CN107504451B - 一种无源自然光全向采集装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种无源自然光全向采集装置及采集方法，该采集装置包括呈180°半球形分布的透镜阵列，透镜阵列中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有导光光纤形成与透镜阵列一致对应的光纤阵列，光纤阵列通过主光纤连接有照明装置，本发明还公开了采集方法；本发明的无源自然光全向采集装置解决了现有光纤照明系统中存在太阳追踪精度和聚光转置的光学效率较低的问题，而采用上述采集装置进行无源自然光采集的方法能够将自然光全方位实时高效的引入到所需要的场景中提供白天的照明，既克服了对太阳的追踪又将自然光最大限度的耦合进光纤，且操作简单。
Description
技术领域
本发明属于照明系统技术领域，涉及一种无源自然光全向采集装置，本发明还涉及利用该采集装置进行无源自然光全向采集的方法。
背景技术
绿色照明是美国国家环保局于上个世纪90年代初提出的概念，完整的绿色照明包含高效节能、环保、安全及舒适四项指标，不可或缺。现阶段，照明的质量和水平已成为衡量社会现代化程度的一个重要标志，我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足且用电效率低的状况依然比较严峻，因此，非常有必要促进以提高照明质量、节能降耗及保护环境为目的的照明电器新型产业的发展。
目前，虽然许多高效节能的照明产品已经被广泛用于各种场合，但是大多数情况下会消耗大量的电，也会对环境造成一定的污染。在有些场合，比如：车路隧道、火车隧道、地下车库以及楼道都需要24小时照明，这种情况消耗的电能能多。如今，在很多大型商场中，会将自然景观引入室内，创造室内空间景观化，使人们在闲暇时刻可以感受一下大自然的美景，基于此，考虑将取之不尽、用之不竭的自然光以最大的效率耦合传输到所需要的场景是非常有必要的，且自然光具有清洁和安全的特点，这是其他能源所没有的。
随着70年代光纤通信的发展，玻璃光纤被应用于照明行业，随后日本引用了美国研制的小直径塑料光学玻璃制成了第一种大芯塑料光纤，并在80 年代开始进入实用性阶段，使其发展成一种新型的照明方式，并被广泛应用；1979年8月日本La Foret工程公司推出了第一台光纤自然光照明装置“向日葵”；我国于2001年自行研制开发出全自动跟踪太阳光的采光装置。但是，目前的光纤照明系统中都存在太阳追踪精度和聚光装置置的光学效率较低的问题。
由此可见，如何在收集自然光时克服对太阳的追踪以及自然光最大限度的耦合进光纤以提高聚光装置的光学效率，从而达到真正的绿色环保照明成为一种发展的趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无源自然光全向采集装置，解决了现有光纤照明系统中存在太阳追踪精度和聚光装置的光学效率较低的问题。
本发明的另一目的在于提供一种无源自然光全向采集方法，使自然光能最大限度的耦合进光纤和还能实现对太阳的精确追踪。
本发明所采用的技术方案是，一种无源自然光全向采集装置，包括呈 180°半球形分布的透镜阵列，透镜阵列中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有导光光纤形成与透镜阵列一致对应的光纤阵列，光纤阵列通过主光纤连接有照明装置。
本发明的特点还在于：
每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜。
每个透镜上均镀有带通增透膜。
透镜阵列罩于防尘罩(5)内。
防尘罩由PC塑料制成。
光纤阵列中的每个导光光纤前部均设有隔热装置。
在照明装置上设有滤光片。
本发明所采用的另一技术方案是，一种无源自然光全向采集方法，该方法依赖于无源自然光全向采集装置，其结构为包括呈180°半球形分布的透镜阵列，透镜阵列中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有导光光纤形成与透镜阵列一致对应的光纤阵列，光纤阵列通过主光纤连接有照明装置。
每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜；每个透镜上均镀有带通增透膜；透镜阵列罩于防尘罩内；防尘罩由PC塑料制成；光纤阵列中的每个导光光纤前部均设有隔热装置；在照明装置上设有滤光片。
