CN102434845A - 具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置 - Google Patents

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宁铎
黄建兵
王进军
张剑莉
文婷
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Abstract

一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，包括有聚光体，聚光体上设有凸透镜、太阳光信号采集器和光伏电池，聚光体与自动跟踪系统相连，聚光体的底部设有光导纤维束，光导纤维束的另一端连接发射灯，自动跟踪装置的驱动下保证聚光体平面能够全天候的对准太阳光线，而每个凸透镜把平行太阳光汇聚到各自的焦点位置后，被相应的光导纤维接收后并以全反射方式传输到需要白天照明的隧道去，具有太阳能利用效率高、自适应性强的特点。

Description

具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置
技术领域
本发明属于太阳光直接照明技术领域，具体涉及一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置。 
背景技术
目前城市交通道路中穿过环城公路或者铁路等形成的各种隧道中的照明状况不容乐观，主要是因为这些隧道的长度一般都比较小，50-100米之间居多，特别是对于50米左右比较短的隧道通常都没有设计照明系统，但是在夏天中午太阳光最强期间，如果汽车驾驶员以比较高的速度进入涵洞后的瞬间会因为亮度梯度太大而出现眩晕感甚至短时间内失去视力而发生事故。另外，就是对于比较长的隧道，虽然设计并安装有照明系统，但是一般来说，其光源提供的亮度也是固定不变的，即必须按照夏天太阳光最强时候亮度梯度极限值来设计隧道内的照明光源功率，这个极限数据显然对于阴雨天以及晚上来说，则存在着光源浪费现象。实际上隧道照明的最大特点是隧道内（对于大于180米的隧道强调的是进入口内亮度，这里仅涉及到短隧道）大小与隧道外亮度有关，即是一个相对值。例如汽车驾驶员从中午太阳光很强（如70000Lx）的公路上一旦以较高速度进入隧道内（200Lx）的很短时间内，由于亮度变化梯度太大，往往会引起驾驶员眩晕感甚至在短时间内失去视力而发生事故。而在阴雨天，即隧道外面光线比较弱（如5000 Lx）的时候，对于相同或者更低的隧道照明亮度，驾驶员则不存在上述问题。特别是这种情况的极端现象-----夜晚，隧道外公路上的亮度相对隧道内部照明对于驾驶员来说，甚至是从光线暗处进入亮处，就根本不存在不适应问题。 
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，具有太阳能利用效率高、自适应性强的特点。 
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，包括有聚光体，聚光体上设有凸透镜、太阳光信号采集器和光伏电池，聚光体与自动跟踪系统相连，聚光体的底部设有光导纤维束，光导纤维束的另一端连接发射灯。 
所述的聚光体是由直径为90～120mm的平凸玻璃透镜或者点聚光费涅尔透镜组成。 
所述的光导纤维束采用石英光纤或者塑料光纤。 
所述的光导纤维束中光导纤维的数目与凸透镜的数目相同，且太阳光输入端处于聚光透镜的焦点处。 
所述的自动跟踪系统的跟踪误差小于0.10立体角，其电源来源于光伏电池。 
所述的发射灯的横截面为双曲线，且其光纤出射端位于其中一个实点上。 
本发明采用在高精度自动跟踪装置的驱动下保证聚光体平面能够全天候的对准太阳光线，而每个凸透镜把平行太阳光汇聚到各自的焦点位置后，被相应的光导纤维接收后并以全反射方式传输到需要白天照明的地方（隧道）去，由分布安装在此处（隧道顶侧）的发射灯按照要求以束或者面的形式照明（道路），具有太阳能利用率高达40%以上的特点；能满足隧道内亮度正变于隧道外的亮度（太阳光强度），具有自适应功能强的特点。 
附图说明
附图为本发明的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 
参见附图，一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，包括有聚光体1，聚光体1上设有凸透镜2、太阳光信号采集器7和光伏电池3，聚光体1与自动跟踪系统4相连，自动跟踪系统4由信号采集器、光伏电源、单片机、驱动电路等与相应软件组成，功能是保证聚光体1高精度的自动跟踪太阳光，其跟踪误差小于0.10立体角；聚光体1的底部设有光导纤维束5，光导纤维束5是由至少一条光导纤维组成，数目多少具体取决于实际应用需要和结构参数等因素，通常有8、 16、32条等。根据实际需要选择石英光纤或者塑料光纤，其功能是把汇聚的太阳光顺利接收高效率传输到需要照明的地方（隧道），光导纤维束5的另一端连接发射灯6。所述的发射灯6的横截面为双曲线，且其光纤出射端位于其中一个实点上，发射灯6主要用来把光纤传输过来的太阳光根据实际需要依线或者面的方式发射出去。 
