CN101761876A - 具有光反馈回路的光纤照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有光反馈回路的光纤照明系统，包括驱动电路、与驱动电路相连的光纤耦合模块、照明终端(6)和连接后两者的由数根光纤(14)组成的光纤光缆(4)，还包括与所述驱动电路相连的反馈电路、与所述反馈电路相连的采集卡以及一端与该采集卡相连另一端与光纤光缆(4)的输入端连接的光电探测模块，同时在光纤光缆(4)的输出端和照明终端(6)之间设有光开关(5)。本发明利用光开关产生反馈光，并使反馈光通过光电探测模块转化为电信号，被采集卡采集后进入反馈电路，反馈电路对光源功率进行调节，从而实现对照明终端的调节。本发明提供的光纤照明系统具有完全的光电分离特性，为在特定要求的场合提供安全可靠的光纤照明。
Description
技术领域
本发明涉及光纤照明系统，更具体地说，涉及一种具有光反馈回路的光纤照明系统。
背景技术
光纤照明作为一种新的照明方式，已经普遍应用在大型娱乐、办公、场馆、工厂等区域的照明，具有很多现有照明方式不具有的特点，如：发射出来的光无紫外线与红外线，可用于特殊照明如文物照明等；不受电磁干扰，可用于核磁共振室等有电磁屏蔽要求的特殊场所。
另外，光纤照明最大的优势在于，光通过光纤传播到离光源有一定距离的照明场所，从而具有光电分离的特点，特别适合于用在如石油、化工、天然气等易爆、易燃区域，将不带电的馆前照明终端置于这些易燃易爆区域，而产生光的照明驱动等带电的部分则位于远离这些区域的地方，能最大程度上保证这些场所的安全。
目前的光纤照明系统一般用于短距离照明，对光源功率的控制也多用电控开关，为了避开电的部分，可以在光源处采用电控开关来控制光源功率。但在远距离光纤照明的情况下，操作者需要在照明场所对光源功率进行实时调控，而不可能随时到远距离之外的光源处进行操作，现有的电控开关不能满足光电分离的需求。要完全实现光电分离，则必须开发在照明场所进行非电控调节，同时光源处能根据调节得到的反馈进行光源功率控制的光反馈回路系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电控开关不能实现光纤照明的光电完全分离的缺陷，提供一种能解决这种缺陷的具有光反馈回路的光纤照明系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有光反馈回路的光纤照明系统，其包括驱动电路、与驱动电路相连的光纤耦合模块、照明终端和由数根光纤组成的光纤光缆，其中，所述光纤光缆的输入端与所述光纤耦合模块连接，输出端与照明终端连接，本发明的光纤照明系统还包括与所述驱动电路相连的反馈电路、与所述反馈电路相连的采集卡以及一端与该采集卡相连另一端与光纤光缆的输入端连接的光电探测模块，同时在光纤光缆的输出端和照明终端之间设有光开关。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光纤耦合模块包括LED、聚焦透镜和光纤固定装置，所述光纤固定装置的中心设有用来固定所述光纤的通孔，所述LED、聚焦透镜和光纤固定装置三者的中心位于同一条直线上。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光纤耦合模块还包括设置有所述LED的散热基板、设置在所述散热基板上并将所述LED包围在内的壳体以及设置在所述壳体内用来固定聚焦透镜的透镜固定装置，所述光纤固定装置设置在在壳体内与LED相对的侧壁上。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光电探测模块包括高透高反镜和光电探测器，其中，高透高反镜固定在所述聚焦透镜和所述光纤固定装置之间，并且三者的中心同轴共线，光电探测器位于可接收高透高反镜反射光线的壳体内壁上，所述光电探测器与所述采集卡电连接。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述高透高反镜一面镀有能反射从光纤传回的反馈光的反射膜，另一面镀有便于聚焦透镜聚焦后的光通过的防反射增透膜。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光电探测器响应频率为1014～1015Hz，其将反馈光信号转换为电信号并传给采集卡，所述采集卡频率为0.1Hz。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光开关为MOEMS光开关，其包括静电基板、与静电基板连接的单片机控制模块、镶嵌在静电基板上并阵列排布的旋转透镜、设置在静电基板左侧的入射光纤阵列、设置在静电基板右侧的出射光纤阵列和在静电基板下侧的下载光纤阵列。其中，所述入射光纤阵列与所述光纤光缆连接，所述出射光纤阵列和/或下载光纤阵列与照明终端连接。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述光纤耦合模块与所述光电探测模块集成为一体。
