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2003年十一省(市)光学学术会议论文集 环保型光纤照明系统设计 范 典 武汉理工大学光纤中心，武汉，430070 摘要本文提出～种环保型光纤照明系统，该系统由具有蜂窝式光路系统的室外光收集器；光纤传导部分；室 内光线柔化和光强度控制装置等四个部分组成。与通常的电力照明系统相比它的使用将节省大量的电力，而且不 会产生多余的光、电磁和噪声污染，是环保型设计。另外，光纤照明系统确：很多特殊的应用领域，具有不可替代 的优势。 关键词 光纤照明，光收集器，光强控制 1．引 言 光纤这种新材料，自诞生之日起就受到社会各界的广泛关注。随着光纤制备技术的不断改进， 其传光衰减率逐渐下降，直到接近于O．2dB／km的理论值。光纤以其传输速度高、信号衰减低、安全性 能好成为信息通信的首选，殊不知光纤在很多其它的领域也有其独特的应用，如将光纤用于照明。现 在的汽乍仪表板就是利用光纤照明的技术【11，本来要在仪表板安装多个小灯泡才能满足照明要求，现 在只需一个灯泡和l若干光纤就可以搞定，不但降低成本，而且系统更加稳定。 本文将介绍一种光纤照明系统的设计，这是一个利用光纤将室外光引入室内或其它场合用于照明 的系统。如果该系统应用于体育场馆、博物馆、图书馆及写字楼等大型公共设施内，将节省大量的电 力，而且不会产生另外的光、电磁及噪声污染，这符合现代设计中绿色环保的设计思想，所以称为环 保型光纤照明系统。 室外光收集器 2．设计 该系统主要包括四个部分：室 外光收集器；光纤传导部分；室内 光线柔化和光强度控制装置。如下 图1所示。 图1系统结构示意图 2．I室外光收集器 由于本设计的宗旨是节能环保，要将阳光引入室内，所以室外光收集器是系统中最关键的一环， 它的盘『坏直接影响到系统的效率及经济效益。在实用过程中，要根据室内面积、空间及所需光强度， 决定室外光收集器的大小及规模。如果收集器的效率高则可以用较少的数量达到同样的效果，从而节 省系统成本。 如图2所示，左边是阳光收集器的俯视 ～ 图，采用蜂窝式的结构。蜂窝是自然界中最 精密的建筑结构，它结构紧凑稳定，节省空 间，薨：且可以有效的收集热能，保持蜂巢的 温度。如图，收集器由7个凸透镜组成一个 图2光收集装置俯视图、侧视剖面光路图 球冠面，当然也可以用更大规模的19个凸透镜组成。每个凸透镜刚一个梯形的金属六边形筒固定，筒 的内侧可以反射光线进入凸透镜。这个组成的球冠面比平面具有更人的收集光的面积，而且有利于光 的聚集，如上图右边所示。由于将光有效耦合进光纤是较困难的，所以先用凹透镜和凸透镜将收集的 光线聚焦到轴线上，在通过自聚焦光纤让光耦合进光纤【2lo 2003年十一省(市)光学学术会议论文集 2．2光纤传导 传光部分将收集到的光能传输到室内或地F水下等需要照明的地方，一股采川塑料光纤。虽然塑 料光纤的损耗包括瑞利散射损耗，杂质吸收损耗以及波导结构缺陷引起的损耗，r-股在儿十剑儿百分 贝公里，是不适F川作长途传光的，但是塑料具有良好的韧性，直径为2mm的塑料光纤仍可自由弯 la 曲而不断裂，而玻璃光纤商径人。『．500m就不能弯曲了。所以塑料光纤主要刖作矩距离照明或在监 控方面作传光媒质、内窥镜等。而且塑料光纤的处理容易，终端可刖热刀切割，就可获得较高的耦合 效率，还可以利用热成形法可把光纤弯曲成所需的形状。另外塑料的原材料比玻璃便宜，塑料光纤的 生产：【艺也更简便，所以塑料光纤成本更低更便宜。 23光强度控制系统 为保证有效的收集刚光，光收集部分的球冠面有两个自由度的调整范围，保证它像向日葵一样对 准阳光投射的方向。光强度控制系统包括设置在室内采光点的光强检测装置；两个伺付电机和控制电 机的单片机；以及～些电路和机械传动装置。光强度检测装置随时监控室内光线强弱的变化，当强度 来达到设定值时，则启动事先写入单片机中的调节程序，通过步进电机凋。诲室外光收集器使之收集