Оптоволокно - Технічні теми

Волоконно-оптичне освітлення

вступ
Оптичне волокно можна використовувати для передачі світла від джерела до віддаленого місця для освітлення, а також для зв’язку. Насправді волокна зроблені не тільки для пропускання світла, але й для світіння вздовж самого волокна, тому воно нагадує неонову світлову трубку. Застосувань для волоконно-оптичного освітлення багато, як правило, вони базуються на використанні особливих властивостей волокна, а також його унікальних характеристик.
 

Навіщо використовувати волоконну оптику для освітлення?
Використання оптоволокна для дистанційного освітлення має багато переваг, деякі з яких важливіші для спеціальних типів застосувань, ніж інші.
Освітлення без тепла: Оскільки джерело світла є віддаленим, волокно пропускає світло, але ізолює тепло від джерела світла від точки освітлення, що є важливим моментом для освітлення делікатних об’єктів, наприклад у музейних експозиціях, які можуть бути пошкоджені теплом або інтенсивним світлом.
Електробезпека: підводне освітлення, яке використовується в плавальних басейнах і фонтанах, або освітлення в небезпечних атмосферах можна безпечно здійснювати за допомогою оптоволоконного освітлення, оскільки волокно є непровідним, а джерело світла можна розмістити в безпечному місці. Навіть багато ламп мають низьку напругу.
Точне прожекторне освітлення: Оптичне волокно можна поєднувати з лінзами, щоб забезпечити ретельно сфокусоване світло на надзвичайно малих плямах, популярних для музейних експонатів і ювелірних виставок, або просто точно освітлити певну область.
Довговічність: використання оптичного волокна для освітлення забезпечує набагато міцніше освітлення. Оптичне волокно, пластикове або скляне, міцне та гнучке, набагато довговічніше, ніж тендітні лампочки.
Погляд неону: волокно, яке випромінює світло вздовж, зазвичай називається волокном, що випромінює край, має вигляд неонових трубок для декоративного освітлення та вивісок. Волокно легше виготовити, і оскільки воно зроблено з пластику, воно менш крихке. Оскільки освітлення дистанційне, його можна розмістити на будь-якому або обох кінцях волокна, і джерела можуть бути безпечнішими, оскільки вони є джерелами низької напруги.
Змінюйте колір: Використовуючи кольорові фільтри з джерелами білого світла, волоконно-оптичне освітлення може мати багато різних кольорів, а завдяки автоматизації фільтрів можна змінювати кольори в будь-якій попередньо запрограмованій послідовності.
Простіший монтаж: Волоконно-оптичне освітлення не вимагає встановлення електричних кабелів до світлового локатора, а потім встановлення на місці громіздких світильників з однією або кількома лампочками. Замість цього волокно встановлюється на місце та фіксується на місці, можливо, за допомогою невеликої фокусуючої лінзи, що є набагато простішим процесом. Часто кілька волокон можуть використовувати одне джерело світла, що ще більше спрощує встановлення.
Легке обслуговування: Освітлення у важкодоступних місцях, таких як високі стелі чи невеликі приміщення, може ускладнити зміну джерела світла. За допомогою оптоволокна джерело може бути у легкодоступному місці, а оптоволокно – у будь-якому віддаленому місці. Змінити джерело більше не проблема.


