CN102943989A - 太阳光室内照明光纤传导装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种太阳光室内照明光纤传导装置及其工作方法，太阳光室内照明光纤传导装置由定位单元、采光单元、板式框架、固定板、活动板和驱动机构构成。采光单元和定位单元的双球节在双球节定位孔中由固定板和活动板夹持，组成互相平行的双球节组合并行机械结构，由驱动机构驱动活动板，使得采光单元和定位单元在跟踪太阳时平行摆动；采用定位光纤在十字定位光纤头上十字排列以及定位光纤与光敏元件一一对应的光耦合实现光纤传导装置的全部采光单元对太阳同步跟踪。本发明外观紧凑，整体呈板状，安装位置并不局限于楼顶，也可以壁挂于楼宇的外墙上，有利于实现建筑一体化，适用于背阴房间和地下室的自然光照明。

Description

太阳光室内照明光纤传导装置及其工作方法

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种太阳光室内照明光纤传导装置及其工作方法。

背景技术

光纤传输照明技术是将阳光有效收集并利用光纤传输到需要照明的场所，这种照明技术节能，且光电隔离，非常安全，其光谱也适合人类健康需求。此类技术的核心思想是利用聚光透镜或者聚光反射镜，将阳光聚焦到光纤上，利用光纤将阳光传输到需要照明的场所。然而在实际应用中，需要通盘考虑建筑一体化和太阳跟踪精度问题，既要有紧凑的外观，又要有可靠、精确、廉价的跟踪系统。到目前为止，相关的研究很多。

太阳跟踪技术是本发明发明人长期研究的课题，此前已有一项发明专利授权（太阳光光纤照明装置及太阳跟踪方法，ZL 200810020176.8）。发明人在研究中发现，该专利中的双轴太阳跟踪机械结构为串联形式，外观臃肿，不利于建筑一体化。事实上，现有的光纤照明设备基本上都采用串联式双轴跟踪结构，外观不够紧奏，这在很大程度上限制了实现与建筑一体化。对于跟踪方法而言，常采用光敏元件检测太阳光聚焦光斑位置的原理，如中国发明专利“太阳光光纤照明装置”（专利申请号011113529.8）中的四象限光伏传感器利用光伏器件感应聚焦光斑的位置。这样的方法简单易行，但其存在一定的缺陷，光敏元件中的半导体和塑料、树脂材质难以承受高温，在高倍聚焦的阳光照射下容易烧毁，同时由于光敏元件的物理尺寸较大，特征尺寸一般为毫米量级，限制了太阳聚焦光斑的定位分辨率，这对于同样为毫米量级的光纤来说，光敏元件对聚焦光斑的位置分辨率还不够精细。

因此需要一种在实现建筑一体化的同时提高光敏定位装置的可靠性和跟踪精度，满足实际的建筑中安装应用的太阳光室内照明光纤传导装置。

发明内容

本专利发明的目的是针对现有太阳光纤照明装置以及跟踪方法的缺陷，解决背景技术中所述的在实现建筑一体化的同时提高光敏定位装置的可靠性和跟踪精度，满足实际的建筑中安装应用的问题，提出一种太阳光室内照明光纤传导装置及其工作方法。