所述的聚光体1是由直径为90～120mm的平凸玻璃透镜或者点聚光费涅尔透镜组成，平凸玻璃透镜或者点聚光费涅尔透镜的数目至少包括有一组，功能是实现太阳光的点汇聚。 
所述的光导纤维束5采用石英光纤或者塑料光纤。 
所述的光导纤维束5中光导纤维的数目与凸透镜2的数目相同。 
所述的自动跟踪系统4的跟踪误差小于0.10立体角，光伏电池3给自动跟踪系统4供电。 
本发明的工作原理：
本实用新型在自动跟踪装置的驱动下保证聚光体平面能够全天候的对准太阳光线，而每个凸透镜把平行太阳光汇聚到各自的焦点位置后，被相应的光导纤维接收后并以全反射方式传输到需要白天照明的隧道去，由分布安装在隧道顶侧的发射灯按照要求以束或者面的形式照明道路，所以充分利用了二个优势，一个是太阳能利用率高，达40%以上；另一个是刚好满足隧道内亮度正变于隧道外的亮度（太阳光强度），即自适应功能。
1）实际应用中，对于大部分长度比较小本来就没有设计照明系统的隧道来说，直接把所有的阳光输送机系统安装好即可自动实现隧道亮度自适应照明。即阳光输送机中的聚光体以及自动跟踪装置安装在隧道口处太阳光照好的地方，其中包括安装于聚光体上的光伏电池板和太阳光信号采集器，以及自动跟踪装置中的相关电路信号处理硬件和软件；再把面发射特性的灯具按照设计要求分布安装在隧道顶侧适当高度处，然后用具有保护套管的光导纤维束连接起聚光体和发射灯后即可。具体工作过程如下： 
因为自成系统，所以在晴天的情况下直接通过光导纤维把聚光体汇聚的太阳光直接照明隧道内道路，而且太阳光愈强，即隧道外面亮度越高，则灯发光强度也就越大；反之，太阳光愈弱，则发光强度也就越小（如阴雨天汇聚的太阳散射光光就很弱）；极端情况就是夜晚时间里因为不存在散射太阳光，所以完全不发光，但是请注意，相对应的这时候隧道外面道路亮度也是最低，而且夜晚汽车驾驶员一般都开灯行驶，所以也没有安全隐患。所以总的来说，尽管安装在隧道灯的亮度的发光强度一直随着外面的亮度（光强）在变化，而且总是正变于隧道外面的亮度，隧道入口处一定距离范围内保证在隧道外面亮度变化的情况下，其梯度值小于规定的极限值，即保证了亮度梯度不超过规定值，实现了自适应功能，保证了系统最佳工作状态。
2）对于比较长而且已经设计安装了基本照明系统的隧道，在降低整个照明系统功率的基础上，通过把阳光输送机作为补充光源系统，将其发射灯间隔性安装在隧道入口处亮度过渡区间里。在白天，如果太阳光很强情况下，则除了利用市电正常照明的主体系统正常工作外，由于这时候外面太阳光很强，引起入口处过渡区间亮度梯度增大，但是刚好此时由阳光输送机器组成的补充光源系统提供的亮度最高，从而自动满足了亮度梯度小于其极限值，保证了驾驶员视力适应；同样情况，一旦阴雨天或者夜晚时分，由于隧道外面的亮度（太阳光强度）不同程度的下降或者减小，隧道入口处过渡区间安装的补充光源系统的发光功率也成比例下降或者减小，仍然能够保证亮度梯度小于其极限值，保证了驾驶员的正常视力和行车安全。即具有自适应功能。 

Claims (5)

1.一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，包括有聚光体(1)，其特征在于，聚光体（1）上设有凸透镜(2)、太阳光信号采集器(7)和光伏电池(3)，聚光体(1)与自动跟踪系统(4)相连，聚光体1的底部设有光导纤维束(5)，光导纤维束(5)的另一端连接发射灯(6)。
2.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，其特征在于，所述的聚光体(1)是由直径为90～120mm的平凸玻璃透镜或者点聚光费涅尔透镜平面排列组成。
3.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，其特征在于，所述的自动跟踪系统(4)的跟踪误差小于0.10立体角，光伏电池（3）给自动跟踪系统(4)和蓄电池供电。
4.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，其特征在于，所述的光导纤维束(5)采用石英光纤或者塑料光纤，其中光导纤维的数目与凸透镜（2）的数目相同，且太阳光输入端处于聚光透镜的焦点处。
5.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的隧道太阳光直接照明装置，其特征在于，所述的发射灯(6)的横截面为双曲线，且其光纤出射端位于其中一个实点上。
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