Як працює волоконно-оптичне освітлення
Волоконно-оптичне освітлення використовує оптичне волокно як «світлову трубу», що передає світло від джерела через волокно до віддаленого місця. Світло може випромінюватися від кінця волокна, створюючи невеликий ефект прожектора (також званий «кінцеве світіння») або випромінюватися із зовнішнього боку волокна вздовж його довжини, виглядаючи як неонова або флуоресцентна трубка (також називається «бічним світінням»). ).
Джерело світла зазвичай називають «волоконно-оптичним освітлювачем» і складається з яскравого джерела світла та часто оптики для ефективного фокусування світла у волокні. Джерела мають бути яскравими, тому зазвичай використовуються кварцові галогенні або ксенонові металогалогенні лампи. Менші волокна також можуть використовувати світлодіоди, які дуже ефективно передають світло в волокна, але не досягають рівня освітленості інших ламп.
Оптичні волокна, які використовуються для освітлення, подібні до волокон, які використовуються в комунікаціях, але оптимізовані для передачі світла, а не високошвидкісних сигналів. Волокна складаються з серцевини, яка пропускає світло, і оптичної оболонки, яка затримує світло в серцевині волокна. На відміну від комунікаційних волокон, які використовують малі серцевини для максимізації пропускної здатності, освітлювальні волокна використовують великі серцевини з тонкими оболонками, щоб максимізувати передачу світла від освітлювача в волокно. Волокна з боковим випромінюванням мають грубу межу між серцевиною та оболонкою, щоб розсіювати частину світла від серцевини вздовж волокна, створюючи незмінний освітлений вигляд, схожий на неонові світлові трубки.
Освітлювальні волокна можуть бути виготовлені зі скла, як і комунікаційні волокна, або пластику. Якщо волокна скляні, вони, як правило, мають дуже малий діаметр, і багато з них об’єднані разом в один кабель з оболонкою, щоб забезпечити достатню пропускну здатність світла. Пластикові волокна більшого діаметру також використовуються, можливо, частіше, тому що вони недорогі та легші в установці, але вони мають більші втрати світла та не можуть витримувати таку високу температуру, що іноді обмежує надходження світла від джерела.


Види клітковини

Кінцеве волокно
Кінцеве випромінююче волокно – це, як правило, багатомодове волокно зі ступінчастим індексом із великою прозорою серцевиною, яка пропускає світло, і тонкою прозорою оболонкою, яка затримує світло в серцевині в оптичному процесі, який називається «повне внутрішнє відбиття». Ядро є більшим порівняно з тонким покриттям, оскільки це робить його ефективнішим у передачі світла від освітлювача. Обшивка не пропускає світло, тому будь-яке світло, яке потрапляє в оболонку, не пропускатиметься волокном.
Кінцеві волокна, як правило, виготовляються з пластику, оскільки він може бути виготовлений у більших розмірах, ніж скло, і є менш дорогим і легшим у встановленні. Пластикове оптичне волокно (POF) виготовляється розмірами від 0.1 до 20 мм у діаметрі. Скловолокно, як правило, виготовляється набагато меншого розміру (тонкий волосок, приблизно 50-150 мкм або 0.05–0,15 мм) і об’єднується разом для виготовлення кабелів більшого діаметру.
Вибір матеріалів серцевини та оболонки визначає кут світлових променів, що приймаються від джерел і пропускаються волокном (звані модами), визначені специфікацією, яка називається числова апертура (NA). Світло буде виходити з волокна у вигляді конуса, який показує розмір NA, причому більша NA має ширший вихідний конус освітлення. Волокна з вищою NA також ефективніше поєднують світло від джерел, оскільки вони захоплюють світло під великими кутами, випромінюване джерелом. Типові волокна мають конуси приймання {{0}} градусів, що відповідає NAs 0.3-0.6. Якщо для фокусування світла, що випромінюється волокном, використовується оптика, для вибору відповідної оптики необхідно знати NA волокна.
Кінцеві волокна добре пропускають світло. Скляні волокна є більш ефективними при передачі, оскільки скло прозоріше, ніж пластик, але через неефективність упакування волокон у пучки, проміжки між волокнами в пучках означають, що велика частина світла освітлювача не поєднується з серцевиною волокна. Проте скляні волокна можуть бути більш стійкими до тепла, що створюється опромінювачем, дозволяючи вищу інтенсивність опромінювача та забезпечуючи більше світла з кінця волокна.