本发明采用了以下技术方案：

太阳光室内照明光纤传导装置由定位单元、采光单元、板式框架、固定板、活动板和驱动机构构成，所述板式框架3为长方形或正方形的双层框架，固定板4的形状和大小与板式框架3的上层框相同，固定板4固定在板式框架3的上层框上，圆形的双球节定位孔9按5～25行和5～25列均匀排列在固定板4上，活动板5上的双球节定位孔9的数量和排列方式与固定板4上的双球节定位孔9数量和排列方式都相同，活动板5的中部有2条互相垂直的纵向驱动卡槽81和横向驱动卡槽82，纵向驱动卡槽81与双球节定位孔9的行的方向平行，横向驱动卡槽82与双球节定位孔9的列的方向平行，活动板5在固定板4之下置于板式框架3内，双球节14通过固定板4和活动板5中的上下对应的两个双球节定位孔9卡在固定板4和活动板5之间，双球节14的数量和固定板4上双球节定位孔9的数量相同，4个弹簧10分别在固定板4和活动板5的四角处将固定板4和活动板5拉紧连接，4个弹簧10将双球节14夹持在固定板4和活动板5之间，所述双球节14为中空结构，双球节14由同轴连接的下球1401、上球1402和短管1403组成，下球1401和上球1402内部连通，双球节14的下端出口为下球出口，短管1403固接在上球出口上，双球节14的上端出口为短管1403上端，短管1403从固定板4上的双球节定位孔9伸出，置于固定板4和活动板5的第一行第一个双球节定位孔9上的双球节14与透镜11、透镜支架12、定位光纤束24和十字定位光纤头13构成定位单元1，置于固定板4和活动板5其余的双球节定位孔9上的双球节14与透镜11、透镜支架12、采光光纤头23和传导光纤25构成采光单元2；

所述采光单元2中，透镜11固定在透镜支架12上端，透镜支架12的下端固接在双球节24的短管1403上，透镜11与双球节14的轴线垂直，管状的采光光纤头23从双球节14的短管1403上端插入短管1403，采光光纤头23上端的内壁为圆锥面，传导光纤25的受光面的一端从双球节14的下球出口插入双球节14并且置于采光光纤头23内，传导光纤25的传导光纤受光面28置于在透镜21的焦点处；

所述定位单元1中，透镜11固定在透镜支架12上端，透镜支架12的下端固接在双球节24的短管1403上，透镜11与双球节14的轴线垂直，圆柱形的十字定位光纤头13插入双球节14的短管1403，十字定位光纤头13的下端为圆孔，上端为十字槽，定位光纤束24由N条定位光纤15组成，定位光纤束24的定位光纤15受光面的一端从双球节14的下球出口插入双球节14，并且置于十字定位光纤头13内，各条定位光纤15的受光面排列在十字定位光纤头13的十字槽内，所述十字槽的纵向槽和横向槽的长度和宽度都相同，定位光纤15按单行排列在纵向槽和横向槽中，纵向槽和横向槽中的定位光纤15数量相同，定位光纤15的受光面固定在透镜21的焦平面上，光敏元件16排列在控制器的光敏定位模块27内，光敏元件16和定位光纤15数量相同，定位光纤束24的定位光纤15出光面的一端引入控制器中的光敏定位模块27，各条定位光纤15的出光面在光敏定位模块27中与相对应的光敏元件16光耦合；由定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头13的十字槽上，经定位光纤束24的定位光纤15传导，在光敏定位模块27中定位光纤15输出定位光17由光敏元件16接收；

所述驱动机构由纵向导向撑6、横向导向撑7和2个驱动部件26组成，横向导向撑7与双球节定位孔9的行的方向平行，横向导向撑7在横向驱动卡槽82之下固接在板式框架3的下层框上，纵向导向撑6与双球节定位孔9的列的方向平行，在纵向驱动卡槽81之下，纵向导向撑6的一端固接在板式框架3的下层框上，纵向导向撑6另一端与横向导向撑7固接，一个驱动部件26置于纵向导向撑6上为纵向驱动部件，纵向驱动部件中的驱动板2604上端插入纵向驱动卡槽81内，另一个驱动部件26置于横向导向撑7上为横向驱动部件，横向驱动部件的驱动板2604上端插入横向驱动卡槽82内；

