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带来绿色商机的塑料光纤照明技术

时间:2022-05-17 17:10:04 来源:网友投稿

zoޛ)j馟iZ材料,具有极低的折射率,它牢固包覆在纤芯的外面。大部分照明塑料光纤有第3层保护套,我们也称加了保护套的光纤为光缆。护套有黑色、透明的或半透明的白色,端发光的塑料光纤,使用黑色不透明的保护套。对于看上去仿佛霓虹灯的侧光光纤,或者对于类似荧光灯的条形发光光纤,则使用了透明或白色的保护套。按使用方式不同,照明塑料光纤主要分为端光光纤和侧光光纤两类,同时又有单股和多股之分。

端光光纤,又称尾光光纤,主要使用光纤端面发光来达到装饰照明的作用,其应用方式灵活多变,利用端点组成各种图案、模拟星空效果,还可以配合光学原理,制作出时空隧道等魔幻效果。它主要应用于制作圣诞树、广告招牌、娱乐场所、文物珠宝照明、家庭装修等诸多场所。端光光纤通常都是SI型光纤,采用共挤法生产,材质上用于装饰圣诞树的芯层为PS,皮层为PMMA;照明工程、吊灯用POF,需要损耗低、透光好、强度高的PMMA塑料光纤,即芯层为PMMA,皮层材料为氟化聚合物,加工方式也是共挤法。

侧光光纤,又称通体发光光纤,光线沿光纤长度方向均匀散射,利用光晕来达到装饰的效果。利用侧光光纤可以勾勒物体轮廓或组成各种艺术图案,并通过光晕的扩散来达到灯光效果。由于其使用寿命较长,被广泛用于勾勒楼宇和水池的轮廓,以及地下隧道的道路指引。对于侧光光纤来说,一般都根据照明要求和装饰艺术效果来选择尾灯,常见尾灯有天花灯、亭园灯、地埋灯、吊灯等。通常都会在外面有一层耐热、抗紫外线的PVC透明保护套,分室内标准型及室外防水型两种,均需配有不发光终端附件。

塑料光纤可采用打点等后加工工艺,制成流光溢彩的特殊效果POF,例如闪点光纤。闪点光纤又称流明光纤、流水光纤,主要用于光纤垂帘、光纤吊灯、光纤瀑布以及光纤工艺制品等。满天星效果的图案是采用 0.75、1.0、1.5、2.0、2.5mm的端光光纤或光缆来完成的。由于塑料光纤芯径较大,柔韧性好,因此广泛应用于装饰照明和短距离信息传输领域。在装饰照明领域中,塑料光纤照明是一种集环保、安全、节能、维修方便、效果独特于一体的装饰照明新方式。由于塑料光纤的自身特点,光纤装饰照明方式广泛应用于室内外广告、景观设计、娱乐场所以及工业、医学、博物馆等特殊照明场合,它是引领21世纪装饰照明领域的最佳照明方式。塑料光纤具有石英和玻璃光纤的许多共同点,如抗电磁干扰、高带宽、低损耗,还具有芯径大、柔韧性好、密度小、耐性强、抗振动等优点,因此,被人们大力应用于装饰照明、消费电子、汽车及国防通信等领域。光纤照明常用于星级酒店、宾馆、剧院、夜总会KTV、迪厅、桑拿、洗浴中心等高档娱乐场所的室内照明装饰,还有游泳池、矿井、隧道、公路等照明、标示与装饰,广告与灯箱,博物馆、展览馆等文物、展品照明装饰,防爆、防水、防电等危险场合的照明。

