Оптични влакна - Технически теми

Оптично осветление

Въведение
Оптичното влакно може да се използва за предаване на светлина от източник до отдалечено място за осветление, както и за комуникация. Всъщност влакната са направени не само да предават светлина, но и да светят покрай самото влакно, така че то прилича на неонова светлинна тръба. Приложенията за фиброоптично осветление са много, като цяло се основават на използването на специалните характеристики на влакното, както и неговите уникални характеристики.
 

Защо да използвате оптични влакна за осветление?
Използването на оптични влакна за дистанционно осветление има много предимства, някои от които са по-важни за специални видове приложения, отколкото други.
Осветление без топлина: Тъй като източникът на светлина е отдалечен, влакното пропуска светлината, но изолира топлината от източника на светлина от точката на осветяване, важно съображение за осветяване на деликатни предмети, като например в музейни дисплеи, които могат да бъдат повредени от топлина или интензивна светлина.
Електрическа безопасност: Подводното осветление като използваното в плувни басейни и фонтани или осветлението в опасни атмосфери може да се извърши безопасно с фиброоптично осветление, тъй като влакното е непроводимо и захранването за източника на светлина може да бъде поставено на безопасно място. Дори много светлини са с ниско напрежение.
Прецизно прожекторно осветление: Оптичните влакна могат да се комбинират с лещи, за да осигурят внимателно фокусирана светлина върху изключително малки петна, популярни за музейни експонати и витрини за бижута, или просто да осветяват точно определена област.
Издръжливост: Използването на оптично влакно за осветление прави много по-трайно осветление. Оптичните влакна, пластмасови или стъклени, са едновременно здрави и гъвкави, много по-издръжливи от чупливите електрически крушки.
Погледът на неона: Влакно, което излъчва светлина по дължината си, обикновено наричано влакно, излъчващо ръбове, има вид на неонови тръби за декоративно осветление и табели. Влакното е по-лесно за производство и тъй като е направено от пластмаса, е по-малко крехко. Тъй като осветлението е отдалечено, то може да се постави в единия или в двата края на влакното и източниците могат да бъдат по-безопасни, тъй като са източници на ниско напрежение.
Варирайте цвета: Чрез използване на цветни филтри с източници на бяла светлина, оптичното осветление може да има много различни цветове и чрез автоматизиране на филтрите да променя цветовете във всяка предварително програмирана последователност.
По-проста инсталация: Оптичното осветление не изисква инсталиране на електрически кабели към светлинния локатор и след това инсталиране на място с обемисти осветителни тела с една или повече крушки. Вместо това влакното се монтира на мястото и се фиксира на място, може би с малко приспособление за фокусираща леща, много по-прост процес. Често няколко влакна могат да използват един източник на светлина, което още повече опростява монтажа.
Лесна поддръжка: Осветлението в труднодостъпни зони като високи тавани или малки пространства може да затрудни смяната на източници на светлина. При оптичното влакно източникът може да бъде на лесно достъпно място, а влакното на всяко отдалечено място. Смяната на източника вече не е проблем.