所述驱动部件26中，电机2601通过电机支架2608固接在导向撑上，电机2601的轴和导向撑平行，电机2601的轴与丝杠2602的一端同轴连接，丝杠支架2609固接在导向撑上，丝杠2602的另一端置于丝杠支架2609的圆孔内，丝杠2602与导向撑构成转动连接，在丝杠2602之下导向撑上有2个互相平行的导向槽2607，驱动板2604垂直于导向撑固接在丝杠螺母2603上，驱动板2604下端的2个滑块分别在2个导向槽2607中滑动，在电机支架2608和丝杠支架2609之间，2个限位开关2606固接在导向撑的侧面上，靠近电机支架2608的限位开关2606的开关触头指向电机支架2608，靠近丝杠支架2609的限位开关2606的开关触头指向丝杠支架2609，在安装限位开关2606的同侧，限位片2605垂直于驱动板2604固接在驱动板2604上，限位片2605的高度低于2个限位开关2606的开关触头高度，限位片2605压住限位开关2606的开关触头时，限位开关2606给出限位信号；纵向驱动部件中，所述导向撑为纵向导向撑6，横向驱动部件中，所述导向撑为横向导向撑7；

所述定位光纤束24中定位光纤15数量N范围为5～33；

所述光敏定位模块27中，光敏元件16按圆形排列或者按十字形排列；

所述光敏元件16为光电二极管或光敏三极管。

本发明中，采光单元2和定位单元1的双球节14在双球节定位孔9中由固定板4和活动板5夹持，组成互相平行的双球节组合并行机械结构，由驱动机构驱动活动板5，使得采光单元2和定位单元1在跟踪太阳时平行摆动；纵向驱动部件中的电机2601转动，驱动活动板5纵向移动，横向驱动部件中的电机2601转动，驱动活动板5横向移动，驱动活动板5的纵向或横向移动，驱动双球节14 和透镜11一起摆动，实现太阳光室内照明光纤传导装置的定位单元1和采光单元2对太阳的跟踪。

太阳光室内照明光纤传导装置的工作方法的操作步骤为：

步骤一：捕获太阳光，启动横向驱动部件的电机2601和纵向驱动部件的电机2601，驱动活动板5平动，粗调活动板5的位置，使定位单元1和采光单元2的透镜11摆动，直至由定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头13的十字槽上，光敏定位模块27中一个或一个以上光敏元件16接收到定位光纤15输出的定位光17，输出定位信号，横向驱动部件的电机2601和纵向驱动部件的电机2601停止转动；

步骤二：根据光敏定位模块27中各个光敏元件16的输出信号是否相同，判别定位单元1的透镜11聚焦的光斑中心是否与十字定位光纤头13的十字槽中心重合，如不重合，进行步骤三；如定位单元1的透镜11聚焦的光斑中心与十字定位光纤头13的十字槽中心重合，直接进行步骤四；

步骤三：通过分析光敏定位模块27中各个光敏元件16输出的定位信号大小，判断定位单元1的透镜11聚焦的光斑中心与十字定位光纤头13的中心的偏差方向和大小，由横向驱动部件的电机2601或者由纵向驱动部件的电机2601细调活动板5的位置，进行偏差控制，直至所述偏差消除，进行步骤四；

步骤四：太阳光经采光单元2的透镜11聚焦，输出光斑照射到采光单元2的采光光纤头23中的传导光纤25的受光面上，太阳光经传导光纤25传导到室内实现照明；

步骤五：随太阳光方向变化，定位单元1的透镜11聚焦的光斑与十字定位光纤头13的十字槽发生新的偏差，定时读取光敏定位模块27中各个光敏元件16输出的定位信号，进行偏差判断，有一个或一个以上光敏元件16输出定位信号，判定为小偏差，则回到步骤三，进行偏差控制；如果定位单元1的透镜11聚焦的光斑完全离开十字定位光纤头13的十字槽，光敏元件16全部无输出信号，判定为大偏差，则回到步骤一，重新捕获太阳光。

本发明的有益效果为，利用双球形节组成的并联运动机构，其外观紧凑，整体呈板状，使其安装的位置并不局限于楼顶，同时也可以壁挂于楼宇的外墙上，有利于实现建筑一体化。对太阳跟踪的定位方法中，由于使用定位光纤将阳光引到对应的光敏元件处，避免了过热的聚焦太阳光斑直接对准光敏元件而将其烧毁，同时，由于定位光纤直径可以制作得非常纤细，很容易可以做到传导光纤直径的五分之一以下，远小于光敏元件感光面直径，大幅度提高太阳光聚焦光斑的位置分辨率。