Оптоволокно, що випромінює край

Волокно, що випромінює край, в основному схоже на волокно, що випромінює торець, за винятком того, що межа серцевини та оболонки розроблена дещо неефективно. Замість того, щоб затримувати все світло в ядрі, межа є грубою, і частина світла розсіюється в оболонку, де стає видимою. Завдяки ретельному дизайну волокно може мати плавне світіння, яке дуже нагадує неонову лампу. Менші волокна, що випромінюють краї, були вплетені в стрічки, які випромінюють світло смугою.
Оскільки більша частина світла втрачається через крайове випромінювання вздовж волокна, волокно з крайовим випромінюванням має високе затухання. Це може обмежити довжину волокна з краєвим випромінюванням, яке можна використовувати. Це можна пом’якшити, освітливши волокно з обох кінців за допомогою двох опромінювачів або закрутивши волокно назад до того самого опромінювача, або використовуючи світловідбиваючі торцеві ковпачки, щоб надсилати надлишок світла назад по волокну з дальнього кінця.


Освітлювачі , Види джерел

Освітлювач містить джерело світла для оптоволокна, а також оптику та фільтри, призначені для отримання необхідної кількості та типу освітлення. Хоча кількість світла, що потрапляє на волокно, є основним критерієм при виборі освітлювача, враховується багато інших факторів, які спонукають ринок пропонувати багато типів джерел.
Потужність, підключена до волокна або волокон, оскільки багато джерел вміщають більше одного волокна, зазвичай визначатиме тип використовуваного джерела світла. У багатьох освітлювачах використовуються кварцові галогенні лампи. Ці джерела, розроблені як прожектори або лампи для проекторів, випускаються у версіях як з низькою напругою, так і з напругою змінного струму, з широким діапазоном вихідної потужності. Кварцові галогенні лампи зазвичай складаються з рефлекторів, які спрощують фокусування світла у волокні. Було представлено нові ксенонові металогалогенні лампи, які мають високу вихідну потужність, але вимагають високої напруги живлення, що забезпечує більшу ефективність.
Системи з меншою потужністю можуть використовувати світлодіоди з вищою ефективністю, але обмеженою потужністю. Нові світлодіоди стають яскравішими та ще ефективнішими, що робить світлодіоди життєздатним джерелом для більшої кількості систем.
Освітлювачі включають не тільки лампи або світлодіоди. Для ламп можуть знадобитися відбивачі, якщо вони не вбудовані в лампу, а також лінзи для фокусування світла у волокні. Джерела високої потужності можуть мати інфрачервоні (ІЧ) фільтри для зменшення нагрівання волокна та ультрафіолетові (УФ) фільтри для запобігання пошкодженню волокон під час тривалого впливу.
Будуть потрібні джерела живлення для ламп або світлодіодів, включаючи можливість затемнення, якщо потрібно. Оскільки більшість ламп виділяє багато тепла, у багатьох освітлювачах буде передбачено примусову вентиляцію.
Лампи легко фільтруються, щоб забезпечити кольорове світло у волокні. Використання рухомих фільтрів, зазвичай у колесі, що приводиться в дію невеликим електродвигуном, дозволяє змінювати колір світла у вибраній послідовності.
Складність освітлювачів не дозволяє більшості користувачів виготовляти їх самостійно, але численні виробники пропонують різні моделі, оптимізовані для різних типів волокон і застосувань. Співпраця з цими виробниками — найкращий спосіб вибрати відповідний освітлювач і сумісні волокна.
Пасивне освітлення за допомогою волоконної оптики здійснюється за допомогою встановлених на даху сонячних колекторів, які доставляють сонячне світло через оптоволокно до кімнат у будівлі або під палубою кораблів.

Світильники кінцевого випромінювача
Зазвичай світло виходить із волокна кінцевого випромінювача у конусі світла, визначеному числовою апертурою волокна. У деяких випадках цього буде достатньо для освітлення. Однак інколи буває бажано сфокусувати світло на меншій плямі, створити фігурну освітлену пляму або розсіяти світло, щоб воно нагадувало звичайну лампочку. Доступні кінцеві світильники з лінзами, які можуть фокусувати світло за потреби, але їх потрібно вибирати для сумісності з волокном, що використовується.
Декоративні світильники також доступні для створення привабливого світильника, а не лише кінця волокна. Виробники пропонують багато різних типів цих світильників, як і звичайних світильників.

