RU2278408C2 - Универсальный полихроматический облучатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для освещения объектов, для которых требуется освещение, приближенное к естественному дневному свету. Облучатель содержит несколько групп светодиодов с различным спектром излучения, дополняющих друг друга, включая инфракрасный и ультрафиолетовый, а также обогреватель, выполненный в виде источника инфракрасного излучения с направленным тепловым потоком. В систему управления введены автоматический регулятор цикла облучения по времени суток любого пояса земного шара, автоматический регулятор режима освещения в соответствии с погодными условиями, датчик температуры, датчик, сканирующий спектральный состав излучения, а также переключатель, позволяющий корректировать спектр излучения в зависимости от спектра излучения внешнего источника освещения и заданного режима освещения. Технический результат - обеспечение освещения, близкого к естественному или оптимального для заданного режима. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для освещения объектов, для которых требуется освещение, приближенное к естественному дневному свету. Предложенное техническое решение применимо в различных областях, например в текстильной промышленности для определения цвета ткани, полиграфической промышленности для различения оттенков красок, для облучения животных и растений. Данный облучатель может быть применен в качестве светильника, прожектора или фонаря.

Известен полихроматический облучатель, содержащий источник света из трех групп светодиодов с различным спектром излучения, корпус, источник питания, систему управления и коммутатор групп светодиодов. См., например, патент РФ № 2194212, МПК F 21 L 17/00 "Универсальный светодиодный фонарь", опубл. 10.07.2000 г., БИ № 34.

Недостаток известного облучателя заключается в том, что он имеет ограниченное применение, в частности, как фонарь и не может быть использован для формирования, например, естественного дневного света.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является полихроматический облучатель, содержащий источник света, состоящий из групп светодиодов с различными спектрами излучения, корпус, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления, коммутатор групп светодиодов и датчик освещенности. См., например, патент US N 6488390, МПК F 21 V 9/00, НКИ 362/231 "Способ регулирования цвета светового потока и устройство для его реализации" ("Color adjusted camera and method").

Известное техническое решение более универсально, однако также не лишено недостатков. В частности, оно не может быть применено для имитации реального дневного освещения.

Спектральное излучение известных источников света не обеспечивает качественную цветопередачу. В частности, наиболее широко распространенные люминесцентные лампы (ЛЛ) имеют полосовой спектр. Индекс цветопередачи редко доходит до Ra=85, цветовая температура не превышает, в большинстве случаев, Тц=2000-4000 К.

Качественная цветопередача важна в целом ряде отраслей производства, например в текстильной промышленности; при работе с реактивами в химической промышленности, в полиграфии и т.д. Более того, хорошая цветопередача обеспечивает хорошее настроение и способствует повышению производительности труда. Качественное освещение важно также и для здоровья человека. Очень важно освещение, приближенное к естественному, и для животноводства, и для птицеводства. Так, яйценоскость кур и величина яиц и скорость приращения веса бройлеров резко повышается при освещении со спектром излучения, близким к естественному дневному свету.

Известно также, что жители средних и северных широт страдают от нехватки витамина D, вызванной тем обстоятельством, что основную часть года они не получают ультрафиолетового облучения. Таким образом, полноценное освещение является важной народно-хозяйственной задачей.

Целью данного изобретения является создание источника света, предназначенного для облучения объектов живой и неживой природы полихроматическим излучением, максимально соответствующим индивидуальным особенностям.

Указанная цель достигается за счет того, что в полихроматическом облучателе, содержащем источник света, состоящий из групп светодиодов с различными спектрами излучения, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления, коммутатор и датчик освещенности, согласно изобретению в источник света включены группы светодиодов с ультрафиолетовым и инфракрасным спектрами излучения, а в систему управления введены регулятор с автоматическим поддержанием выбранного цикла изменения спектра облучения и регулятор с автоматическим поддержанием выбранного режима облучения ("солнце", "пасмурно", "сумерки" и т.д.).

В варианте технического решения в облучатель включен обогреватель с направленным распределением теплового потока.

В варианте технического решения блок управления микропроцессорной системой снабжен датчиком - регулятором температуры.

В варианте технического решения блок управления микропроцессорной системой снабжен переключателем, позволяющим дополнять спектр источника света внешнего облучения (лампа накаливания ЛН, люминесцентная лампа ЛЛ, газоразрядная лампа и т.д. путем включения отдельных групп светодиодов.

В варианте технического решения блок управления микропроцессорной системой снабжен датчиком - спектрометром, определяющим спектральный состав оптического диапазона облучения.

Применение групп светодиодов с ультрафиолетовым и инфракрасным спектрами излучения позволяет более полно имитировать дневное освещение, аналогичное, в том числе, и солнечному дню, что важно для улучшения здоровья при освещении людей и животных.

Наличие датчика - регулятора температуры и обогревателя с направленным тепловым потоком позволит имитировать солнечное тепло.

Применение переключателя для корректировки спектральной составляющей внешнего источника света позволит более рационально использовать источники излучения при наличии внешней освещенности. В этом случае будет включаться только часть светодиодов облучателя. Кроме того, добавленный облучателем световой поток с дополнительной спектральной составляющей позволит повысить цветопередачу.