光纤照明可以创造出水晶星空、12星座、流星雨、星空风瀑、流水瀑布、光纤幕墙、垂帘、三维立体镜画、造型吊灯、星光大道、光晕轮廓等绚烂多彩的效果。色彩柔和, 如梦如幻, 精美典雅, 给人以浪漫、温馨的氛围,放松人们疲惫的身心,是最优美的照明表现手段。单个光源可具备多个发光特性相同的发光点,光源易更换,也易于维修,发光器可以放置在非专业人员难以接触的位置,因此具有防破坏性。此外,无紫外线、红外线光,可减少对某些物品如文物、纺织品的损坏,发光点小型化,重量轻,易更换、安装,可以制成很小的尺寸,放置在玻璃器皿或其它小物体内发光形成特殊的装饰照明效果。另外,无电磁干扰,可被应用在核磁共振室、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内。由于它还无电火花,无电击危险,因此可被应用于化工、石油、天然气平台、喷泉水池、游泳池等有火灾、爆炸性危险或潮湿多水的特殊场所。它更可以自动变换光色、可重复使用,系统发热低于一般照明系统,可降低空调系统的电能消耗,节省投资。最重要一点,柔软易折不易碎,能被加工成各种不同的图案,达到各类美观与奇幻照明的效果。

塑料光纤照明灯饰系统技术可用于汽车的前照灯、尾灯,汽车的内部光纤照明灯饰系统、高位刹车灯等。光纤照明用于汽车工业,有如下优点。

1、多个灯具可共用一个光源,光源可放置在便于维修的位置上。

2、可以设计新颖的光纤照明灯具,便于显示汽车轮廓,令夜间行车更加安全。

3、可实现汽车内部温和照明及无阴影照明,光纤照明将光与电分离、无电火花、无电击危险,特别适宜用于汽车内饰。

4、光纤柔软易折不易碎,易加工成消费者喜欢的个性图案,并且自身功耗小,噪音低,对环境和人身无污染影响。

5、光能利用率高,耐久性好,安全美观,既充分运用现代科技手段和设计方法,达到最佳照明效果,同时又符合国家绿色照明的政策要求。

塑料光纤照明的“百科全书”

提高能源效率是世界发展的趋势。环境保护的要求和政府政策法规的限定,使得高能效产品在种类和销量上正在不断扩大,照明领域更是如此。光纤照明以其令人惊叹而欣喜的应用,在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。光纤照明寿命长达10万小时,意味着平均每天工作8个小时,可以有35年免维护的理论保障。低压运行,几乎可达到99%的光输出,调光时低到零输出,可以组合出成千上万种光色,而发光面积可以很小,仅仅1平方毫米。经过二次光学设计,照明灯具达到理想的光强分布,快速发展的光纤照明技术将为照明设计与应用带来新的可能性,这是许多传统光源所不能实现的。

从理论上讲,光线是直线传播的,但在实际应用中的多元性需求,让人们越来越希望改变光线的传播方向。利用透镜和反光镜等光学元件,可无限次地改变传播方向,这是光纤照明的特点之一。传统照明都是由光源将电能转换成光能直接得到的,光与电是分不开的。但电有一定的危险性,所以很多场合都希望光与电分开,排除各种隐患,确保照明的安全性。一般光源所发生的光谱,除可见光外还包括红外线和紫外线。在一些特殊场合,红外线和紫外线都是我们所不希望的,比如文物照明。由于塑料光纤的低损耗窗口位于可见光谱的范围,红外线和紫外线的透过率很低,再加上对光源机的特殊处理,所以从光纤发出来的光,都是无红外线和紫外线的冷光。光纤装饰照明的另一大特点,就是同点可以变多色,光纤照明的色彩主要由光源发生器控制,同一根光纤可将各种色彩传导到人们的视线中,实现同点或同线可变多种颜色的效果。塑料光纤照明系统光色柔和,没有光污染,照明采用过滤光谱方式,改变光源发光颜色,通过光纤传导后,色彩更柔和纯净,给人的视觉效果突出。