附图说明

图1为太阳光室内照明光纤传导装置的上视结构示意图；

图2为太阳光室内照明光纤传导装置的下视结构示意图；

图3为活动板示意图；

图4为双球节示意图；

图5为采光单元中采光光纤头与传导光纤装配示意图；

图6为采光单元中双球节与采光光纤头和传导光纤装配示意图；

图7为采光单元结构示意图；

图8为采光单元安装示意图；

图9为定位单元结构示意图；

图10为定位单元中定位光纤束与十字光纤头和光敏定位模块连接示意图；

图11为定位单元的十字光纤头中定位光纤排列示意图；

图12为光敏定位模块中定位光纤和光敏元件耦合以及定位原理示意图；

图13为驱动机构结构示意图；

图14为驱动部件结构示意图；

图15为驱动部件安装示意图；

图16为太阳光室内照明光纤传导装置的工作方法流程图。

图中，1--定位单元，2--采光单元，3--板式框架，4--固定板，5--活动板，6--纵向导向撑，7--横向导向撑， 81--纵向驱动卡槽，82--横向驱动卡，9--槽双球节定位孔，10--弹簧，11--透镜，12--透镜支架，13--十字定位光纤头，14--双球节，1401--下球，1402--上球，1403--短管，15--定位光纤，16--光敏元件，17--定位光，23--采光光纤头，24--定位光纤束，25--传导光纤，26--驱动部件，2601--电机，2602--丝杠，2603--丝杠螺母，2604--驱动板，2605--限位片，2606--限位开关，2607--导向槽，2608--电机支架，2609--丝杠支架，27--光敏定位模块，28--传导光纤受光面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1和图2分别为太阳光室内照明光纤传导装置实施例的上视结构示意图和下视结构示意图，太阳光室内照明光纤传导装置由定位单元、采光单元、板式框架、固定板、活动板和驱动机构构成。

板式框架3为长方形或正方形的双层框架，固定板4的形状和大小与板式框架3的上层框相同，固定板4固定在板式框架3的上层框上，圆形的双球节定位孔9按5～25行和5～25列均匀排列在固定板4上。如图3所示，活动板5上的双球节定位孔9的数量和排列方式与固定板4上的双球节定位孔9数量和排列方式都相同，活动板5的中部有2条互相垂直的纵向驱动卡槽81和横向驱动卡槽82，纵向驱动卡槽81与双球节定位孔9的行的方向平行，横向驱动卡槽82与双球节定位孔9的列的方向平行。活动板5在固定板4之下置于板式框架3内，双球节14通过固定板4和活动板5中的上下对应的两个双球节定位孔9卡在固定板4和活动板5之间，双球节14的数量和固定板4上双球节定位孔9的数量相同，4个弹簧10分别在固定板4和活动板5中的四角处将固定板4和活动板5拉紧连接，4个弹簧10将双球节14夹持在固定板4和活动板5之间。

如图4所示，双球节14为中空结构，双球节14由同轴连接的下球1401、上球1402和短管1403组成，下球1401和上球1402内部连通，双球节14的下端出口为下球出口，短管1403固接在上球出口上，双球节14的上端出口为短管1403上端，短管1403从固定板4上的双球节定位孔9伸出。置于固定板4和活动板5的第一行第一个双球节定位孔9上的双球节14与透镜11、透镜支架12、定位光纤束24和十字定位光纤头13构成定位单元1。置于固定板4和活动板5其余的双球节定位孔9上的双球节14与透镜11、透镜支架12、采光光纤头23和传导光纤25构成采光单元2。

