یکی از زیر سیستم های کلیدی در ماهواره ها سیستم تعیین وضعیت می باشد و حسگر خورشید یکی از رایج ترین حسگرهای در این حوزه به حساب می آید. امروزه با توجه به پیشرفت روز افزون ماهواره ها، نیاز به افزایش دقت در زیرسیستم های ماهواره بسیار ضروری به نظر می رسد. در این مقاله طراحی اپتیکی یک شکاف بهینه در حسگر خورشید با هدف افزایش دقت حسگر مورد بررسی قرار می گیرد. در این حسگر از دو عدد آشکارساز خطی متعامد استفاده شده است که بالای هر یک از آشکارسازها شکاف بهینه ای عمود بر آشکارسازها در فاصله بهینه ای با توجه به میدان دید مورد نیاز، قرار گرفته است. با توجه به نور عبوری از شکاف های بهینه و اثر آن بر آشکارسازها و شکاف، قله ای در خروجی آشکارسازها قابل مشاهده است که با توجه به مکان قله و شکل آن می توان زاویه نور ورودی را با دقت بالایی محاسبه کرد. حسگر خورشید ساخته شده در پژوهشکده مکانیک شیراز دارای خطای مطلق (2 سیگما) 0. 14 در زاویه دید50 ± درجه می باشد.

در این کار پژوهشی یک دستگاه ردیاب خورشیدی، مشتمل بر دو جز اپتیکی - الکترونیکی و هیدرولیکی، برای نیروگاه گرما برقی خورشیدی طراحی و ساخته شده است. اجزای این دستگاه، شامل حسگرهای نوری، مدارهای الکترونیکی، کنترل کننده رایانه ای و محرک مکانیکی بوده و سازوکار عملکرد آنها تشریح شده اند. دسته ای از پرتوهای خورشیدی موازی با محور اصلی آینه شلجمی شکلی که دارای فاصله کانونی 170 cm و طول 400 cm و قطر دهانه 570 cm  است، بر سطح این آینه می تابد و پس از بازتابش در کانون آن متمرکز می شود، ولی پرتوهای غیر موازی منحرف می گردند. معادلات مسیر پرتوها در فضای سه بعدی، به وسیله برنامه ریزی کامپیوتری به زبان C، با در نظر گرفتن زاویه خطای تابش پرتوها بر آینه از صفر تا 0.5 درجه حل شده است، به طوری که می توان معیاری برای بیشینه خطای مجاز تابش پرتوهای خورشید بر آینه را بدست آورد. حسگرهای نوری، انحراف پرتوها از محور اصلی آینه را با دقت 0.1 درجه شناسایی و فرمان های لازم برای تصحیح را به سیستم محرک مکانیکی از نوع هیدرولیکی، انتقال می دهد. یک موتور الکتریکی سه فاز با توان 0.7 kw و هزار دور در دقیقه حرکت آینه را تامین می کند.

مصرف انرژی در شبکه های حسگر بیسیم که از تعدادی زیادی حسگر کوچک که با منبع تغذیه محدود تشکیل شده است، اهمیت بسیار زیادی دارد. این حسگرها با هدف انجام وظایف خاص در محیط های مختلف توزیع می شوند و با اتمام انرژی گره ها، ممکن است اطلاعات بخشی از شبکه از دسترس خارج و کارآیی شبکه به خطر بیافتد. اخیرا جهت افزایش طول عمر این شبکه ها، از گره های برداشت که قابلیت شارژ با انرژی های تجدیدپذیر را دارند، استفاده شده است. به دلیل هزینه بالای گره های برداشت، کمینه کردن تعداد آنها با کمترین تاثیر روی عملکرد یکی از جنبه های مهم در طراحی این نوع از شبکه ها است. در این مقاله می خواهیم با افزودن حداقل تعداد گره خورشیدی و مدیریت مصرف انرژی طول عمر شبکه را افزایش دهیم. در این راستا، برای تعیین مکان گره های برداشت انرژی، الگوریتم تکاملی رقابت استعماری مورد استفاده قرار می گیرد. الگوریتم رقابت استعماری تعداد گره های برداشت انرژی و مختصات تخمینی آنها را تعیین می کند. بعد از مشخص شدن تعداد گره های برداشت انرژی، با استفاده از روش K-Means مختصات دقیق گره های برداشت و خوشه ها بدست می آید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از روش پیشنهادی با مدیریت انرژی در شبکه حسگر بیسیم، می تواند طول عمر و در نتیجه کارایی آن را تا حد قابل قبولی افزایش دهد.

این مقاله به ارایه طرح، پیاده سازی و اعتبارسنجی آزمایشگاه تست و کالیبراسیون حسگر خورشیدی می پردازد. در این آزمایشگاه مشخصه های توان، طیف، یکنواختی، زاویه ظاهری و توازی پرتوهای خورشیدی، همچنین حرکات وضعی حسگر خورشیدی نسبت به خورشید با دقت بالایی شبیه سازی می شوند و بدین وسیله امکان تست و کالیبراسیون حسگر خورشیدی در مانورهای مختلف وضعیت فراهم می آید. تامین این امکان مستلزم کالیبره کردن میز سه درجه آزادی شبیه ساز حرکات وضعی و شبیه ساز خورشیدی نسبت به یکدیگر است که با موازی شدن پرتوهای خورشید و محور اپتیکی حسگر خورشیدی؛ یعنی بردار نرمال سطح آن فراهم می شود. این مقاله علاوه بر ارایه طرح آزمایشگاه و ملاحظات راه اندازی آن، به طراحی و تشریح تست هایی که برای ارزیابی مشخصه های اصلی شبیه ساز، به ویژه توازی پرتوهای تولید شده و هم محور بودن پرتو خورشیدی و محور حسگر انجام گرفته است، می پردازد و برای تکمیل این روند یک حسگر خورشیدی مرجع کالیبره شده را در یک مانور وضعیت مورد ارزیابی قرار می دهد. نتایج حاصل نشان دهنده دقت کافی شبیه ساز برای تست و کالیبراسیون حسگرهای خورشیدی آنالوگ است. همچنین شواهد نشان می دهد این طرح برای ارزیابی حسگرهای خورشیدی دیجیتال نیز از دقت کافی برخوردار است.

 لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.