浅析塔式光热项目定日镜位置角度测量设备的应用

聂建

摘 要 塔式光热项目中，定日镜是聚光集热的核心部件，通过镜场控制系统的精确控制，完成对应的聚焦模式动作，其中定日镜的精确位置姿态是完成运行动作的关键。因此，定日镜姿态位置的测量是整个镜场控制的核心数据，主要包括定日镜的俯仰角和水平角测量。定日镜的运行动作有两种，一是水平方向的运转，另外是垂直方向的俯仰转动。两种运动的实际角度测量，就需要用到角度传感器。本文主要对塔式光热项目中定日镜位置角度测量设备及应用进行相关探讨。

关键词 定日镜;角度;方向;测量;设备

在塔式光热项目中，镜场中依据功率设计，对应布置有数千甚至上万面定日镜，这部分定日镜将依据具体年月日以及每一时刻的太阳位置角度，运动至特定角度将太阳光精确反射至集热塔上，由集热塔内介质吸收太阳热量，完成能量交换，吸热介质再与水进行热交换，生成一定温度和压力的蒸汽，进入汽轮发电机系统最终实现发电运行。从中可以看出，整个过程中，第一步准确的聚光集热是整个塔式光热项目的能量源头。因此，研究定日镜位置角度测量设备应用具有现实意义。

1角度传感器的选择

角度传感器，顾名思义就是用来检测角度的，在实际操作中应用是比较广泛的，能够适用不同行业不同领域各种环境的需要，对于角度传感器型号的选择和质量好坏的判断，有不同选择标准。

（1）角度传感器灵敏度的选择。通常情况下，在角度传感器的线性范围内，我们希望角度传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高的时候，与被测量变化对应的输出信号的值才会比较大，更有利于信号处理。但要注意的是，如果传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也就容易混入，也会被放大系统所放大，进而影响测量精度。因此，要求传感器本身应该具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的，当被测量是单向量的，而且对其方向性的要求较高，那么应选择其他方向灵敏度小的传感器。

（2）角度传感器频率响应特性。角度传感器频率响应的特性，决定了其被测量的频率范围，必须在允许其频率范围内保持不失真的测量条件，但实际上传感器的响应总是有—定延迟，我们希望延迟时间越短越好。如果传感器的频率响应高，那么可测的信号频率范围就宽，而且由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性会较大，因此有频率低的传感器可测信号的频率较低。

（3）角度传感器线性范围。角度传感器的线形范围指的是输出与输入成正比的范围。从理论上讲，在此范围内，灵敏度是保持定值。传感器的线性范围越宽，那么其量程越大，并且能够保证一定的测量精度。在选择传感器时候，当传感器的种类确定以后，首先要注意其量程是否满足要求。

（4）角度传感器稳定性。传感器在使用一段时间后，它的性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除了传感器本身结构之外，主要因素是传感器的使用环境。因此，如果要使传感器具有良好的稳定性，那么传感器必须要有较强的环境适应能力[1]。

2角度传感器的工作原理和分类

根据以上角度传感器的选型原则，对于塔式光热项目，考虑到实际工程的技术要求和地理环境情况，通常采用高精度编码器和倾角传感器，对定日镜的水平运转和俯仰运转角度进行测量。

（1）编码器工作原理和分类。①编码器工作原理。编码器是将信号或者数据進行编制，转换成为可用于通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器能够把角位移或直线位移转换成为电信号，前者称之为码盘，后者称之为码尺。按照读出方式，编码器可以分为接触式和非接触式两种;按照工作原理，编码器可以分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成为周期性的电信号，再把这个电信号转变成为计数脉冲，利用脉冲的个数来表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的显示值只与测量的起始位置和终止位置有关，而与测量的中间过程是没有关系的。②编码器主要分类。按照码盘的刻孔方式不同分类：增量型，每转过单位的角度发出1个脉冲信号，通常为A相，B相，Z相输出，其中A相和B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据此延迟关系，可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频。Z相是单圈脉冲，就是每圈发出一个脉冲。绝对值型，是对应一圈，每个基准的角度发出1个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部的记圈器件，可以进行多个位置的记录和测量。以编码器工作原理可分为：磁电式、光电式和触点电刷式。编码器的工作原理，有一个中心有轴的光电码盘，它上面有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，由其获得4组正弦波信号组合成A、B、C、D，其中每个正弦波相差90°的相位差（相对于1个周波为360度），将C和D信号反向，叠加在A和B两相上，可以增强稳定信号;另外每转输出1个Z相脉冲以代表零位参考位。编码器的分辨率，编码器以每旋转360°提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度，或者直接称多少线，一般在每转分度5至10000线。

（2）倾角传感器工作原理。倾角传感器，又名倾角仪等，是角度传感器的其中一种，主要用于检测系统的水平度，由于双轴倾角传感器可同时完成两个方向的水平度测量，因此它可用于检测整个被测面的水平度。

倾角传感器原理，根据工作原理的不同，角传感器可分为“固体摆”式、“液体摆”式和“气体摆”式3种，但是这3种倾角传感器都是基于牛顿第二定律的基本理论来完成的。如牛顿第二定律所述，我们是无法在一个系统内部对速度进行测量的，但是我们可以对其加速度进行测量，在初速度已知的情况下，我们可以通过积分的方法得出线速度，从而求得它的直线位移，因此倾角传感器实际上是一种利用惯性原理的加速度传感器。而当倾角传感器处于静止状态时，它只受到重力的作用，那么其重力垂直轴与传感器灵敏轴间的夹角即是所求的倾角[2]。

3结束语

在塔式光热项目汇总，依据实际的技术要求和现场环境，选用合适的角度传感器，将大大提高整个镜场控制系统的运行效率，保证整个光热项目的电能产出。

参考文献

[1] 许文斌.塔式太阳能热发电站定日镜检测技术研究[J].可再生能源，2012（3）：126-128.

[2] 张旭中，李伟，黄圆明，等.塔式太阳能热发电中定日镜的精度检测方法[J].太阳能，2020（1）：210-213.