具体按照以下方法实施：
步骤1，首先对透镜阵列、光纤阵列、主光纤、防尘罩以及隔热装置进行抽真空、充入惰性气体，要保证整个无源自然光全向采集装置内部的各个部件无水汽凝结；
步骤2，待步骤1完成后，使由太阳辐射出的自然光经大气层过滤后到达地面的平行光线直接入射到防尘罩上；
步骤3，使步骤2中透过防尘罩的平行光线平行射入到正对入射方向的透镜阵列；
步骤4，将步骤3中通过透镜阵列汇聚后的光线透过隔热装置耦合进所述光纤阵列中；
步骤5，将步骤4的光纤阵列通过熔融拉锥技术经主光纤输出至照明装置，即完成无源自然光全向采集。
本发明的有益效果是：
本发明的无源自然光全向采集装置，解决了现有光纤照明系统中存在太阳追踪精度和聚光装置的光学效率较低的问题；本发明的无源自然光全向采集装置不需要任何的电控设备，具有成本低、无污染及不耗电的优点，还能减少二氧化碳的排放；另外，通过在透镜上加镀带通增透膜，使不同波段自然光入射，能实现为室内景观提供充足的太阳光照明，还可以通过镀膜处理让人们感受冷光源的太阳光，使人们在享受阳光沐浴的同时减少由太阳光直接暴晒而引起的对皮肤的伤害；在本发明的无源自然光全向采集装置中透镜阵列的大小以及透镜的数量没有确定的限制，可以根据客户的要求而设计，增强了设备的灵活性，并且搬运方便，应用范围广；
采用上述采集装置进行无源自然光采集的方法能够将自然光全方位实时高效的引入到所需要的场景中提供白天的照明，既克服了对太阳的追踪又将自然光最大限度的耦合进光纤，且操作简单。
附图说明
图1是本发明一种无源自然光全向采集装置的结构示意图。
图中，1.透镜阵列，2.光纤阵列，3.主光纤，4.照明装置，5.防尘罩，6. 隔热装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种无源自然光全向采集装置，如图1所示，包括呈180°半球形分布的透镜阵列1，透镜阵列1中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有导光光纤形成与透镜阵列1一致对应的光纤阵列2，光纤阵列2通过主光纤3连接有照明装置4。
优选的，透镜阵列1中的每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜，能进一步提高聚光装置的光学效率，对于每个透镜的直径和数目没有特殊要求，可根据相应的应用场景和客户的要求而确定；透镜阵列1中的每个透镜上均镀有带通增透膜，以防止入射光线的损失。
在透镜阵列1上罩有光透过率较好的防尘罩5，能有效防止尘土在透镜上积累而影响透镜接收光的效率；优选的，防尘罩5采用PC塑料制成，且表面喷UV固化硬质涂层，具有光滑耐磨、灰尘不易存留、厚度均匀、透光率高、抗老化及硬度高的优点。
光纤阵列2中的每个导光光纤前部均设有隔热装置6，用于保护导光光纤，防止透镜阵列1所汇聚的光直接接触导光光纤对其造成损害。
在照明装置4上设有滤光片；照明装置4是一个透镜配光照明系统，能够均匀的向四周柔和的弥散自然光；灯具的种类多种多样，可以放置在所需要的各种照明场所；为了满足不同的要求，在照明装置4上设置滤光片，比如：在会议室可以通过黄光滤光片达到一种暖色的照明效果；在酒吧、KTV 等场所，可以通过红光滤光片或绿光滤光片达到吸引人的效果；通过镀膜保留部分紫外线成分便可给绿色植物提供光合作用的光能。
本发明一种无源自然光全向采集方法，该方法依赖于上述无源自然光全向采集装置，该采集装置的结构为：包括呈180°半球形分布的透镜阵列1，透镜阵列1的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有导光光纤形成与透镜阵列1一致对应的光纤阵列2，光纤阵列2通过主光纤3连接有照明装置4；
透镜阵列1中的每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜；透镜阵列1中的每个透镜上均镀有带通增透膜；在透镜阵列1的外围设置有防尘罩 5；防尘罩5由PC塑料制成；光纤阵列2中的每个导光光纤前部均设有隔热装置6；在照明装置4上设有滤光片；
该方法具体按照以下步骤实施：
步骤1，首先对透镜阵列1、光纤阵列2、主光纤3、防尘罩5以及隔热装置6进行抽真空、充入惰性气体，保证在昼夜温差下，整个无源自然光全向采集装置内部的各个部件无水汽凝结；
步骤2，待步骤1完成后，使太阳辐射出的自然光经大气层过滤后到达地面的平行光线直接入射到防尘罩5上；