如图5、图6和图7所示，采光单元2中，透镜11固定在透镜支架12上端，透镜支架12的下端固接在双球节24的短管1403上，透镜11与双球节14的轴线垂直，管状的采光光纤头23从双球节14的短管1403上端插入短管1403，采光光纤头23上端的内壁为圆锥面，以便更好地采集聚焦光斑。传导光纤25的受光面的一端从双球节14的下球出口插入双球节14并且置于采光光纤头23内，传导光纤25的传导光纤受光面28置于在透镜21的焦点处。图8为采光单元2在固定板4和活动板5上安装的示意图。固定板4固定在板式框架3上，活动板5移动时，双球节14带动透镜11、透镜支架12和采光光纤头23一起摆动。

如图9的定位单元结构示意图所示，定位单元1中，透镜11固定在透镜支架12上端，透镜支架12的下端固接在双球节24的短管1403上，透镜11与双球节14的轴线垂直。图10为定位单元中定位光纤束与十字光纤头和光敏定位模块连接示意图，图11为定位单元的十字光纤头中定位光纤排列示意图。圆柱形的十字定位光纤头13插入双球节14的短管1403，十字定位光纤头13的下端为圆孔，上端为十字槽。定位光纤束24采用5、9、13、17、21、25、29或33条定位光纤15组成的光纤束，本实施例采用21条定位光纤15。定位光纤束24的定位光纤15受光面的一端从双球节14的下球出口插入双球节14，并且置于十字定位光纤头13内，各条定位光纤15的受光面排列在十字定位光纤头13的十字槽内，所述十字槽的纵向槽和横向槽的长度和宽度都相同，定位光纤15按单行排列在纵向槽和横向槽中，纵向槽和横向槽中的定位光纤15数量相同。定位光纤15的受光面固定在透镜21的焦平面上，光敏元件16排列在控制器的光敏定位模块27内，光敏元件16和定位光纤15数量相同，定位光纤束24的定位光纤15出光面的一端引入控制器中的光敏定位模块27，各条定位光纤15的出光面在光敏定位模块27中与相对应的光敏元件16光耦合。图12为光敏定位模块中定位光纤和光敏元件耦合以及定位原理示意图，由定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头13的十字槽上，经定位光纤束24的定位光纤15传导，在光敏定位模块27中定位光纤15输出定位光17由光敏元件16接收。本实施例中光敏元件16为光敏三极管。

通过判断被激发的光敏元件16序号，可判断出传导阳光的定位光纤15的序号，进而判断出十字光纤头13的端面上聚焦光斑的所在位置。

定位光纤15能承受高倍聚焦阳光而不被烧毁。 聚焦后的阳光通过定位光纤15传导后输出的定位光17再次发散，使相应的光敏元件16受到激发，同时经过定位光纤15的传导衰减和末端发散，定位光纤15发光端的辐射强度已经降低，不会烧毁光敏元件16。定位光纤15的直径可以很容易做到比光敏元件16更小，这样使得太阳光聚焦光斑的定位精度不再受制于光敏元件16的尺寸。

图13为驱动机构结构示意图，驱动机构由纵向导向撑6、横向导向撑7和2个驱动部件26组成。横向导向撑7与双球节定位孔9的行的方向平行，横向导向撑7在横向驱动卡槽82之下固接在板式框架3的下层框上。纵向导向撑6与双球节定位孔9的列的方向平行，在纵向驱动卡槽81之下，纵向导向撑6的一端固接在板式框架3的下层框上，纵向导向撑6另一端与横向导向撑7固接。一个驱动部件26置于纵向导向撑6上为纵向驱动部件，纵向驱动部件中的驱动板2604上端插入纵向驱动卡槽81内，另一个驱动部件26置于横向导向撑7上为横向驱动部件，横向驱动部件的驱动板2604上端插入横向驱动卡槽82内。