塑料光纤自身不能发光,但光纤可以传光,从而产生了照明。光纤照明所选用的光纤,按照光纤材质的不同,通常可分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤POF等。照明领域里所使用的光纤,大多都是塑料光纤,与石英光纤相比,塑料光纤柔韧,可制作成多种直径和规格,还可进行染色、打点等后加工,成本比石英光纤低廉。塑料光纤照明具有以下显著的特点:通过光纤输出的光,不仅明暗可调,而且颜色可变,装饰性强是动态夜景照明比较理想的光源;光纤本身不带电、不怕水、不易破损,而且体积小、柔软可挠性好,使用安全;因光纤照明的发光点或发光体远离发光器光源,而发光器又安装在维修方便的地方,故检修十分方便,光纤的使用寿命长,维修工作量很小;光纤缆柔软,其加工性很好,在现场施工时具有很好的可操作性;光纤缆有较大范围的丝径规格,如在0.25~20mm,光纤缆传光束可任意设定照明角度和形状,光纤发光端头的体积小,可在狭窄的地方实施照明,能在有限的空间内安装,设计自由度超高。

光纤缆输出光色变换丰富,可选用特定波长照明,能传送红色光、绿色光、蓝色光和黄色光等,可实现连续不间断变色。此外,光纤缆具有较大数值孔径,光纤缆同光源装置耦合效率高,同时光纤缆损耗已明显降低,其在波长为570nm处的损耗在100~200db/km之间,可高效传输可见光,从而获得高亮度的光,充分隔离对人体和被照物体造成的红外线和紫外线伤害,因而是最无害的照明方式。尤其值得一提的是,光纤照明对艺术品和历史遗迹照明时,不会对被照明物造成任何危害。

在国内,PS型塑料光纤从上世纪90年代起就应用于照明,由于其丝径不均匀,通过的光线颜色有偏差,损耗过大、质脆,因此一直制约着塑料光纤在照明上的大规模应用。90年代中期,随着PMMA塑料光纤技术的成熟和成本下降,用PMMA塑料光纤在照明方面开始了尝试性的应用。近几年来,随着成本的进一步降低,以及配套光源和光纤应用技术的成熟,PMMA塑料光纤已广泛适用于照明领域。

光纤照明的绿色“玄机”

光纤照明采用光导纤维。光纤本身的导体主要由玻璃材料(主要成分SiO)或塑料抽丝制成,它的传输是利用光经由高折射率的介质,以高于临界点的角度,进入低折射率介质而产生全反射的原理。让光在这个介质里,能够维持光波形的特性来传输,高折射率的核心部分,就是光传输的主要通道。而低折射率的外壳,则包覆住整个核心,由于核心的折射率比外壳高出很多,所以会产生全反射,光也因此可以在核心里来回传输。保护层的目的主要是为了防止外壳与核心不被轻易损坏,同时也可以增加光纤的强度。

光纤在照明里的应用方式可以分成两种:一种是端点发光。端点发光的部分主要是由两种组件组成,分别是光投射主机以及光纤。投射主机包含了光源、反射罩和滤色片。反射罩的主要目的在于增加光照的强度,而滤色片则可以进行色彩的演变,变换出不同的效果。另一种是体发光,光纤本身就是发光体,所以会形成一个柔性的光条。照明领域里所使用的光纤,大多都是塑料光纤,在不同光纤的材质里,塑料光纤的制作成本最便宜,与石英光纤相比,往往只有十分之一的制作成本。但由于塑料材质本身的特性,不论后加工或是产品本身的可变化性来说,都是所有光纤材质里的最佳选择,所以照明所使用的光纤,都选择塑料光纤作为传导的介质。光纤照明并非像白炽灯、气体灯那样一通电就能工作,而是一个由光源、反光镜、滤色片及光纤组成的渐变发光系统。光源发出光通过反光镜后,形成一束平行光,透过滤色片,光束变成彩色光束,该光束进入光纤后,随光纤路径送到要去的地方。

