rays, the focal point is focused on a different part of the photosensitive element of the sensor. There are also known sensors containing mechanical movable elements that enable determining the position of the light source, both by changing the position of the sensor itself, as well as changing the position of the covering element - CA2526993 (A1), WO2019008206 (A1), CN206583530 (U). ' '

Wynalazek służy do określania natężenia padających promieni świetlnych.The invention serves to determine the intensity of incident light rays.

Przedmiotem wynalazku jest głowica do pomiaru natężenia padających promieni świetlnych i położenia źródła tych promieni, która zawiera podstawę z zamocowaną do niej kopułą oraz czujniki promieni świetlnych znajdujące się wewnątrz kopuły. Jej istotą jest to, że do podstawy w kształcie płyty o zarysie okręgu, w jej środku zamocowana jest dolnym końcem oś w postaci tulei, na której górnym końcu zamocowana jest płyta o zarysie okręgu. Na górnej powierzchni płyty zamocowane są czujniki promieniowania świetlnego ułożone osiowosymetrycznie, których elektrody wejściowe podłączone zostały do wspólnej linii zasilania, a każda elektroda wyjściowa czujnika promieniowania świetlnego (4) połączona jest z modułem odbiorczym. Na zewnętrznej powierzchni tulei pod płytą znajduje się zamocowany swoim stojanem silnik z zewnętrznym rotorem, a do rotora znajdującego się na jego obwodzie zamocowany jest łącznik składający się z dwóch współosiowo ułożonych pierścieni połączonych ze sobą płytami rozmieszczonymi promieniowo. Z zewnętrznym pierścieniem połączona jest swoją wewnętrzną powierzchnią kopuła, która na swojej powierzchni posiada otwór z soczewką. Łącznik ma postać dwóch pierścieni ułożonych ze sobą współosiowo połączonych za pomocą płyt.The subject of the invention is a head for measuring the intensity of the incident light rays and the position of the source of these rays, which includes a base with a dome attached to it and sensors of light rays located inside the dome. Its essence is that an axis in the form of a sleeve is attached to the base in the shape of a circular plate, in the center of which an axis in the form of a sleeve is attached at the upper end of which a circular plate is fixed. On the upper surface of the plate, the light radiation sensors are mounted, arranged axially, whose input electrodes are connected to a common power line, and each output electrode of the light radiation sensor (4) is connected to the receiving module. On the outer surface of the sleeve, under the plate, there is a motor with an external rotor fixed by its stator, and a connector consisting of two coaxially arranged rings connected to each other by radially arranged plates is attached to the rotor located on its circumference. A dome is connected to the outer ring by its inner surface, which has a hole with a lens on its surface. The connector is in the form of two rings arranged coaxially connected with plates.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest możliwość uzyskania dokładnej informacji o natężeniu padających promieni świetlnych oraz o położeniu źródła tych promieni, dzięki czemu możliwe jest precyzyjne ustawienie paneli fotowoltaicznych prostopadle do kierunku padania promieni w celu maksymalizacji zysków energii elektrycznej, jak również określenie, czy pozycjonowanie paneli jest opłacalne pod względem energetycznym.A beneficial effect of the invention is the ability to obtain accurate information about the intensity of the incident light rays and the location of the source of these rays, thanks to which it is possible to precisely position the photovoltaic panels perpendicular to the direction of the rays' incidence in order to maximize electricity gains, as well as to determine whether the positioning of the panels is profitable in terms of energy.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 - widok perspektywiczny urządzenia, fig. 2 - widok urządzenia z góry, fig. 3 - przekrój urządzenia wzdłuż linii A-A, fig. 4 - widok perspektywiczny urządzenia w rozstrzeleniu od góry.The subject of the invention in the embodiment is shown in the drawing, where the individual figures show: Fig. 1 - perspective view of the device, Fig. 2 - view of the device from above, Fig. 3 - section of the device along the line A-A, Fig. 4 - perspective view of the device exploded from above.