如图14所示，驱动部件26中，电机2601通过电机支架2608固接在导向撑上，电机2601的轴和导向撑平行，电机2601的轴与丝杠2602的一端同轴连接，丝杠支架2609固接在导向撑上，丝杠2602的另一端置于丝杠支架2609的圆孔内，丝杠2602与导向撑构成转动连接。在丝杠2602之下导向撑上有2个互相平行的导向槽2607，驱动板2604垂直于导向撑固接在丝杠螺母2603上，驱动板2604下端的2个滑块分别在2个导向槽2607中滑动。在电机支架2608和丝杠支架2609之间，2个限位开关2606固接在导向撑的侧面上，靠近电机支架2608的限位开关2606的开关触头指向电机支架2608，靠近丝杠支架2609的限位开关2606的开关触头指向丝杠支架2609。在安装限位开关2606的同侧，限位片2605垂直于驱动板2604固接在驱动板2604上，限位片2605的高度低于2个限位开关2606的开关触头高度，限位片2605压住限位开关2606的开关触头时，限位开关2606给出限位信号，使电机2601反转。驱动部件安装示意图如图15所示，纵向驱动部件中，导向撑为纵向导向撑6，横向驱动部件中，导向撑为横向导向撑7。

图16为太阳光室内照明光纤传导装置的工作方法流程图。

步骤110，启动；步骤120，横向驱动部件的电机2601和纵向驱动部件的电机2601驱动活动板5平动，粗调活动板5的位置，使定位单元1和采光单元2的透镜11摆动，直至由定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头13的十字槽上，光敏定位模块27中一个或一个以上光敏元件16输出定位信号，捕获太阳光，粗调结束，进行步骤130；步骤130，判断光斑中心是否位于十字光纤头13中心，如果是，则转入步骤150，否则转入步骤140；步骤140，判断光斑中心与十字光纤头13中心的偏差大小和方向，由横向驱动部件的电机2601或者由纵向驱动部件的电机2601细调活动板5的位置，直至所述偏差消除，进行步骤150；步骤150，采光单元2的透镜11聚焦的太阳光斑与传导光纤25的受光面完全重合，太阳光经由传导光纤25传导到室内照明；步骤160，随太阳光方向变化，定位单元1的透镜11聚焦的光斑中心与十字定位光纤头13的十字槽发生新的偏差，按设定的时间间隔，定时读取光敏定位模块27输出信号，进行步骤170偏差判断；步骤170，判断偏差大小，如果定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑与十字定位光纤头13的十字槽部分重合，一个或一个以上光敏元件16输出定位信号，判定为小偏差，返回步骤140，进行细调；如果定位单元1的透镜11聚焦的太阳光光斑完全离开十字定位光纤头13的十字槽，全部光敏元件16都无输出信号，判定为大偏差，转入步骤120，进行粗调，重新捕获太阳光。

本发明解决背景技术中所述的在实现建筑一体化的同时提高光敏定位装置的可靠性和跟踪精度问题，满足实际的建筑中安装应用，适用于背阴房间和地下室的自然光照明。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种太阳光室内照明光纤传导装置，其特征在于，太阳光室内照明光纤传导装置由定位单元、采光单元、板式框架、固定板、活动板和驱动机构构成，所述板式框架（3）为长方形或正方形的双层框架，固定板（4）的形状和大小与板式框架（3）的上层框相同，固定板（4）固定在板式框架（3）的上层框上，圆形的双球节定位孔（9）按5～25行和5～25列均匀排列在固定板（4）上，活动板（5）上的双球节定位孔（9）的数量和排列方式与固定板（4）上的双球节定位孔（9）数量和排列方式都相同，活动板（5）的中部有2条互相垂直的纵向驱动卡槽（81）和横向驱动卡槽（82），纵向驱动卡槽（81）与双球节定位孔（9）的行的方向平行，横向驱动卡槽（82）与双球节定位孔（9）的列的方向平行，活动板（5）在固定板（4）之下置于板式框架（3）内，双球节（14）通过固定板（4）和活动板（5）中的上下对应的两个双球节定位孔（9）卡在固定板（4）和活动板（5）之间，双球节（14）的数量和固定板（4）上双球节定位孔（9）的数量相同，4个弹簧（10）分别在固定板（4）和活动板（5）的四角处将固定板（4）和活动板（5）拉紧连接，4个弹簧（10）将双球节（14）夹持在固定板（4）和活动板（5）之间，所述双球节（14）为中空结构，双球节（14）由同轴连接的下球（1401）、上球（1402）和短管（1403）组成，下球（1401）和上球（1402）内部连通，双球节（14）的下端出口为下球出口，短管（1403）固接在上球出口上，双球节（14）的上端出口为短管（1403）上端，短管（1403）从固定板（4）上的双球节定位孔（9）伸出，置于固定板（4）和活动板（5）的第一行第一个双球节定位孔（9）上的双球节（14）与透镜（11）、透镜支架（12）、定位光纤束（24）和十字定位光纤头（13）构成定位单元（1），置于固定板（4）和活动板（5）其余的双球节定位孔（9）上的双球节（14）与透镜（11）、透镜支架（12）、采光光纤头（23）和传导光纤（25）构成采光单元（2）；