Использование регулятора с автоматическим поддержанием выбранного цикла изменения спектра излучения даст возможность оператору создавать режимы освещенности, аналогичные любому времени года, и обеспечивать имитацию освещенности поверхности аналогично любому поясу земного шара. Регулятор автоматического поддержания выбранного режима излучения дает возможность имитировать условия освещенности, аналогичные любым погодным условиям, например "солнце", "пасмурно" и т.д.

Сканирование спектрального состава оптического диапазона облучения с помощью специального датчика - спектрометра позволяет объективно судить о спектре облучения, реализуемого данным облучателем, и корректировать на основе обратной связи результирующий спектральный состав путем подключения и регулирования тока соответствующих групп светодиодов.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлен вид платы со светодиодами.

На фиг.2 дана вторая проекция расположения светодиодов.

На фиг.3 изображена принципиальная электрическая схема универсального полихроматического облучателя.

На фиг.4 имеется график изменения светового потока в зависимости от величины тока, протекающего через светодиод.

На фиг.5 показана диаграмма зависимостей распределения потока излучения по спектру для различных групп светодиодов.

Универсальный полихроматический облучатель устроен следующим образом. Светодиоды 1 (фиг.1, 2) расположены на общей плате 2, форма которой зависит от конструктивных особенностей светодиодов, количества источников света и требований эргономики. Плата со светодиодами помещена в корпус 3. Оптическая система состоит из линзы 4. Задача оптической системы обеспечить смешение световых потоков и требуемое распределение светового потока в пространстве. В корпусе может быть размещен блок электрического питания 5. Однако блок 5 может быть размещен вне корпуса и представлять собой сетевой адаптер, выходное напряжение которого согласовано с требуемым напряжением светодиодов.

Облучатель снабжен источником инфракрасного теплового излучения с направленным тепловым потоком 6 (фиг.3), выполненным, например, в виде калорифера с рефлектором и который может быть размещен вне корпуса 3.

Светодиоды распределены на группы, например, с синим 1с, красным 1к, оранжевым 1о, зеленым 1з, желтым 1ж, инфракрасным 1и и ультрафиолетовым 1у спектрами излучения (фиг.3). Спектральный состав светодиодов подобран таким образом, чтобы суммарный спектр был ближе к естественному дневному свету. Светодиоды получают питание от блока электрического питания 5 через коммутаторные блоки ручного регулирования 7 и автоматического регулирования 8. Перевод с одного режима на другой производится переключателем 9. В свою очередь коммутаторный блок автоматического регулирования 8 управляется микропроцессором 10. К входу микропроцессора подключены: датчик спектрального состава оптического диапазона облучения 11, датчик - регулятор температуры 12 с устройством настройки, регулятор с автоматическим поддержанием цикла излучения 13 и регулятор с автоматическим поддержанием режима излучения 14. На вход регулятора автоматического поддержания цикла излучения 13 включен таймер 15. Датчик 11 может быть выполнен, например, на основе системы, определяющей спектральный состав излучения на поверхности объекта, путем последовательного опроса фотоприемников, сенсибилизированных к различным узким полосам спектра излучения оптического диапазона, и реализован на примере, описанном в патенте РФ № 2087879, МПК G 01 J 3/46, опубл. 20.08.97 в БИ № 23 (Способ измерения цветовых величин в фотометрии и колориметрии). К входу микропроцессора 9 подключены также датчик освещенности 16 и переключатель 17. Последний позволяет корректировать спектральный состав оптического диапазона, учитывающего тип внешнего осветительного прибора со шкалой, на которой обозначен этот тип, например ЛН, ЛЛ, газоразрядная лампа и т.д.

Зависимость светового потока Ф_i светодиода от величины протекающего по нему тока I (18, фиг.4) практически прямолинейна.

Суммарный спектр облучения Ф_е состоит из узких полос, излучаемых светодиодами различных групп. Полосы спектра обозначены на фиг.5 следующими цифрами: ультрафиолетовая (светодиоды 1у) - 19, синяя (1с) - 20, зеленая (1з) - 21, желтая (1ж) - 22, оранжевая (1о) - 23, красная (1к) - 24 и инфракрасная (1и) - 25. Цифрой 26 на фиг.5 показана примерная характеристика распределения потока излучения дневного света. Количество светодиодов в группе зависит от величины светового потока одного прибора. Количество групп светодиодов может быть расширено за счет введения приборов со спектром излучения, заполняющим промежутки, имеющиеся на фиг.5.

