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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), 2023, 16(2): 425-433. 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), 2023, 16(2): 425-433. doi: 10.37188/CO.2021-0210
WEI Xiu-dong, ZHANG Fan, XU Ying-chao. The measurement method of heliostat surface shape error based on photogrammetry[J]. Chinese Optics, 2023, 16(2): 425-433. doi: 10.37188/CO.2021-0210
Citation: WEI Xiu-dong, ZHANG Fan, XU Ying-chao. The measurement method of heliostat surface shape error based on photogrammetry[J]. Chinese Optics, 2023, 16(2): 425-433. 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

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月于吉林大学通信工程学院光信息科学与技术专业获得工学学士学位;2009年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得光学博士学位。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年于河北大学物理科学与技术学院光电信息科学与工程专业获得理学学士学位。主要从事图像处理与光学检测等方面的研究。E-mail:1964073326@qq.com

  • 中图分类号: TP751.1;TK519

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。本文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,得出测量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:该方法能够较准确地检测定日镜子镜的倾斜角度误差,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 varying with the measured angle at 1.3 m

    图 6  Matlab程序模拟的平面镜4个角点的空间位置图

    Figure 6.  Spatial position map of 4 corner points of a planar mirror simulated by Matlab program

    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 varying with the measured angle at 1.6 m

    图 9  Matlab程序模拟的平面镜4个角点的空间位置图

    Figure 9.  Spatial position map of 4 corner points of a planar mirror simulated by Matlab program

    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  1.3 m处倾斜角度的检测结果

    Table  1.   Detection result of tilt angle at 1.3 m

    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
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    表  2  1.6 m处倾斜角度的检测结果

    Table  2.   Detection results 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  不同距离下对倾角为16.81°和10.28°平面镜的测量结果

    Table  3.   Measurement results for the mirror with the tilt angles of 16.81° and 10.28° at different distances

    实验组别距离/m检测倾角(°)误差(°)平均误差/(°)
    10.28°16.81°10.28°16.81°
    10.810.47816.985+0.198+0.175+0.186
    21.010.34516.819+0.065+0.009+0.037
    31.210.35916.654+0.079−0.156−0.038
    41.410.27816.639−0.002−0.171−0.086
    51.610.34216.481 +0.062−0.329−0.134
    61.810.25016.586−0.030−0.224−0.127
    72.010.21316.657 −0.067−0.153−0.110
    82.210.24116.523−0.039−0.287−0.163
    92.410.18916.481−0.091−0.329−0.210
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2022-01-04
  • 网络出版日期:  2022-05-12

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