所述采光单元（2）中，透镜（11）固定在透镜支架（12）上端，透镜支架（12）的下端固接在双球节24的短管（1403）上，透镜（11）与双球节（14）的轴线垂直，管状的采光光纤头（23）从双球节（14）的短管（1403）上端插入短管（1403），采光光纤头（23）上端的内壁为圆锥面，传导光纤（25）的受光面的一端从双球节（14）的下球出口插入双球节（14）并且置于采光光纤头（23）内，传导光纤（25）的传导光纤受光面28置于在透镜21的焦点处；

所述定位单元（1）中，透镜（11）固定在透镜支架（12）上端，透镜支架（12）的下端固接在双球节24的短管（1403）上，透镜（11）与双球节（14）的轴线垂直，圆柱形的十字定位光纤头（13）插入双球节（14）的短管（1403），十字定位光纤头（13）的下端为圆孔，上端为十字槽，定位光纤束（24）由N条定位光纤（15）组成，定位光纤束（24）的定位光纤（15）受光面的一端从双球节（14）的下球出口插入双球节（14），并且置于十字定位光纤头（13）内，各条定位光纤（15）的受光面排列在十字定位光纤头（13）的十字槽内，所述十字槽的纵向槽和横向槽的长度和宽度都相同，定位光纤（15）按单行排列在纵向槽和横向槽中，纵向槽和横向槽中的定位光纤（15）数量相同，定位光纤（15）的受光面固定在透镜21的焦平面上，光敏元件（16）排列在控制器的光敏定位模块（27）内，光敏元件（16）和定位光纤（15）数量相同，定位光纤束（24）的定位光纤（15）出光面的一端引入控制器中的光敏定位模块（27），各条定位光纤（15）的出光面在光敏定位模块（27）中与相对应的光敏元件（16）光耦合；由定位单元（1）的透镜（11）聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头（13）的十字槽上，经定位光纤束（24）的定位光纤（15）传导，在光敏定位模块（27）中定位光纤（15）输出定位光（17）由光敏元件（16）接收；

所述驱动机构由纵向导向撑（6）、横向导向撑（7）和2个驱动部件（26）组成，横向导向撑（7）与双球节定位孔（9）的行的方向平行，横向导向撑（7）在横向驱动卡槽（82）之下固接在板式框架（3）的下层框上，纵向导向撑（6）与双球节定位孔（9）的列的方向平行，在纵向驱动卡槽（81）之下，纵向导向撑（6）的一端固接在板式框架（3）的下层框上，纵向导向撑（6）另一端与横向导向撑（7）固接，一个驱动部件（26）置于纵向导向撑（6）上为纵向驱动部件，纵向驱动部件中的驱动板（2604）上端插入纵向驱动卡槽（81）内，另一个驱动部件（26）置于横向导向撑（7）上为横向驱动部件，横向驱动部件的驱动板（2604）上端插入横向驱动卡槽（82）内；

