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基于摄影测量的定日镜面形误差检测方法研究

魏秀东 张凡 许英朝

魏秀东, 张凡, 许英朝. 基于摄影测量的定日镜面形误差检测方法研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2021-0210
引用本文: 魏秀东, 张凡, 许英朝. 基于摄影测量的定日镜面形误差检测方法研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2021-0210
WEI Xiu-dong, ZHANG Fan, XU Ying-chao. A study on the measurement method of heliostat surface shape error based on photogrammetry[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2021-0210
Citation: WEI Xiu-dong, ZHANG Fan, XU Ying-chao. A study on the measurement method of heliostat surface shape error based on photogrammetry[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2021-0210

基于摄影测量的定日镜面形误差检测方法研究

doi: 10.37188/CO.2021-0210
基金项目: 福建省自然科学基金面上项目(No. 2019J01876);
详细信息
    作者简介:

    魏秀东(1979—),男,河北河间人,博士,副研究员,硕士生导师,2004年7月毕业于吉林大学通信工程学院光信息科学与技术专业,获工学学士学位;2009年7月毕业于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,获光学博士学位。主要从事太阳能光热发电聚光系统设计及光学性能检测技术的研究。E-mail:weixiudong211@163.com

    张 凡(1997—),男,湖北黄冈人,硕士研究生,2020年6月毕业于河北大学物理科学于技术学院光电信息科学与工程专业,获理学学士学位。主要从事图像处理与光学检测等方面的的研究。E-mail:1964073326@qq.com

  • 中图分类号: TP751.1;TK519

A study on the measurement method of heliostat surface shape error based on photogrammetry

Funds: Supported by Fujian Natural Science Foundation of Fujian Province (No. 2019J01876);
More Information
  • 摘要: 在塔式太阳能热发电中,定日镜面形误差对镜场光学效率具有重要影响,因此需要对定日镜面形误差进行检测。定日镜一般由多个子镜拼接而成,子镜的倾斜角度误差是定日镜面形误差的重要组成部分。本文提出一种基于摄影测量的定日镜子镜倾斜角度误差的检测方法,即在已知定日镜子镜外形尺寸的条件下,利用摄影成像原理计算出定日镜子镜4个角点的空间位置坐标,进而求出子镜的法线方向,再利用所求得的法线计算出子镜的倾斜角度,最终实现对定日镜子镜倾斜角度误差的检测。详细阐述了该方法的测量原理,推导了计算公式,并利用平面镜与相机进行了相关验证实验。通过在不同距离下对不同倾斜角度的平面镜进行测量实验,得出测得的镜面倾斜角度与实际倾斜角度的偏差约为0.1°~0.3°,实验结果表明该方法能够较准确的检测定日镜子镜的倾斜角度误差,从而验证了该方法的正确性和可行性。

     

  • 图 1  测量原理示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of the measurement principle

    图 2  子镜平面成像示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of Submirror plane imaging

    图 3  实验装置示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of the experimental apparatus

    图 4  1.3 m处相机采集的平面镜照片

    Figure 4.  Flat mirror photos taken by the camera at 1.3 m

    图 5  1.3 m处角度误差随所测角度变化的柱状图

    Figure 5.  Histogram of angular deviation at 1.3 m that varies with the measured angle

    图 6  MATLAB程序模拟的平面镜4个角点的空间位置图

    Figure 6.  MATLAB program simulates a spatial position map of 4 corner points of a planar mirror

    图 7  1.6 m处相机采集的平面镜照片

    Figure 7.  Flat mirror photos taken by the camera at 1.6 m

    图 8  1.6 m处角度误差随所测角度变化的柱状图

    Figure 8.  Histogram of angular deviation at 1.6 m that varies with the measured angle

    图 9  MATLAB程序模拟的平面镜4个角点的空间位置图

    Figure 9.  MATLAB program simulates a spatial position map of 4 corner points of a planar mirror

    图 10  角度误差随距离变化的柱状图

    Figure 10.  A histogram of angular deviation varying with distance

    表  1  1.3m处倾斜角度的检测结果

    Table  1.   Detection result of tilt angle at 1.3m

    实验组别实际倾角(°)测量倾角(°)误差(°)
    110.2810.332+0.052
    211.6111.679+0.069
    313.7613.747-0.027
    415.4115.630+0.220
    516.8616.985+0.125
    618.4318.550+0.070
    719.4819.667+0.187
    820.5120.614+0.104
    921.1721.230+0.060
    1022.0122.249+0.139
    1124.2524.505+0.255
    下载: 导出CSV

    表  2  1.6 m处倾斜角度的检测结果

    Table  2.   Detection result of tilt angle at 1.6 m

    实验组别实际倾角(°)测量倾角(°)误差(°)
    182.2181.936-0.274
    278.3178.419+0.109
    371.5071.647+0.147
    464.9864.533-0.447
    559.9759.808-0.162
    656.8956.574-0.316
    750.6650.502-0.158
    845.2144.845-0.365
    941.8441.743-0.097
    1034.7235.617+0.103
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    表  3  不同距离下对16.81°和10.28°的测量结果

    Table  3.   Measurement results for 16.81° and 10.28° at different distances

    实验组别距离(m)10.28°16.81°平均误差(°)
    检测倾角(°)误差(°)检测倾角(°)误差(°)
    10.810.478+0.19816.985+0.175+0.186
    21.010.345+0.06516.819+0.009+0.037
    31.210.359+0.07916.654−0.156−0.038
    41.410.278−0.00216.639−0.171−0.086
    51.610.342+0.062 16.481−0.329−0.134
    61.810.250−0.03016.586−0.224−0.127
    72.010.213−0.067 16.657−0.153−0.110
    82.210.241−0.03916.523−0.287−0.163
    92.410.189−0.09116.481−0.329−0.210
    下载: 导出CSV
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