Как работи оптичното осветление
Оптичното осветление използва оптично влакно като "светлинна тръба", предаваща светлина от източник през влакното до отдалечено място. Светлината може да се излъчва от края на влакното, създавайки ефект на малък прожектор (наричан още „крайно сияние“) или излъчвана от външната страна на влакното по дължината му, изглеждайки като неонова или флуоресцентна тръба (наричано още „странично сияние“ ).
Източникът на светлина обикновено се нарича "фиброоптичен осветител" и се състои от източник на ярка светлина и често някаква оптика за ефективно фокусиране на светлината във влакното. Източниците трябва да са ярки, така че обикновено се използват кварцови халогенни или ксенонови металхалогенни лампи. По-малките влакна също могат да използват светодиоди, които много ефективно свързват светлината във влакна, но не постигат нивата на светлина на другите лампи.
Оптичните влакна, използвани за осветление, са подобни на влакната, използвани в комуникациите, но оптимизирани за предаване на светлина, а не на високоскоростни сигнали. Влакната се състоят от сърцевина, която пропуска светлината, и оптична обвивка, която улавя светлината в сърцевината на влакното. За разлика от комуникационните влакна, които използват малки ядра, за да увеличат максимално честотната лента, осветителните влакна използват големи ядра с тънки обвивки, за да увеличат максимално свързването на светлината от осветителя във влакното. Странично излъчващите влакна имат груб интерфейс между сърцевината и обвивката, за да разпръснат част от светлината от сърцевината по дължината на влакното, за да създадат постоянен осветен вид, подобен на неонови светлинни тръби.
Осветителните влакна могат да бъдат направени от стъкло, точно както комуникационните влакна, или пластмаса. Ако влакната са стъклени, те обикновено са с много малък диаметър и много от тях са свързани заедно в един кабел с обвивка, за да осигурят достатъчно светлинно предаване. Пластмасовите влакна с по-голям диаметър също се използват, може би по-често, защото са евтини и по-лесни за инсталиране, но имат по-висока загуба на светлина и не могат да издържат на висока температура, понякога ограничавайки входящата светлина от източник.


Видове фибри

Крайни излъчващи влакна
Крайно излъчващото влакно обикновено е многомодово влакно със стъпков индекс с голяма прозрачна сърцевина, която предава светлината и тънка прозрачна обвивка, която улавя светлината в сърцевината в оптичен процес, наречен „пълно вътрешно отражение“. Сърцевината е голяма в сравнение с тънката обвивка, тъй като това я прави по-ефективна при свързване на светлината от осветителя. Облицовката не пропуска светлина, така че всяка светлина, свързана с облицовката, няма да бъде предадена от влакното.
Крайно излъчващите влакна обикновено се правят от пластмаса, тъй като тя може да бъде направена в по-големи размери от стъклото и е по-евтина и по-лесна за инсталиране. Пластмасовите оптични влакна (POF) се произвеждат в размери от 0.1 до 20 mm в диаметър. Стъклените влакна обикновено се правят в много по-малки размери (тънък косъм, около 50-150 микрона или 0.05 до 0,15 mm) и се свързват заедно, за да се направят кабели с по-голям диаметър.
Изборът на материали за сърцевината и облицовката определя ъгъла на светлинните лъчи, приети от източници и предадени от влакното (наречени режими), определени от спецификация, наречена цифрова апертура (NA). Светлината ще излезе от влакното в конус, който показва размера на NA, като по-голямата NA има по-широк изходен конус на осветяване. По-високите NA влакна също свързват светлината от източниците по-ефективно, тъй като ще улавят светлината под по-високи ъгли, излъчвана от източника. Типичните влакна имат конуси на приемане от {{0}} градуса, съответстващи на NA от 0.3-0.6. Когато се използва оптика за фокусиране на светлината, излъчвана от влакното, трябва да се знае NA на влакното, за да се избере подходяща оптика.
Крайните излъчващи влакна пропускат светлина добре. Стъклените влакна са по-ефективни при предаване, тъй като стъклото е по-прозрачно от пластмасата, но поради неефективността на опаковането на влакната в снопове, пространствата между влакната в сноповете означават, че голяма част от светлината на осветителя не е свързана в сърцевините на влакната. Стъклените влакна обаче могат да бъдат по-толерантни към топлината, генерирана от осветителя, позволявайки по-голям интензитет на осветителя и осигурявайки повече светлина от края на влакното.