Универсальный полихроматический облучатель действует следующим образом. В зависимости от условий он может работать как индивидуальный светильник, так и совместно с другими типами осветительных приборов. Как индивидуальный светильник, облучатель позволяет освещать поверхность в различных режимах по желанию оператора. Например, обеспечивать дневное освещение, аналогичное прямому солнечному свету, при включении всех световых приборов (светодиодов) с добавлением ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Для полной имитации спектра солнечного излучения к оптическому спектру добавляется источник с инфракрасным тепловым излучением 6 с направленным потоком. Обогреватель включается и выключается в зависимости от настройки датчика - регулятора температуры 12. Если это необходимо, то можно обеспечить освещение, аналогичное естественному дневному, когда солнце скрыто облаками. По желанию можно организовать любой световой цикл облучения, соответствующий полным суткам любого времени года и любого пояса земного шара; обеспечить режим света и тепла, оптимальный для людей, или животных, или растений. Для этого необходимо поставить регулятор с автоматическим поддержанием цикла излучения 13 в соответствующее положение. Контроль за освещенностью осуществляется с помощью датчика освещенности 16. При этом степень освещенности может регулироваться по желанию потребителя. Как видно из фиг.4, световой поток светодиодов изменяется, практически, пропорционально протекающему через них току. Регулятор 13 по сигналам датчика 16 воздействует на микропроцессор 10. В свою очередь микропроцессор на основе заложенной в нем программы воздействует на коммутаторный блок автоматического регулирования 8 так, чтобы величина тока в светодиодах изменялась до тех пор, пока освещенность объекта не окажется на заданном уровне. Имитация погодных условий обеспечивается регулятором с автоматическим поддержанием режима излучения 14, устанавливаемым, например, на режим "солнце", "облачно", "пасмурно" и т.д. По программе, заложенной в микропроцессоре, будет формироваться комплект соответствующих команд, воздействующих на коммутаторный блок автоматического регулирования 8. Каждый раз, при этом, автоматически будет включаться источник с направленным инфракрасным тепловым потоком 6. Добавка дозированного ультрафиолетового излучения со спектром в диапазоне 320-340 нм устранит дефицит этого вида облучения. Тот же ультрафиолетовый фон позволит дезинфицировать место разреза при хирургических операциях.

Особенность данного облучателя состоит также в том, что в зависимости от пожеланий потребителя возможно и индивидуальная настройка спектра излучения. Известно, что, например, синий цвет успокаивает и устраняет головные боли. Оранжевый цвет стимулирует работоспособность и т.д. Большое значение имеет цвет излучения и при работе с компьютером, освещение интерьера помещения, спальни и т.д. В некоторых случаях для улучшения зрительных функций синий спектр излучения лучше уменьшить или вообще исключить. В предлагаемом облучателе можно выключить одну или несколько групп приборов, или уменьшить ток одной или нескольких групп светодиодов, исключив или уменьшив, тем самым, одну или несколько спектральных составляющих потока облучения. Этот процесс осуществляется путем воздействия на коммутаторный блок ручного регулирования 7. Перевод на ручное регулирование производится переключателем 9. Предлагаемый облучатель можно применять и как дополнительный источник света совместно с другими типами световых приборов. В этом случае с его помощью можно корректировать суммарный световой поток, добавляя к световому потоку внешнего источника света ту или иную спектральную составляющую, для получения полноценного или оптимального по спектру светового потока. Этот процесс обеспечивается автоматически за счет датчика 11, сканирующего спектральный состав оптического диапазона излучения. Спектральный состав большинства применяемых в настоящее время источников излучения известен. Для коррекции спектрального состава переключатель 18 устанавливается в положение, соответствующее типу внешнего источника света, а в программе микропроцессора заложена информация о необходимой добавке спектральной составляющей с учетом внешней освещенности поверхности при данном типе источника света. Дополнительный поток излучения от облучателя позволяет довести температуру цветности до Тц=6000 К, а коэффициент цветопередачи до практически Ra=100 и приблизить суммарный спектр излучения к характеристике распределения потока излучения дневного света 26 (фиг.5).

Таким образом, предлагаемый полихроматический облучатель позволяет индивидуально или совместно с другими световыми приборами обеспечить полноценное качественное освещение поверхности в зависимости от условий и производственной необходимости.

Claims (2)

1. Универсальный полихроматический облучатель, содержащий источник излучения, источник питания, микропроцессорную систему управления, коммутатор, датчик освещенности, отличающийся тем, что источник излучения выполнен на светоизлучающих диодах, в источник излучения введены группы светоизлучающих диодов с различными спектрами излучения, включающими синий, красный, оранжевый, зеленый, желтый, ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, при этом облучатель снабжен обогревателем, выполненным в виде источника инфракрасного излучения с направленным тепловым потоком, в систему управления введены автоматический регулятор цикла облучения по времени суток любого пояса земного шара, автоматический регулятор режима освещения в соответствии с погодными условиями, датчик температуры, датчик, сканирующий спектральный состав излучения, причем система управления содержит переключатель, позволяющий корректировать спектр излучения в зависимости от спектра излучения внешнего источника освещения и заданного режима освещения.

2. Способ полихроматического облучения поверхности от искусственного комбинированного источника света по сигналам датчика освещенности, отличающийся тем, что поверхность дополнительно облучают излучателями ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, изменяют спектральный состав и интенсивность облучения по данным измерения освещенности, спектрального состава облучения и температуры, причем спектральный состав излучения регулируют переключателем, позволяющим корректировать спектр облучения комбинированного источника света и излучателей ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов в зависимости от спектра излучения внешнего источника освещения, обеспечивая заданный спектральный состав облучения.

Images