所述驱动部件（26）中，电机（2601）通过电机支架（2608）固接在导向撑上，电机（2601）的轴和导向撑平行，电机（2601）的轴与丝杠（2602）的一端同轴连接，丝杠支架（2609）固接在导向撑上，丝杠（2602）的另一端置于丝杠支架（2609）的圆孔内，丝杠（2602）与导向撑构成转动连接，在丝杠（2602）之下导向撑上有2个互相平行的导向槽（2607），驱动板（2604）垂直于导向撑固接在丝杠螺母（2603）上，驱动板（2604）下端的2个滑块分别在2个导向槽（2607）中滑动，在电机支架（2608）和丝杠支架（2609）之间，2个限位开关（2606）固接在导向撑的侧面上，靠近电机支架（2608）的限位开关（2606）的开关触头指向电机支架（2608），靠近丝杠支架（2609）的限位开关（2606）的开关触头指向丝杠支架（2609），在安装限位开关（2606）的同侧，限位片（2605）垂直于驱动板（2604）固接在驱动板（2604）上，限位片（2605）的高度低于2个限位开关（2606）的开关触头高度，限位片（2605）压住限位开关（2606）的开关触头时，限位开关（2606）给出限位信号；纵向驱动部件中，所述导向撑为纵向导向撑（6），横向驱动部件中，所述导向撑为横向导向撑（7）。

2.根据权利要求1所述的太阳光室内照明光纤传导装置，其特征在于，所述定位光纤束（24）中定位光纤（15）数量N范围为5～33。

3.根据权利要求1所述的太阳光室内照明光纤传导装置，其特征在于，所述光敏定位模块（27）中，光敏元件（16）按圆形排列或者按十字形排列。

4.根据权利要求1所述的太阳光室内照明光纤传导装置，其特征在于，所述光敏元件（16）为光电二极管或光敏三极管。

5.一种光太阳光室内照明光纤传导装置的工作方法，其特征在于，如权利要求1所述的太阳光室内照明光纤传导装置的工作方法的操作步骤为：

步骤一：捕获太阳光，启动横向驱动部件的电机（2601）和纵向驱动部件的电机（2601），驱动活动板（5）平动，粗调活动板（5）的位置，使定位单元（1）和采光单元（2）的透镜（11）摆动，直至由定位单元（1）的透镜（11）聚焦的太阳光光斑照射到十字定位光纤头（13）的十字槽上，光敏定位模块（27）中一个或一个以上光敏元件（16）接收到定位光纤（15）输出的定位光（17），输出定位信号，横向驱动部件的电机（2601）和纵向驱动部件的电机（2601）停止转动；

步骤二：根据光敏定位模块（27）中各个光敏元件（16）的输出信号是否相同，判别定位单元（1）的透镜（11）聚焦的光斑中心是否与十字定位光纤头（13）的十字槽中心重合，如不重合，进行步骤三；如定位单元（1）的透镜（11）聚焦的光斑中心与十字定位光纤头（13）的十字槽中心重合，直接进行步骤四；

步骤三：通过分析光敏定位模块（27）中各个光敏元件（16）输出的定位信号大小，判断定位单元（1）的透镜（11）聚焦的光斑中心与十字定位光纤头（13）的中心的偏差方向和大小，由横向驱动部件的电机（2601）或者由纵向驱动部件的电机（2601）细调活动板（5）的位置，进行偏差控制，直至所述偏差消除，进行步骤四；

步骤四：太阳光经采光单元（2）的透镜（11）聚焦，输出光斑照射到采光单元（2）的采光光纤头（23）中的传导光纤（25）的受光面上，太阳光经传导光纤（25）传导到室内实现照明；

步骤五：随太阳光方向变化，定位单元（1）的透镜（11）聚焦的光斑与十字定位光纤头（13）的十字槽发生新的偏差，定时读取光敏定位模块（27）中各个光敏元件（16）输出的定位信号，进行偏差判断，有一个或一个以上光敏元件（16）输出定位信号，判定为小偏差，则回到步骤三，进行偏差控制；如果定位单元（1）的透镜（11）聚焦的光斑完全离开十字定位光纤头（13）的十字槽，光敏元件（16）全部无输出信号，判定为大偏差，则回到步骤一，重新捕获太阳光。

Images