Датчик для слежения за положением солнца
Использование: в фотоэлектрических солнечных установках с функцией автоматической ориентации для измерения уровня освещенности подвижного источника света - Солнца и определения угла его положения относительно панелей солнечных батарей. Задача: упрощение конструкции и повышение точности отслеживания положения Солнца. Сущность изобретения: Конструкция состоит из неподвижного основания 1, на котором расположен корпус 2, имеющий со стороны цилиндрической поверхности отверстия с закрепленными внутри них светочувствительными элементами (фототранзисторами) 3-9, каждый из которых расположен под углом в 30 градусов относительно соседнего элемента. Также на корпусе 2 установлен дополнительный светочувствительный элемент (фототранзистор) 10, который реализует функцию измерения уровня рассеянного освещения. В состав датчика входят также резисторы 13-20, величина сопротивлений которых задает прямой ток работы фототранзисторов, и семь операционных усилителей 21-27, требующих для работы однополярного питания, которое также подается извне через разъем 12, и служащих для усиления полезного сигнала, и резисторы 28-55 для задания режима работы операционных усилителей в качестве дифференциальных усилителей. Положительный эффект: повышение точности определения положения Солнца за счет использования фиксированного угла между установленными фототранзисторами.
Полезная модель относится к измерительным приборам и солнечной энергетике и может найти применение в фотоэлектрических солнечных установках с функцией автоматической ориентации для измерения уровня освещенности подвижного источника света - Солнца и определения угла его положения относительно панелей солнечных батарей.
Известен датчик для измерения освещенности, содержащий корпус, установленный на штативе и выполненный в виде сферы, по всей поверхности которой установлено n светоприемников, ориентированных радиально относительно сферической поверхности, при этом токопроводы светоприемников проходят через внутренний объем корпуса и выведены наружу через диэлектрическую втулку, отличающийся тем, что светоприемники выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, каждый из которых закреплен в индивидуальной оболочке, в которой перед каждым фотоэлектрическим преобразователем расположена выпукло-вогнутая линза, ориентированная вогнутой поверхностью к преобразователю и расположенная от него на таком расстоянии, чтобы световое пятно полностью покрывало светоприемную часть фотоэлектрического преобразователя (см. патент РФ 
2003058 от 15.11.1993 г.).
Недостатком данного датчика для измерения освещенности является сложная конструкция, что удорожает стоимость датчика, а также отсутствие узлов, которые бы учитывали влияние уровня рассеянной освещенности на показания отдельных фотоэлектрических преобразователей.
Задача полезной модели - упрощение конструкции и повышение точности отслеживания положения Солнца.
Поставленная задача достигается тем, что, датчик слежения за Солнцем, содержащий корпус, установленный на неподвижном основании, по поверхности которого выполнены отверстия, в которых установлены светочувствительные элементы, отличающийся тем, что каждый из элементов расположен под углом в 30 градусов относительно соседнего элемента а на корпусе закреплен дополнительный светочувствительный элемент, реализующий функцию измерения уровня рассеянного освещения, при этом сигнал с каждого из светочувствительных элементов сравнивается при помощи операционных усилителей с сигналом от дополнительного светочувствительного элемента.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что каждый из светочувствительных элементов расположен под углом в 30 градусов относительно соседнего элемента, а на корпусе закреплен дополнительный светочувствительный элемент, реализующий функцию измерения уровня рассеянного освещения, при этом сигнал с каждого из светочувствительных элементов сравнивается при помощи операционных усилителей с сигналом от дополнительного светочувствительного элемента.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - упрощение конструкции, а также повышение точности отслеживания положения Солнца.
На фиг. 1 показана конструкция датчика слежения за Солнцем, на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема.
Конструкция состоит из неподвижного основания 1, на котором расположен корпус 2, имеющий со стороны цилиндрической поверхности отверстия с закрепленными внутри них светочувствительными элементами (фототранзисторами) 3-9, каждый из которых расположен под углом в 30 градусов относительно соседнего элемента. Это позволяет, путем сравнения сигналов с двух соседних элементов, следить за положением Солнца с точностью до 15 градусов. Также на корпусе 2 установлен дополнительный светочувствительный элемент (фототранзистор) - 10, который реализует функцию измерения уровня рассеянного освещения. Сигналы со всех фоточувствительных элементов поступают на плату электроники 11. Для снятия показаний с каналов датчика, а также подачи питания для обеспечения работы платы электроники в конструкции предусмотрен унифицированный многоконтактный штыревой разъем 12.
В состав датчика для слежения за положением солнца входят кроме светочувствительных элементов 3-10, резисторы 13-20, величина сопротивлений которых задает прямой ток работы фототранзисторов, а также семь операционных усилителей 21-27, требующих для работы однополярного питания, которое также подается извне через разъем 12, и служащих для усиления полезного сигнала, и резисторы 28-55 для задания режима работы операционных усилителей в качестве дифференциальных усилителей.
Датчик работает следующим образом. В момент подачи питания устройства через фототранзисторы потечет ток, величина которого будет определяться сопротивлениями между переходом коллектор - эмиттер, которое в свою очередь будет определяться количеством света, падающего на фототранзисторы. В зависимости от этого также будут изменяться и уровни напряжений на входах операционных усилителей. Резисторы 28-55 задают режим работы операционного усилителя как усилителя разности между потенциалами напряжения на его входах. При этом, варьируя соотношение их сопротивлений, можно задавать коэффициент усиления выходного напряжения, т.е. полезного сигнала. Для задания коэффициента усиления в пять раз, например, сопротивления резисторов 42-55 должно быть в пять раз больше, чем резисторов 28-41.
Операционные усилители осуществляют сравнения потенциалов напряжений, поступающих с каждого из фототранзисторов 3-9 с потенциалом, поступающим с фототранзистора 10, расположенным отдельно и осуществляющим измерение уровня рассеянного освещения. Таким образом, реализуется слежение за прямыми солнечными лучами. Чем больше прямого солнечного излучения попадает на один из семи фототранзисторов, тем меньше становится сопротивление его перехода коллектор - эмиттер, тем больше становится потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя и тем больше уровень напряжения на выходе операционного усилителя, т.е. уровень полезного сигнала.
Использование предлагаемого датчика существенно повышает точность определения положения Солнца за счет использования фиксированного угла между установленными фототранзисторами.
Датчик для слежения за положением Солнца, содержащий корпус, установленный на неподвижном основании, по поверхности которого выполнены отверстия, в которых установлены светочувствительные элементы, отличающийся тем, что каждый из элементов расположен под углом в 30º относительно соседнего элемента, а на корпусе закреплен дополнительный светочувствительный элемент, реализующий функцию измерения уровня рассеянного освещения, при этом сигнал с каждого из светочувствительных элементов сравнивается при помощи операционных усилителей с сигналом от дополнительного светочувствительного элемента.