在本发明所述的具有光反馈回路的光纤照明系统中，所述驱动电路、采集卡和反馈电路集成为一体。
实施本发明的具有光反馈回路的光纤照明系统，具有以下益处：本发明采用光开光取代电控开关作为远距离光纤照明终端的控制元件，保证了照明场所的完全光电分离，实现了安全可靠的照明要求；同时配合光反馈回路的光电探测器、反馈电路等，使照明终端的光开光对光的调节通过反馈在产生照明的始端得到相应的响应，从而调节整个电路的照明电压、功率等，一方面起到实时调控的作用，为客户提供任何时候所需的照明，另一方面起到提高整个照明系统光源利用率的作用，减少成本，避免资源闲置。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明具有光反馈回路的光纤照明系统的工作流程图；
图2为本发明具有光反馈回路的光纤照明系统的整体结构示意图；
图3为本发明具有光反馈回路的光纤照明系统的光耦合与光电探测模块的结构示意图；
图4为本发明具有光反馈回路的光纤照明系统的光开关结构示意图。
附图中各序号对应的名称分别为：
1电路控制模块，2光电转换模块，3光纤连接件，4光纤光缆，5光开关，6照明终端，7连接光纤，8LED，9散热基板，10壳体，11导线，12光电探测器，13高透高反镜，14光纤，15光纤固定装置，16聚焦透镜，17透镜固定装置，18入射光纤阵列，19出射光纤阵列，20下载光纤阵列，21静电基板，22旋转透镜，23开状态的旋转透镜，24关状态的旋转透镜。
具体实施方式
参照图1，驱动电路与光纤耦合模块连接，驱动光纤耦合模块中的LED发光，光通过耦合从光纤耦合模块的输出端进入光纤光缆4，光纤光缆4将光送入光开关5，部分光通过光开关5进入照明终端6产生照明，另一部分光成为反馈光返回到光纤光缆进行传输，送入光电探测模块，所述反馈光信号转换为电信号，并通过导线11最后送入采集卡。采集卡将转换后的电信号传到反馈电路，反馈电路响应后控制驱动电路调整功率，从而改变整个电路的发光功率，保证照明终端6的照明满足需求。所述驱动电路、反馈电路和采集卡可以集成一体，为电路控制模块1，光纤耦合模块和光电探测模块也可集成一体，为光电转换模块2，具体系统结构和反馈控制过程如图2、图3和图4所示。
参照图2，光纤照明的光纤反馈系统包括电路控制模块1、光电转换模块2、光纤连接件3、光纤光缆4、光开关5、连接光缆7和照明终端6。所述光电转换模块2的输入端与电路控制模块1电连接，其输出端通过光纤连接件3与光纤光缆4连接。所述光开关5的输入端与光纤光缆4连接，其输出端通过连接光缆7与照明终端6连接。所述电路控制模块1是驱动电路、反馈电路和采集卡三者集成的一体，采集卡采用的是0.1Hz的低频采集卡。
参照图3，所述光电转换模块2包括光纤耦合和光电探测两部分。所述光纤耦合部分包括散热基板9、安装在散热基板9中间的LED 8、与散热基板9连接并将LED 8罩在里面的壳体10、壳体10上与LED 8相对的位置所安装的光纤固定装置15、位于LED 8和光纤固定装置15之间的聚焦透镜16、以及安装在壳体10上用于固定聚焦透镜16的透镜固定装置17。所述光纤固定装置15中间有通孔用于插放光纤14的一端，且通孔、聚焦透镜16和LED 8三者的中心同轴共线。
所述光电探测部分包括高透高反镜13、光电探测器12和导线11。所述高透高反镜13固定安装在壳体10内的聚焦透镜16和光纤固定装置15之间，且高透高反镜13、聚焦透镜16和光纤固定装置15的通孔三者的中心同轴共线。所述光电探测器12安装在高透高反镜13正上方的壳体10内壁上。所述导线11一端与光电探测器12连接，另一端与电路控制模块1连接。
所述光电探测器12的响应频率范围为1014～1015Hz。高透高反镜13一面镀有能反射固定波长光的反射膜，另一面镀有该波长的防反射增透膜。光纤14的两端面均镀有增透膜以利于传输可见光波段某特定波长的单色光。
图4示出的是光开关5的结构示意图。光开关5包括静电基板21、镶嵌在静电基板21上并阵列排布的旋转透镜22、设置在静电基板21左侧的入射光纤阵列18、设置在静电基板21右侧的出射光纤阵列19和在静电基板21下侧的下载光纤阵列20。
入射光纤阵列18与光纤光缆4的各根光纤14对应连接，每根光纤14传输一定照度、一定颜色的光，光从入射光纤阵列18进入静电基板21，一部分光穿过旋转透镜22中处于打开状态的旋转透镜23，另一部分光在处于闭合状态的旋转透镜24上反射。用单片机控制静电基板21上的静电存在及其状态，静电基板21的静电能控制旋转透镜22的转动和分光比率。通过控制光开关5中旋转透镜22的分光比率和反射角度，控制反馈光所占比例值。出射光纤阵列19连到照明终端6上以产生照明。下载光纤阵列20在需要时也可与不同的照明终端6连接。