Edge-emitting Fiber

Крайно излъчващото влакно е основно подобно на крайното излъчващо влакно, с изключение на това, че границата на сърцевината/обвивката е проектирана да бъде леко неефективна. Вместо да улови цялата светлина в ядрото, границата е грапава и малко светлина се разпръсква в обвивката, където става видима. Чрез внимателен дизайн, влакното може да има гладко сияние, което прилича много на неонова светлинна тръба. По-малки влакна, излъчващи ръбове, са вплетени в ленти, които излъчват светлина в лента.
Тъй като голяма част от светлината се губи от ръбовото излъчване по протежение на влакното, влакното с ръбово излъчване има високо затихване. Това може да ограничи дължините на излъчващите ръбове влакна, които могат да се използват. Това може да се облекчи чрез осветяване на влакното от двата края чрез използване на два осветителя или завъртане на влакното обратно към същия осветител, или използване на отразяващи крайни капачки за изпращане на излишната светлина обратно нагоре по влакното от далечния край.


Осветители , Видове източници

Осветителят съдържа източника на светлина за влакното, както и оптика и филтри, предназначени да произвеждат желаното количество и вид осветление. Въпреки че количеството светлина, свързано с влакното, е основното съображение при избора на осветител, много други фактори са включени, което накара пазара да предложи много видове източници.
Мощността, свързана към влакното или влакната, тъй като много източници ще поемат повече от едно влакно, обикновено ще определи вида на използвания източник на светлина. Кварцовите халогенни лампи се използват в много осветители. Тези източници, разработени като прожектори или лампи за проектори, се предлагат във версии както с ниско, така и с променливо напрежение, с широк диапазон от мощности. Кварцовите халогенни лампи обикновено са направени интегрални с рефлектори, които правят фокусирането на светлината във влакно по-лесно. Въведени са нови ксенонови металхалогенни лампи, които имат висока изходна мощност, но изискват захранване с високо напрежение, които предлагат по-голяма ефективност.
Системите с по-ниска мощност са били в състояние да използват светодиоди, които имат по-висока ефективност, но ограничена мощност. Новите светодиоди стават по-ярки и дори по-ефективни, което прави светодиодите жизнеспособен източник за повече системи.
Осветителите включват повече от просто лампи или светодиоди. Лампите може да се нуждаят от рефлектори, ако не са вградени в лампата, както и лещи за фокусиране на светлината във влакното. Източниците с висока мощност може да имат инфрачервени (IR) филтри за намаляване на нагряването на влакното и ултравиолетови (UV) филтри за предотвратяване на увреждане на влакната при продължително излагане.
Ще са необходими източници на захранване за лампите или светодиодите, включително възможност за затъмняване, ако желаете. Тъй като повечето лампи генерират много топлина, принудителната вентилация ще бъде проектирана в много осветители.
Лампите се филтрират лесно, за да осигурят цветна светлина във влакното. Използването на подвижни филтри, обикновено в колело, задвижвано от малък електрически мотор, позволява цветът на светлината да се променя в избрана последователност.
Сложността на осветителите не позволява на повечето потребители да направят свои собствени, но много производители предлагат различни модели, оптимизирани за различни видове влакна и приложения. Работата с тези производители е най-добрият начин да изберете подходящ осветител и съвместими влакна.
Пасивното осветление с помощта на оптични влакна се извършва с помощта на монтирани на покрива слънчеви колектори, които доставят слънчева светлина през оптични влакна до помещения в сграда или под палубите на кораби.

Приспособления за крайни излъчватели
Обикновено светлината излиза от влакно с краен емитер в конус от светлина, определен от числовата апертура на влакното. В някои случаи това ще бъде достатъчно за осветление. Въпреки това, понякога е желателно да се фокусира светлината върху по-малко петно, да се създаде оформено осветено петно ​​или да се разсее светлината, за да прилича на нормална електрическа крушка. Предлагат се крайни тела с лещи, които могат да фокусират светлината според нуждите, но трябва да бъдат избрани за съвместимост с използваното влакно.
Предлагат се и декоративни тела, за да се създаде привлекателна арматура за светлината, а не само края на влакното. Производителите предлагат много различни видове от тези тела, точно както при обикновените осветителни тела.

