Studio e simulazione di un sensore solare digitale basato su tecnologia Aps
Autore
Marcello Buonocore - Università degli Studi di Napoli - [2001-02]
Documenti
Abstract
L’oggetto del nostro studio è un sensore solare che, a dispetto di un’architettura estremamente semplice e del peso e delle dimensioni contenute, offre degli enormi vantaggi. Il punto di forza di questo sensore d’assetto è il particolare fotorivelatore adottato: sul fondo del sensore, una matrice di pixel attivi (APS, Active Pixel Sensor) cattura l’immagine formata quando la luce del Sole passa attraverso una maschera posta sulla testa del sensore. Nota tale immagine, mediante un’elettronica dedicata (integrabile, in un prossimo futuro, nello stesso APS) il sensore è in grado, di calcolare le coordinate angolari del centro del Sole con una precisione migliore dell’arcominuto, ma che si pensa di poter spingere fino all’arcosecondo.
Le tappe seguite sono state le seguenti: un accurato studio delle matrici a stato solido ha permesso dapprima d’individuare il sensore d’immagine più adatto ad un tal tipo di applicazione. Questa ricerca ci ha condotto inequivocabilmente al CMOS-APS, un nuovo tipo di sensore d’immagine digitale: la sua versatilità, la possibilità d’integrazione di elettroniche, il suo basso consumo in potenza e la sua grande resistenza alle radiazioni fanno dell’APS una promettente e “performante” alternativa ai CCD. È seguita poi una panoramica dello stato dell’arte di questi sensori solari: di ogni sensore a noi noto, realizzato o proposto, sono stati analizzati in particolare l’architettura e l’algoritmo usato per risalire dall’immagine del Sole alle sue coordinate angolari rispetto gli assi di riferimento del sensore.
Selezionata allora l’architettura più idonea, è stato realizzato un programma in linguaggio Matlab che simula la risposta del sensore all’illuminazione del Sole sotto diversi angoli di azimut e coelevazione.
Un’indagine accurata è stata infine rivolta all’analisi dell’errore sistematico del sensore. Se un tale errore può essere eliminato- almeno in parte- mediante una buona calibrazione, quello dovuto all’errore di natura casuale può essere contrastato mediante particolari maschere, che permettono di ottenere contemporaneamente sull’APS più immagini del Sole.
Il sensore studiato dovrebbe avere, in definitiva, un’accuratezza migliore dell’arcominuto, con un campo di vista di circa 45°.
Le tappe seguite sono state le seguenti: un accurato studio delle matrici a stato solido ha permesso dapprima d’individuare il sensore d’immagine più adatto ad un tal tipo di applicazione. Questa ricerca ci ha condotto inequivocabilmente al CMOS-APS, un nuovo tipo di sensore d’immagine digitale: la sua versatilità, la possibilità d’integrazione di elettroniche, il suo basso consumo in potenza e la sua grande resistenza alle radiazioni fanno dell’APS una promettente e “performante” alternativa ai CCD. È seguita poi una panoramica dello stato dell’arte di questi sensori solari: di ogni sensore a noi noto, realizzato o proposto, sono stati analizzati in particolare l’architettura e l’algoritmo usato per risalire dall’immagine del Sole alle sue coordinate angolari rispetto gli assi di riferimento del sensore.
Selezionata allora l’architettura più idonea, è stato realizzato un programma in linguaggio Matlab che simula la risposta del sensore all’illuminazione del Sole sotto diversi angoli di azimut e coelevazione.
Un’indagine accurata è stata infine rivolta all’analisi dell’errore sistematico del sensore. Se un tale errore può essere eliminato- almeno in parte- mediante una buona calibrazione, quello dovuto all’errore di natura casuale può essere contrastato mediante particolari maschere, che permettono di ottenere contemporaneamente sull’APS più immagini del Sole.
Il sensore studiato dovrebbe avere, in definitiva, un’accuratezza migliore dell’arcominuto, con un campo di vista di circa 45°.
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