一方面，电路控制模块1的驱动电路部分控制LED 8发光，光纤14接收LED 8发射的、经聚焦透镜16聚焦后的光，并经光纤光缆4传输给关开关5，部分光经旋转透镜22的反射进入出射光纤阵列19，最后传输到照明终端6上产生照明；
另一方面，光开关5通过控制静电来调节旋转透镜22的旋转角度和分光比率，使另一部分光经底部旋转透镜22反射而原路返回成为反馈光，反馈光经光纤光缆4返回到光电转换模块2里光纤14的端口，并入射到高透高反镜13上，经反射进入光电探测器12，光信号被转换为电信号经导线11传给电路控制模块1，经采集卡采集后传给反馈电路部分。设定光反馈回路信号的域值，当反馈信号超过该设定值，则反馈电路被启动，反馈电路将调整驱动电路的LED供电电流或电压，从而调整LED的发光功率。比如：设定光的反馈信号与原始信号的比值在2％～5％，当反馈信号超出该设定值，反馈电路就调整光源的功率回到该设定域值。
Claims (9)
1.一种具有光反馈回路的光纤照明系统，其包括驱动电路、与驱动电路相连的光纤耦合模块、照明终端(6)和由数根光纤(14)组成的光纤光缆(4)，其中，所述光纤光缆(4)的输入端与所述光纤耦合模块连接，输出端与照明终端(6)连接，其特征在于，还包括与所述驱动电路相连的反馈电路、与所述反馈电路相连的采集卡以及一端与该采集卡相连另一端与光纤光缆(4)的输入端连接的光电探测模块，同时在光纤光缆(4)的输出端和照明终端(6)之间设有光开关(5)。
2.根据权利要求1所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光纤耦合模块包括LED(8)、聚焦透镜(16)和光纤固定装置(15)，所述光纤固定装置(15)的中心设有用来固定所述光纤(14)的通孔，所述LED(8)、聚焦透镜(16)和光纤固定装置(15)三者的中心位于同一条直线上。
3.根据权利要求2所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光纤耦合模块还包括设置有所述LED(8)的散热基板(9)、设置在所述散热基板(9)上并将所述LED(8)包围在内的壳体(10)以及设置在所述壳体(10)内用来固定聚焦透镜(16)的透镜固定装置(17)，所述光纤固定装置(15)设置在在壳体(10)内与LED(8)相对的侧壁上。
4.根据权利要求1所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光电探测模块包括高透高反镜(13)和光电探测器(12)，其中，高透高反镜(13)固定在所述聚焦透镜(16)和所述光纤固定装置(15)之间，并且三者的中心同轴共线，光电探测器(12)位于可接收高透高反镜(13)反射光线的壳体(10)内壁上，所述光电探测器(12)与所述采集卡电连接。
5.根据权利要求4所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述高透高反镜(13)一面镀有能反射从光纤(14)传回的反馈光的反射膜，另一面镀有便于聚焦透镜(16)聚焦后的光通过的防反射增透膜。
6.根据权利要求4所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光电探测器(12)响应频率为1014～1015Hz，其将反馈光信号转换为电信号并传给采集卡，所述采集卡频率为0.1Hz。
7.根据权利要求1所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光开关(5)为MOEMS光开关，其包括静电基板(21)、与静电基板(21)连接的单片机控制模块、镶嵌在静电基板(21)上并阵列排布的旋转透镜(22)、设置在静电基板(21)左侧的入射光纤阵列(18)、设置在静电基板(21)右侧的出射光纤阵列(19)和在静电基板(21)下侧的下载光纤阵列(20)。其中，所述入射光纤阵列(18)与所述光纤光缆(4)连接，所述出射光纤阵列(19)和/或下载光纤阵列(20)与照明终端(6)连接。
8.根据权利要求1所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述光纤耦合模块与所述光电探测模块集成为一体。
9.根据权利要求1所述的具有光反馈回路的光纤照明系统，其特征在于，所述驱动电路、采集卡和反馈电路集成为一体。
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