Рівні освітлення
Оскільки освітленість області або об’єкта є причиною використання волоконної оптики, рівні освітленості є найважливішими. Проводити пряме порівняння між різними волокнами та освітлювачами може бути важко через численні доступні варіанти. Навіть сприйняття людського ока, дуже чутливого до кольору, є фактором.
Кінцеві випромінювальні волокна легше відкалібрувати, оскільки вихідну потужність можна легко виміряти на відповідних відстанях від кінця волокна за допомогою ліхтарів, відкаліброваних у фут-свічках. Волокна, що випромінюють по краях, важче відкалібрувати, оскільки вони випромінюють дифузно, а їх сприйнятий контраст залежить від навколишнього освітлення.
Ілюстративно поглянути на фактори, що впливають на освітлення, що забезпечується різними опціями.

Сполучена потужність
Потужність, що подається в оптичне волокно, є функцією інтенсивності джерела світла, ефективності фокусування на кінці волокна, включених фільтрів (ІЧ, УФ та/або кольорових), відбивної здатності торця волокна та перехрестя -площа перетину волокна. Більші волокна, очевидно, дають більше енергії. Подвоєння діаметра волокна збільшує площу поперечного перерізу в чотири рази (2 в квадраті), тому сполучена потужність повинна бути в чотири рази більшою. Подібним чином більша щільність упаковки на пучках волокон збільшить сполучену потужність. Важлива навіть чистота кінців волокон, оскільки пил і бруд поглинають значну кількість світла.

Затухання волокна
Втрати у волокні через розсіювання та поглинання зменшать вихідну потужність, а оскільки ослаблення волокна залежить від довжини хвилі, колір випромінюваного світла зміниться. Довші волокна означають, що світло буде злегка червоним.


Проектування волоконно-оптичних систем освітлення
Здається, волоконно-оптичне освітлення не відповідає галузевим стандартам, тому кожен продукт і застосування є запатентованими.
Оскільки волоконно-оптичні системи освітлення дуже різноманітні, важко зробити узагальнення щодо проектування систем. Однак кожен дизайн-проект починається з деяких загальних пунктів: що освітлюється, який тип світла бажаний (інтенсивність, схема освітлення, колір, різноманітність тощо), де буде представлено світло та де буде розміщено освітлювач . Якщо дизайнер новачок у волоконно-оптичному освітленні, настійно рекомендується проконсультуватися з досвідченим проектувальником і підрядником. Вони зможуть порекомендувати конструкції, компоненти оптоволоконного освітлення та виробників. Вони також повинні бути в змозі допомогти розробити не тільки волоконно-оптичну систему освітлення, але й живлення та контролер системи.
Якщо досвідченого підрядника немає, можна скористатись веб-сайтами виробників і дистриб’юторів, щоб дізнатися більше про можливі програми, які компоненти доступні та як їх реалізувати. Також можна ознайомитися з варіантами покупки компонентів і самостійного їх складання або придбання готової до встановлення системи повністю.

Монтаж волоконно-оптичних систем освітлення
Монтаж волоконно-оптичних систем освітлення передбачає монтаж кабелів, освітлювачів і світильників. Більшість додатків створено на замовлення, і багато з них вимагатимуть спеціальних практик, пов’язаних із використовуваними компонентами. Співпраця з виробниками, які не лише розробили компоненти, але й пристосування та практику встановлення, є найкращим способом забезпечити належне встановлення. Якщо програма нового типу, дуже важливо поекспериментувати, щоб визначити, чи вона працюватиме належним чином, перш ніж приступати до фактичної роботи.
Наведені вище поради щодо проектування волоконно-оптичних систем освітлення актуальні і тут, оскільки досвід нічим не замінить. Здається, що будь-який компетентний електрик, який звик встановлювати освітлення, повинен мати можливість встановити волоконно-оптичну систему освітлення, особливо тому, що він має досвід встановлення кабелю, освітлювальних приладів, електричного живлення та контролерів.
 

Ми спеціалізуємося на оптоволоконних кабелях протягом майже 10 років і отримали багато відомих клієнтів у всьому світі завдяки довгостроковому партнерству. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах, зв'яжіться зі мною.