步骤3，使步骤2中透过防尘罩5的平行光线平行射入到正对入射方向的透镜阵列1；
该透镜阵列1成180°半球形分布，方便在日间各时刻都能够采集不同入射方向的自然光；
步骤4，将步骤3中通过透镜阵列1汇聚后的光线透过隔热装置6耦合进光纤阵列2中；
光纤阵列端面分别对应放置于菲尼尔透镜的焦点处，使自然光已经能够分立的被耦合进光纤阵列中；
步骤5，将步骤4的光纤阵列2通过熔融拉锥技术经由一根芯径尺寸较大的主光纤3输出至照明装置4，即完成无源自然光全向采集。
由于主光纤中传输的是由透镜阵列1耦合的太阳光，因此要求主光纤3 的包层能承受高功率密度辐射。
通过上述方式，本发明一种无源自然光全向采集装置解决了现有光纤照明系统中存在太阳追踪精度低和聚光装置光学效率较低的问题，并且整个采集装置不需要任何的电控设备，具有成本低、无污染、不耗电且能减少二氧化碳的排放的优点；而采用上述采集装置进行无源自然光采集的方法能够将自然光全方位实时高效的引入到所需要的场景中提供白天的照明，既克服了对太阳的追踪又将自然光最大限度的耦合进光纤，且操作简单。
Claims (5)
1.一种无源自然光全向采集装置，其特征在于，包括呈180°半球形分布的透镜阵列(1)，所述透镜阵列(1)中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有所述导光光纤形成与所述透镜阵列(1)一致对应的光纤阵列(2)，所述光纤阵列(2)通过主光纤(3)连接有照明装置(4)；
所述每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜；
所述光纤阵列(2)中的每个导光光纤前部均设有隔热装置(6)；
所述照明装置(4)上设有滤光片。
2.如权利要求1所述的一种无源自然光全向采集装置，其特征在于，所述每个透镜上均镀有带通增透膜。
3.如权利要求1所述的一种无源自然光全向采集装置，其特征在于，所述透镜阵列(1)罩于防尘罩(5)内。
4.如权利要求3所述的一种无源自然光全向采集装置，其特征在于，所述防尘罩(5)由PC塑料制成。
5.一种无源自然光全向采集方法，其特征在于，该方法依赖于无源自然光全向采集装置，其结构为：包括呈180°半球形分布的透镜阵列(1)，所述透镜阵列(1)中的每个透镜焦点处均设置有导光光纤，所有所述导光光纤形成与所述透镜阵列(1)一致对应的光纤阵列(2)，所述光纤阵列(2)通过主光纤(3)连接有照明装置(4)；
所述每个透镜均采用相对孔径为0.2的菲涅尔透镜；所述每个透镜上均镀有带通增透膜；所述透镜阵列(1)罩于防尘罩(5)内；所述防尘罩(5)由PC塑料制成；所述光纤阵列(2)中的每个导光光纤前部均设有隔热装置(6)；在所述照明装置(4)上设有滤光片；
具体按照以下方法实施：
步骤1，首先对所述透镜阵列(1)、光纤阵列(2)、主光纤(3)、防尘罩(5)以及隔热装置(6)进行抽真空、充入惰性气体，要保证整个无源自然光全向采集装置内部的各个部件无水汽凝结；
步骤2，待步骤1完成后，使由太阳辐射出的自然光经大气层过滤后到达地面的平行光线直接入射到所述防尘罩(5)上；
步骤3，使步骤2中透过防尘罩(5)的平行光线平行射入到正对入射方向的透镜阵列(1)；
步骤4，将步骤3中通过透镜阵列(1)汇聚后的光线透过隔热装置(6)耦合进所述光纤阵列(2)中；
步骤5，将步骤4的光纤阵列(2)通过熔融拉锥技术经所述主光纤(3)输出至照明装置(4)，即完成无源自然光全向采集。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240821 Address after: No. 9, Yinyan Road, Guangling District, Yangzhou City, Jiangsu Province, 225000 Patentee after: Jiangsu Youjiabei Intelligent Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 710048 No. 5 Jinhua South Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: XI'AN University OF TECHNOLOGY Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |