Optička vlakna - tehničke teme

Fiber Optic Lighting

Uvod
Optičko vlakno se može koristiti za prijenos svjetlosti od izvora do udaljene lokacije za osvjetljenje, kao i komunikaciju. U stvari, vlakna su napravljena ne samo da prenose svjetlost već i da sijaju duž samog vlakna, tako da podsjeća na neonsku cijev. Primjena za svjetlovodnu rasvjetu je mnogo, uglavnom zasnovano na korištenju posebnih atributa vlakna, kao i njegovih jedinstvenih karakteristika.
 

Zašto koristiti optička vlakna za rasvjetu?
Upotreba vlakana za daljinsko osvjetljenje ima mnoge prednosti, od kojih su neke važnije za posebne vrste aplikacija od drugih.
Rasvjeta bez topline: Budući da je izvor svjetlosti udaljen, vlakno prenosi svjetlost, ali izoluje toplinu od izvora svjetlosti od tačke osvjetljenja, što je važno za osvjetljavanje osjetljivih predmeta, kao što su muzejske izložbe, koji mogu biti oštećeni toplinom ili intenzivnim svjetlom.
Električna sigurnost: Podvodno osvjetljenje kao što se koristi u bazenima i fontanama ili osvjetljenje u opasnim atmosferama može se bezbedno obaviti pomoću optičke rasvjete, budući da vlakno nije provodljivo i napajanje za izvor svjetlosti može biti postavljeno na sigurno mjesto. Čak su i mnoge lampe niskog napona.
Precise Spotlighting: Optička vlakna se mogu kombinovati sa sočivima kako bi se obezbedilo pažljivo fokusirano svetlo na izuzetno malim mestima, popularnim za muzejske eksponate i izložbe nakita, ili jednostavno precizno osvetlilo određeno područje.
Trajnost: Upotreba optičkih vlakana za osvjetljenje čini mnogo trajnijim osvjetljenjem. Optička vlakna, plastična ili staklena, su i jaka i fleksibilna, mnogo izdržljivija od lomljivih sijalica.
Izgled neona: Vlakna koja emituju svjetlost duž svoje dužine, općenito se nazivaju vlakna koja emituju rubove, imaju izgled neonskih cijevi za dekorativnu rasvjetu i znakove. Vlakna se lakše proizvode, a budući da su napravljena od plastike, manje su lomljiva. Budući da je rasvjeta udaljena, može se postaviti na jedan ili oba kraja vlakna i izvori mogu biti sigurniji jer su izvori niskog napona.
Varirajte boju: Korišćenjem filtera u boji sa izvorima bele svetlosti, optičko osvetljenje može imati mnogo različitih boja i automatizacijom filtera, varirati boje u bilo kom unapred programiranom nizu.
Jednostavnija instalacija: Osvetljenje sa optičkim vlaknima ne zahteva postavljanje električnih kablova do lokatora svetla, a zatim ugradnju glomaznih rasvetnih tela sa jednom ili više sijalica na lokaciji. Umjesto toga, vlakno se ugrađuje na lokaciju i fiksira na mjestu, možda pomoću malog učvršćenja sočiva za fokusiranje, što je mnogo jednostavniji proces. Često nekoliko vlakana može koristiti jedan izvor svjetlosti, što još više pojednostavljuje instalaciju.
Jednostavno održavanje: Osvetljenje u teško dostupnim područjima kao što su visoki plafoni ili mali prostori može otežati promenu izvora svetlosti. Sa vlaknima, izvor može biti na lako dostupnoj lokaciji, a vlakno na bilo kojem udaljenom mjestu. Promjena izvora više nije problem.


Kako radi svjetlovodna rasvjeta
Svjetlovodna rasvjeta koristi optičko vlakno kao "svjetlosnu cijev", koja prenosi svjetlost od izvora kroz vlakno na udaljenu lokaciju. Svjetlost se može emitovati s kraja vlakna stvarajući mali efekat reflektora (koji se također naziva "krajnji sjaj") ili emitovati s vanjske strane vlakna duž njegove dužine, izgledajući kao neonska ili fluorescentna cijev (takođe zvana "bočni sjaj"). ).
Izvor svjetlosti se obično naziva "fiber-optički iluminator" i sastoji se od jakog izvora svjetlosti i često neke optike za efikasno fokusiranje svjetlosti u vlakno. Izvori moraju biti svijetli, tako da se obično koriste kvarc halogena ili ksenonska metal-halogena svjetla. Manja vlakna također mogu koristiti LED diode koje vrlo efikasno spajaju svjetlost u vlakna, ali ne postižu nivoe svjetlosti drugih lampi.
Optička vlakna koja se koriste za rasvjetu slična su vlaknima koja se koriste u komunikacijama, ali su optimizirana za prijenos svjetlosnih, a ne signala velike brzine. Vlakna se sastoje od jezgre koja prenosi svjetlost i optičkog omotača koji zadržava svjetlost u jezgri vlakna. Za razliku od komunikacijskih vlakana koja koriste mala jezgra za maksimiziranje propusnosti, svjetlosna vlakna koriste velika jezgra s tankim oblogama kako bi se maksimalno povećalo spajanje svjetlosti iz iluminatora u vlakno. Bočno emitujuća vlakna imaju grubo sučelje između jezgre i omotača kako bi raspršili dio svjetlosti iz jezgre duž dužine vlakna kako bi se stvorio dosljedan osvijetljen izgled sličan neonskim svjetlosnim cijevima.
Rasvjetna vlakna mogu biti izrađena od stakla, baš kao i komunikacijska vlakna, ili plastike. Ako su vlakna od stakla, obično su vrlo malog prečnika i mnoga su povezana u jedan kabl sa omotačem kako bi se obezbedio dovoljan prenos svetlosti. Plastična vlakna većeg prečnika se takođe koriste, možda i češće, jer su jeftina i lakša za ugradnju, ali imaju veći gubitak svetlosti i ne mogu da izdrže tako visoku temperaturu, ponekad ograničavajući ulaz svetlosti iz izvora.


Vrste vlakana

Vlakna koja emituju krajnje emisije
Vlakno koje emituje krajnje jezgro je uglavnom višemodno vlakno sa stepenastim indeksom sa velikom prozirnom jezgrom koja prenosi svjetlost i tankom prozirnom oblogom koja zadržava svjetlost u jezgri u optičkom procesu koji se naziva "totalna unutrašnja refleksija". Jezgro je veliko u poređenju sa tankim omotačem jer ga to čini efikasnijim u spajanju svetlosti iz osvetljivača. Obloga ne propušta svjetlost, tako da bilo koje svjetlo spojeno na oblogu neće biti prenošeno vlaknom.
Vlakna koja emituju krajnje su uglavnom napravljena od plastike jer se mogu napraviti u većim veličinama od stakla i jeftinija su i lakša za ugradnju. Plastično optičko vlakno (POF) se proizvodi u veličinama od 0.1 do 20 mm u prečniku. Staklena vlakna se generalno prave u mnogo manjim veličinama (tanke dlake, oko 50-150 mikrona ili 0,05 do 0,15 mm) i spajaju se zajedno kako bi se napravili kablovi većeg prečnika.
Izbor materijala jezgre i omotača određuje ugao svjetlosnih zraka prihvaćenih iz izvora i prenošenih vlaknom (nazvani modovi), definiran specifikacijom koja se naziva numerička apertura (NA). Svjetlost će izaći iz vlakna u konusu koji pokazuje veličinu NA s većim NA koji ima širi izlazni konus osvjetljenja. Viša NA vlakna također efikasnije povezuju svjetlost iz izvora, jer će uhvatiti svjetlost pod većim uglovima koju emituje izvor. Tipična vlakna imaju prihvatljive konuse od {{0}} stepeni, što odgovara NA od 0.3-0.6. Kada se optika koristi za fokusiranje svjetlosti koju emituje vlakno, mora se znati NA vlakna da bi se izabrala odgovarajuća optika.
Vlakna koja emituju kraj dobro propuštaju svetlost. Staklena vlakna su efikasnija u prenosu jer je staklo prozirnije od plastike, ali zbog neefikasnosti pakovanja vlakana u snopove, razmaci između vlakana u snopovima znače da veći dio svjetlosti iluminatora nije spojen u jezgra vlakana. Međutim, staklena vlakna mogu biti tolerantnija na toplinu koju generiše osvetljivač, što omogućava veći intenzitet osvetljivača i pruža više svetlosti sa kraja vlakna.

Vlakna koja emituju ivice

Vlakna koja emituju ivice su u osnovi slična vlaknima koja emituju kraj, osim što je granica jezgra/obloga dizajnirana da bude malo neefikasna. Umjesto da zarobi svu svjetlost u jezgru, granica je hrapava i dio svjetlosti se raspršuje u oblogu gdje postaje vidljiv. Pažljivim dizajnom, vlakno može imati glatki sjaj koji liči na neonsku cijev. Manja vlakna koja emituju ivice su utkana u trake koje emituju svetlost u traku.
Budući da se veliki dio svjetlosti gubi emisijom rubova duž vlakna, vlakno koje emituje ivice ima veliko slabljenje. Ovo može ograničiti dužinu vlakana koja emituju rubove koja se mogu koristiti. Ovo se može ublažiti osvjetljavanjem vlakna sa oba kraja korištenjem dva iluminatora ili okretanjem vlakna natrag do istog iluminatora, ili korištenjem reflektirajućih završnih kapa za slanje viška svjetlosti natrag u vlakno sa udaljenog kraja.


Iluminatori, vrste izvora

Iluminator sadrži izvor svjetlosti za vlakno, kao i optiku i filtere dizajnirane da proizvedu željenu količinu i vrstu osvjetljenja. Dok je količina svjetlosti koja se spaja u vlakno primarna stvar pri odabiru iluminatora, mnogi drugi faktori su uključeni, što je nagnalo tržište da ponudi mnoge vrste izvora.
Snaga spojena u vlakno ili vlakna, budući da će mnogi izvori prihvatiti više od jednog vlakna, općenito će odrediti vrstu izvora svjetlosti koji se koristi. Kvarcne halogene sijalice se koriste u mnogim osvetljivačima. Ovi izvori, razvijeni kao reflektori ili lampe za projektore, dolaze u niskonaponskim i AC verzijama, sa širokim rasponom izlazne snage. Kvarcne halogene sijalice obično su sastavljene sa reflektorima koji olakšavaju fokusiranje svetlosti u vlakno. Uvedene su nove ksenonske metal-halogene sijalice koje imaju veliku izlaznu snagu, ali zahtijevaju napajanje visokog napona koje nude veću efikasnost.
Sistemi manje snage su mogli koristiti LED diode koje imaju veću efikasnost, ali ograničenu snagu. Nove LED diode postaju svjetlije i još efikasnije, čineći LED diode održivim izvorom za više sistema.
Iluminatori uključuju više od lampi ili LED dioda. Lampama će možda trebati reflektori ako nisu ugrađeni u lampu, kao i sočiva za fokusiranje svjetlosti u vlakno. Izvori velike snage mogu imati infracrvene (IR) filtere za smanjenje zagrijavanja vlakana i ultraljubičaste (UV) filtere kako bi spriječili oštećenje vlakana tokom dugotrajnog izlaganja.
Biće potrebni izvori napajanja za lampe ili LED diode, uključujući mogućnost zatamnjivanja po želji. Budući da većina lampi stvara mnogo topline, ventilacija sa prisilnom ventilatorom će biti dizajnirana u mnogim iluminatorima.
Lampe se lako filtriraju kako bi se dobilo obojeno svjetlo u vlaknima. Korištenje pokretnih filtera, obično u kotaču koji pokreće mali električni motor, omogućava promjenu boje svjetla u odabranom redoslijedu.
Složenost iluminatora onemogućuje većinu korisnika da sami naprave, ali brojni proizvođači nude različite modele optimizirane za različite vrste vlakana i primjene. Rad sa ovim proizvođačima je najbolji način da odaberete odgovarajući osvetljivač i kompatibilna vlakna.
Pasivno osvjetljenje pomoću optičkih vlakana radi se pomoću krovnih solarnih kolektora koji dovode sunčevu svjetlost preko vlakana u prostorije u zgradi ili ispod palube za brodove.

End-emitter Fixtures
Normalno, svjetlost izlazi iz vlakna krajnjeg emitera u konusu svjetlosti koji je definiran numeričkim otvorom vlakna. U nekim slučajevima to će biti dovoljno za osvjetljenje. Međutim, ponekad je poželjno fokusirati svjetlo na manju tačku, stvoriti oblikovanu osvijetljenu tačku ili raspršiti svjetlost da liči na normalnu sijalicu. Dostupni su krajnji uređaji sa sočivima koji mogu fokusirati svjetlost po potrebi, ali ih je potrebno odabrati zbog kompatibilnosti s vlaknom koje se koristi.
Dostupni su i ukrasni elementi koji stvaraju privlačno tijelo za svjetlo, a ne samo kraj vlakna. Proizvođači nude mnogo različitih tipova ovih rasvjetnih tijela, baš kao i kod običnih rasvjetnih tijela.

Nivoi osvjetljenja
Budući da je osvjetljenje područja ili objekta razlog za korištenje optičkih vlakana, nivoi osvjetljenja su najvažniji. Pravljenje direktnih poređenja između različitih vlakana i iluminatora može biti teško zbog brojnih dostupnih opcija. Čak je i percepcija ljudskog oka, veoma osjetljivog na boje, faktor.
Vlakna koja emituju krajnje je lakše kalibrirati jer se izlazna snaga može lako izmjeriti na odgovarajućim udaljenostima od kraja vlakna pomoću svjetlomjera kalibriranih u nožnim svijećama. Vlakna koja emituju ivice je teže kalibrirati, jer emituju u difuznim obrascima i njihov percipirani kontrast zavisi od ambijentalnog osvetljenja.
Ilustrativno je pogledati faktore uključene u osvjetljenje koje pružaju različite opcije.

Coupled Power
Snaga spojena u optičko vlakno je funkcija intenziteta izvora svjetlosti, efikasnosti fokusiranja na kraju vlakna, uključenih filtera (IR, UV i/ili boja), refleksije krajnjeg dijela vlakna i križa - površina presjeka vlakna. Veća vlakna, očigledno, daju par više snage. Udvostručenje promjera vlakna povećava površinu poprečnog presjeka za četiri puta (2 na kvadrat) tako da bi spregnuta snaga trebala biti četiri puta veća. Isto tako, veća gustina pakovanja na snopovima vlakana će povećati spregnutu snagu. Čak je i čistoća krajeva vlakana važna jer prašina i prljavština upijaju značajnu svjetlost.

Slabljenje vlakana
Gubici u vlaknu zbog raspršenja i apsorpcije će smanjiti izlaznu snagu, a budući da je slabljenje vlakna ovisno o talasnoj dužini, boja emitirane svjetlosti će se promijeniti. Duža vlakna znače da će svjetlost biti blago crvenkasta.


Projektovanje sistema rasvjete od optičkih vlakana
Čini se da svjetlovodnoj rasvjeti nedostaju industrijski standardi tako da su svaki proizvod i aplikacija zaštićeni.
Budući da postoji velika raznolikost u sistemima rasvjete s optičkim vlaknima, teško je generalizirati dizajn sistema. Međutim, svaki dizajnerski projekat će početi sa nekim zajedničkim stavkama: šta se osvjetljava, koja vrsta svjetlosti se želi (intenzitet, uzorak osvjetljenja, boja, raznolikost, itd.), gdje će biti predstavljeno svjetlo i gdje će biti postavljen iluminator . Ako je dizajner tek počeo sa svjetlom s optičkim vlaknima, savjetovanje s iskusnim dizajnerom i izvođačem se toplo preporučuje. Oni će moći preporučiti dizajne, optičke komponente rasvjete i proizvođače. Oni bi takođe trebali biti u mogućnosti da pomognu u dizajniranju ne samo sistema svjetlosnih vlakana, već i napajanja i kontrolera za sistem.
Ako iskusni izvođač nije dostupan, možete koristiti web stranice proizvođača i distributera kako biste saznali više o tome koje su aplikacije moguće, koje komponente su dostupne i vruće za njihovu implementaciju. Također se mogu vidjeti opcije u vezi kupovine komponenti i montaže same ili kupovine kompletnog sistema spremnog za ugradnju.

Ugradnja optičkih sistema rasvjete
Ugradnja optičkih rasvjetnih sistema uključuje ugradnju kablova, rasvjetnih tijela i rasvjetnih tijela. Većina aplikacija je prilagođena i mnoge će zahtijevati specijalizirane prakse vezane za komponente koje se koriste. Rad sa proizvođačima koji ne samo da su razvili komponente već i instalacijsku opremu i praksu je najbolji način da se osigura da je instalacija pravilno obavljena. Ako je aplikacija novog tipa, vrlo je važno eksperimentirati kako bi se utvrdilo da li će ispravno raditi prije nego što se posvetite stvarnom radu.
Gore navedeni savjeti o dizajniranju svjetlovodnih sistema rasvjete vrijede i ovdje, jer ne postoji zamjena za iskustvo. Čini se da bi svaki kompetentan električar koji se koristi za ugradnju rasvjete trebao biti sposoban instalirati svjetlovodni sistem rasvjete, pogotovo jer ima iskustva u postavljanju kablova, rasvjetnih tijela i električne energije i kontrolera.
 

Specijalizirali smo se za poslovanje s optičkim kablovima skoro 10 godina i dugoročnim partnerstvom stekli mnoge poznate klijente širom svijeta. Ako ste zainteresovani za naše proizvode, kontaktirajte me.