Нива на осветеност
Тъй като осветеността на зона или обект е причината за използването на оптични влакна, нивата на осветеност са най-важни. Правенето на директни сравнения между различни влакна и осветители може да бъде трудно поради множеството налични опции. Дори възприятието на човешкото око, силно чувствително към цветовете, е фактор.
Крайните излъчващи влакна са по-лесни за калибриране, тъй като изходната мощност може лесно да се измери на подходящите разстояния от края на влакното чрез светломери, калибрирани във фут-кандъл. Излъчващите ръбове влакна са по-трудни за калибриране, тъй като те излъчват в дифузни модели и възприеманият им контраст зависи от околното осветление.
Показателно е да се разгледат факторите, включени в осветлението, осигурено от различните опции.

Свързана мощност
Мощността, свързана към оптичното влакно, е функция от интензитета на източника на светлина, ефективността на фокусиране върху края на влакното, включените филтри (IR, UV и/или цветни), отразяващата способност на края на влакното и кръста -площ на сечението на влакното. По-големите влакна очевидно носят повече мощност. Удвояването на диаметъра на влакното увеличава площта на напречното сечение четири пъти (2 на квадрат), така че свързаната мощност трябва да бъде четири пъти по-висока. По същия начин, по-високата плътност на опаковката на сноповете влакна ще увеличи свързаната мощност. Дори чистотата на краищата на влакната е важна, тъй като прахът и мръсотията поглъщат значително светлина.

Затихване на влакна
Загубите във влакното поради разсейване и поглъщане ще намалят изходната мощност и тъй като затихването на влакното зависи от дължината на вълната, цветът на излъчената светлина ще се промени. По-дългите влакна означават, че светлината ще бъде леко зачервена.


Проектиране на оптични осветителни системи
Оптичното осветление изглежда не отговаря на индустриалните стандарти, така че всеки продукт и приложение са патентовани.
Тъй като има толкова голямо разнообразие в системите за осветление с оптични влакна, е трудно да се обобщи относно проектирането на системи. Всеки дизайнерски проект обаче ще започне с някои общи елементи: какво се осветява, какъв вид светлина се желае (интензитет, модел на осветяване, цвят, разнообразие и т.н.), къде ще бъде представена светлината и къде ще бъде поставен осветителят . Ако дизайнерът е нов в оптичното осветление, силно се препоръчва консултация с опитен дизайнер и изпълнител. Те ще могат да препоръчат проекти, оптични осветителни компоненти и производители. Те също така трябва да могат да помогнат при проектирането не само на оптичната система за осветление, но и на захранването и контролера за системата.
Ако опитен изпълнител не е наличен, можете да използвате уебсайтовете на производителите и дистрибуторите, за да научите повече за това какви приложения са възможни, какви компоненти са налични и горещи за прилагането им. Могат да се видят и опциите за закупуване на компоненти и сглобяването им сами или закупуване на цялостна система, готова за инсталиране.

Монтаж на оптични осветителни системи
Монтажът на оптични осветителни системи включва инсталиране на кабели, осветители и осветителни тела. Повечето от приложенията са персонализирани и много ще изискват специализирани практики, свързани с използваните компоненти. Работата с производители, които не само са разработили компонентите, но и монтажните приспособления и практики, е най-добрият начин да се гарантира, че инсталацията е извършена правилно. Ако приложението е нов тип, експериментирането, за да се определи дали ще работи правилно, преди да се ангажирате с действителната работа, е много важно.
Съветът, даден по-горе относно проектирането на оптични осветителни системи, важи и тук, тъй като опитът не може да бъде заменен. Изглежда, че всеки компетентен електротехник, използван за инсталиране на осветление, трябва да може да инсталира система за осветление с оптични влакна, особено след като има опит в инсталирането на кабели, осветителни тела и електрическо захранване и контролери.
 

Ние сме специализирани в бизнеса с кабели с оптични влакна от близо 10 години и спечелихме много известни клиенти по целия свят с дългосрочно партньорство. Ако се интересувате от нашите продукти, моля свържете се с мен.