淺析塔式光熱項(xiàng)目定日鏡位置角度測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用

聶建

摘 要 塔式光熱項(xiàng)目中，定日鏡是聚光集熱的核心部件，通過(guò)鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)的精確控制，完成對(duì)應(yīng)的聚焦模式動(dòng)作，其中定日鏡的精確位置姿態(tài)是完成運(yùn)行動(dòng)作的關(guān)鍵。因此，定日鏡姿態(tài)位置的測(cè)量是整個(gè)鏡場(chǎng)控制的核心數(shù)據(jù)，主要包括定日鏡的俯仰角和水平角測(cè)量。定日鏡的運(yùn)行動(dòng)作有兩種，一是水平方向的運(yùn)轉(zhuǎn)，另外是垂直方向的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)。兩種運(yùn)動(dòng)的實(shí)際角度測(cè)量，就需要用到角度傳感器。本文主要對(duì)塔式光熱項(xiàng)目中定日鏡位置角度測(cè)量設(shè)備及應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞 定日鏡;角度;方向;測(cè)量;設(shè)備

在塔式光熱項(xiàng)目中，鏡場(chǎng)中依據(jù)功率設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)布置有數(shù)千甚至上萬(wàn)面定日鏡，這部分定日鏡將依據(jù)具體年月日以及每一時(shí)刻的太陽(yáng)位置角度，運(yùn)動(dòng)至特定角度將太陽(yáng)光精確反射至集熱塔上，由集熱塔內(nèi)介質(zhì)吸收太陽(yáng)熱量，完成能量交換，吸熱介質(zhì)再與水進(jìn)行熱交換，生成一定溫度和壓力的蒸汽，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行。從中可以看出，整個(gè)過(guò)程中，第一步準(zhǔn)確的聚光集熱是整個(gè)塔式光熱項(xiàng)目的能量源頭。因此，研究定日鏡位置角度測(cè)量設(shè)備應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1角度傳感器的選擇

角度傳感器，顧名思義就是用來(lái)檢測(cè)角度的，在實(shí)際操作中應(yīng)用是比較廣泛的，能夠適用不同行業(yè)不同領(lǐng)域各種環(huán)境的需要，對(duì)于角度傳感器型號(hào)的選擇和質(zhì)量好壞的判斷，有不同選擇標(biāo)準(zhǔn)。

（1）角度傳感器靈敏度的選擇。通常情況下，在角度傳感器的線性范圍內(nèi)，我們希望角度傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高的時(shí)候，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才會(huì)比較大，更有利于信號(hào)處理。但要注意的是，如果傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也就容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)所放大，進(jìn)而影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)該具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲膹S擾信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的，當(dāng)被測(cè)量是單向量的，而且對(duì)其方向性的要求較高，那么應(yīng)選擇其他方向靈敏度小的傳感器。

（2）角度傳感器頻率響應(yīng)特性。角度傳感器頻率響應(yīng)的特性，決定了其被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許其頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，但實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總是有—定延遲，我們希望延遲時(shí)間越短越好。如果傳感器的頻率響應(yīng)高，那么可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而且由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性會(huì)較大，因此有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。

（3）角度傳感器線性范圍。角度傳感器的線形范圍指的是輸出與輸入成正比的范圍。從理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度是保持定值。傳感器的線性范圍越寬，那么其量程越大，并且能夠保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)候，當(dāng)傳感器的種類確定以后，首先要注意其量程是否滿足要求。

（4）角度傳感器穩(wěn)定性。傳感器在使用一段時(shí)間后，它的性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除了傳感器本身結(jié)構(gòu)之外，主要因素是傳感器的使用環(huán)境。因此，如果要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，那么傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力[1]。

2角度傳感器的工作原理和分類

根據(jù)以上角度傳感器的選型原則，對(duì)于塔式光熱項(xiàng)目，考慮到實(shí)際工程的技術(shù)要求和地理環(huán)境情況，通常采用高精度編碼器和傾角傳感器，對(duì)定日鏡的水平運(yùn)轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量。

（1）編碼器工作原理和分類。①編碼器工作原理。編碼器是將信號(hào)或者數(shù)據(jù)進(jìn)行編制，轉(zhuǎn)換成為可用于通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器能夠把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，前者稱之為碼盤，后者稱之為碼尺。按照讀出方式，編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;按照工作原理，編碼器可以分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成為計(jì)數(shù)脈沖，利用脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的顯示值只與測(cè)量的起始位置和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程是沒(méi)有關(guān)系的。②編碼器主要分類。按照碼盤的刻孔方式不同分類：增量型，每轉(zhuǎn)過(guò)單位的角度發(fā)出1個(gè)脈沖信號(hào)，通常為A相，B相，Z相輸出，其中A相和B相為相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據(jù)此延遲關(guān)系，可以區(qū)別正反轉(zhuǎn)，而且通過(guò)取A相、B相的上升和下降沿可以進(jìn)行2或4倍頻。Z相是單圈脈沖，就是每圈發(fā)出一個(gè)脈沖。絕對(duì)值型，是對(duì)應(yīng)一圈，每個(gè)基準(zhǔn)的角度發(fā)出1個(gè)唯一與該角度對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的數(shù)值，通過(guò)外部的記圈器件，可以進(jìn)行多個(gè)位置的記錄和測(cè)量。以編碼器工作原理可分為：磁電式、光電式和觸點(diǎn)電刷式。編碼器的工作原理，有一個(gè)中心有軸的光電碼盤，它上面有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，由其獲得4組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D，其中每個(gè)正弦波相差90°的相位差（相對(duì)于1個(gè)周波為360度），將C和D信號(hào)反向，疊加在A和B兩相上，可以增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另外每轉(zhuǎn)輸出1個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。編碼器的分辨率，編碼器以每旋轉(zhuǎn)360°提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度，或者直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5至10000線。

（2）傾角傳感器工作原理。傾角傳感器，又名傾角儀等，是角度傳感器的其中一種，主要用于檢測(cè)系統(tǒng)的水平度，由于雙軸傾角傳感器可同時(shí)完成兩個(gè)方向的水平度測(cè)量，因此它可用于檢測(cè)整個(gè)被測(cè)面的水平度。

傾角傳感器原理，根據(jù)工作原理的不同，角傳感器可分為“固體擺”式、“液體擺”式和“氣體擺”式3種，但是這3種傾角傳感器都是基于牛頓第二定律的基本理論來(lái)完成的。如牛頓第二定律所述，我們是無(wú)法在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量的，但是我們可以對(duì)其加速度進(jìn)行測(cè)量，在初速度已知的情況下，我們可以通過(guò)積分的方法得出線速度，從而求得它的直線位移，因此傾角傳感器實(shí)際上是一種利用慣性原理的加速度傳感器。而當(dāng)傾角傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它只受到重力的作用，那么其重力垂直軸與傳感器靈敏軸間的夾角即是所求的傾角[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

在塔式光熱項(xiàng)目匯總，依據(jù)實(shí)際的技術(shù)要求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，選用合適的角度傳感器，將大大提高整個(gè)鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保證整個(gè)光熱項(xiàng)目的電能產(chǎn)出。

參考文獻(xiàn)

[1] 許文斌.塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站定日鏡檢測(cè)技術(shù)研究[J].可再生能源，2012（3）：126-128.

[2] 張旭中，李偉，黃圓明，等.塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電中定日鏡的精度檢測(cè)方法[J].太陽(yáng)能，2020（1）：210-213.