Wynalazek w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku składa się z podstawy 1 w kształcie w kształcie płyty o zarysie okręgu o średnicy 100 mm i grubości 2 mm, wykonany z ABS. Do podstawy 1 przyklejona jest oś 2 w kształcie wydrążonego walca o średnicy zewnętrznej 10 mm i wewnętrznej 6 mm, wykonana z ABS. Do górnego końca tulei 2 przykręcona jest dwoma wkrętami płyta 3 o zarysie okręgu o średnicy 80 mm, grubości jednej warstwy 1,5 mm, którą jest elektroniczny obwód drukowany PCB z laminatu FR4 w. Na górnej powierzchni płyty 3 wykonanych jest dwadzieścia pięć pól lutowniczych do rozmieszczonych w sposób osiowosymetryczny czujników promieniowania świetlnego 4 w postaci fototranzystorów ELPT15-21C montażu powierzchniowego SMD w obudowie 1206. Elektrody wejściowe (kolektory) fototranzystorów podłączone zostały do wspólnej linii zasilania o napięciu 12 V, a każda elektroda wyjściowa (emiter) fototranzystora podłączona jest z modułem odbiorczym 5. Łączna ilość dwudziestu pięciu obwodów wyjściowych z fototranzystorów połączonych jest z zewnętrznym modułem odbiorczym 5 typu ESP8266 NodeMcu ver. 3 z czterema ekspanderami portów wejścia/wyjścia WaveShare PCF8574. Do zewnętrznej powierzchni tulei 2 zamocowany jest swoim stojanem silnik 6 z zewnętrznym rotorem - RM-972 firmy ASLM Inc. Jest to bezramowy, bezszczotkowy silnik 6 z rdzeniem żelaznym, promieniowy, z rotorem zewnętrznym. Wewnętrzny otwór silnika 6 nałożony jest na oś 2, zaś do zewnętrznego pierścienia obrotowego silnika przymocowane są łączniki 7, który ma postać dwóch pierścieni ułożonych ze sobą współosiowo połączonych za pomocą płyt, które są wykonane z ABS. Na łącznikach 7 oparta jest kopuła 8, która posiada kształt czaszy o średnicy 10 cm. Kopuła 8 jak również pozostałe elementy z tworzywa ABS wykonane są metodą FDM za pomocą drukarki 3D. W dolnej wewnętrznej części kopuły 8 ukształtowany jest próg, na którym kopuła 8 opiera się na łącznikach 7. Ścianki kopuły 4 posiadają grubość 2 mm, zaś cześć czaszy kopuły 8 posiada otwór o średnicy 35 mm, którego oś jest pod kątem 45° do tulei 2. W otworze kopuły 8 zamocowana jest soczewka skupiająca światło o średnicy 35 mm. Podstawa 1, oś 2 z silnikiem 6 oraz płytka 3 z czujnikami promieniowania 4 w trakcie obrotu głowicy pozostają nieruchome, zaś łączniki 7 oraz kopuła 8 obracane są z prędkością 1 obr/min za pomocą silnika 6.The invention, in the embodiment shown in the drawing, consists of a base 1 in the shape of a circular plate with a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm, made of ABS. An axle 2 in the shape of a hollow cylinder with an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm, made of ABS, is glued to the base 1. To the upper end of the sleeve 2, a plate 3 with a circular outline, 80 mm in diameter, 1.5 mm thick, is screwed to the upper end of the sleeve 2, which is an electronic printed circuit board made of FR4 laminate. On the upper surface of the plate 3 there are twenty-five solder pads for axially symmetrically arranged light radiation sensors 4 in the form of ELPT15-21C SMD surface mount phototransistors in a 1206 housing. 5. The total number of twenty-five output circuits from phototransistors is connected to the external receiving module 5, type ESP8266 NodeMcu ver. 3 with four WaveShare PCF8574 I/O port expanders. Motor 6 with an external rotor - RM-972 by ASLM Inc. - is attached to the outer surface of the sleeve 2 by its stator. It is a frameless, brushless 6 iron core, radial, external rotor motor. The inner hole of the motor 6 is superimposed on the axis 2, and the connectors 7 are attached to the outer rotating ring of the motor, which is in the form of two rings arranged coaxially connected by plates made of ABS. The dome 8 is based on the connectors 7, which has the shape of a bowl with a diameter of 10 cm. Dome 8 as well as other elements made of ABS plastic are made using the FDM method using a 3D printer. In the lower inner part of the dome 8, a threshold is formed, on which the dome 8 rests on connectors 7. The walls of the dome 4 are 2 mm thick, and part of the dome 8 has a hole with a diameter of 35 mm, the axis of which is at an angle of 45° to the sleeve 2 In the opening of the dome 8, a light-focusing lens with a diameter of 35 mm is fixed. The base 1, the axis 2 with the motor 6 and the plate 3 with the radiation sensors 4 remain stationary during the rotation of the head, while the connectors 7 and the dome 8 are rotated at a speed of 1 rpm by the motor 6.

Claims

Patent Disclaimer

1. A head for measuring the intensity of the incident light rays and the location of the source of these rays, which includes a base with a dome attached to it and sensors of light rays located inside the dome, characterized in that the base (1) in the shape of a circular plate in its center an axis in the form of a sleeve (2) is attached at the lower end, on the upper end of which a plate (3) with a circular outline is mounted, and on the upper surface of the plate (3) light radiation sensors (4) arranged axially symmetrically are mounted, the input electrodes of which are connected have been connected to a common power line, and each output electrode of the light radiation sensor (4) is connected to the receiving module (5), and the motor with an external rotor (6) is attached to the outer surface of the sleeve (2) under the plate (3), to which rotor located on its circumference a connector (7) is attached, consisting of two coaxially arranged rings connected with each other by radially arranged plates, and the outer ring is connected with its inner surface the dome (8), which has a hole with a lens on its surface (9) and the connector (7) is in the form of two rings arranged coaxially connected by plates.