光纤照明系统的主要组成装置包括发光器、发光导体、点发光光纤、线发光光纤和终端附件等。发光器装置包括光源、反射器、紫外线(UV)和红外线(IR)滤光器及旋转式玻璃色盘(选配件)。根据其内部所配光源不同,一般分成卤钨灯系列和金卤灯系列两种。其中,卤钨灯光源功率一般为50W或75W,输入电压为交流12V(装置自带电源变压器),适用于博物馆或展览馆等对温、湿度及紫外线、红外线有特殊控制要求的场所;金卤灯光源功率一般为150W或200W,输入电压为交流220V,适用于建筑物轮廓照明及立面照明等光亮度要求较高的场所。根据防护等级的不同,发光器装置一般分成室内型和室外型两种,旋转式玻璃色盘最多可配成8种颜色自动变换。该装置可由计算机按设定程序控制变化,也可由音响系统输出的音频信号同步控制,该装置自带电源插头,适用的电源为交流220V、50Hz。发光导体则一般由塑料或玻璃纤维束或单根塑料纤维构成,考虑到传输过程中的光衰减,其长度一般不超过30m,可通过系统串联解决。光纤外覆非常薄的塑料或玻璃纤维涂层,防止光线外泻,另有一层不透明的衬层和一层塑料、橡胶或金属丝制的耐热、抗紫外线的PVC透明保护套(用于保护和支撑光纤),分室内型及室外防水型两种,均需配有发光终端附件。光纤外径规格有8、11、15mm3种,也分室内标准型及室外防水型两种,同样均需配有不发光终端附件,均采用环保材料制成。

无论是点发光光纤还是线发光光纤的末端,均需配置环保材料的终端附件。根据点发光光纤和线发光光纤的不同发光特点,发光终端附件有筒灯型、配透镜型、地面专用型以及水下型终端,不发光终端附件配置在线发光光纤终端,多为不透明密闭型环保封套。

光纤是光纤照明系统中的主体,它的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤的端发光和体发光作用不同,前者是光束传到端点后,通过尾灯进行照明,而后者本身就是发光体,形成一根柔性光柱。对光纤材料而论,必须是在可见光范围内,对光能量损耗最小,以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗,所以光纤传送距离约30m左右为最佳。光纤有单股、多股和网状三种。对单股光纤来说,它的直径为6~20mm,同时又可分为体发光和端发光两种;而对多股光纤来说,均为端发光,多股光纤的直径一般为0.5~3mm,而股数常见为几根至上百根;网状光纤均由直径小的体发光光纤组成,可以组成柔性光带。

光纤发光部与其光源隔离,避免了诸如漏电之类的事故发生,并且1台光源可以连接多处发光部,系统的维护、维修等运转费用很低,光纤照明是发光部不带热量和不带电的安全照明系统。光纤缆本身无需维修,具有极好的耐久性,并可减弱照明系统内的电磁干扰,简化仪表板的布局和布线。尤其侧面发光光纤缆,是一种用材极度绿色环保的柔性光纤,可塑性强,可弯曲、造型,抗冲击性强,可用距离长,达30~60m。侧面发光光纤缆安装使用方便,可任意裁断,重复利用,其外层多为耐候性好的氟塑料,是一种全新的绿色照明系统。由于它耗电量小,具有显著的节能特征,通常光源功率在50~300W之间,绿色优势尽显,应用在各行各业中被交口称赞,可谓商机无限。塑料光纤照明

在生活中的多彩应用

由于光纤照明系统在输出光强度和装置设计上,不断技术进步,因此它替代传统照明方式的吸引力正在逐渐增强。光纤照明系统能够极好地满足目前照明设备的多功能性和高能效性要求,也将能满足未来照明的需求。因为塑料光纤照明和其它方式相比具有独特优点,所以它可应用于各种场合。如室内装饰中,用侧发光光纤来构成轮廊线条,光照均匀、颜色柔和,给人一种和谐幸福的感觉;细端光的合理利用,为家里营造出浪漫温馨的气息,在自己的家里也如同沐浴酒吧的感觉。在酒店大厅中,安装流星光纤制作的水晶吊灯,通过各种色彩和亮点的变化,显得分外华丽别致,给人耳目一新的感觉;在KTV包房和演艺大厅里,利用端光光纤可拼组具有艺术效果的图案,同时还可以利用端光光纤吊顶,模拟星空效果,忽明忽暗,使人有无限的太空遐想。

水景离开照明就失去了迷人的本色。而普通照明又会给游人带来危险隐患,人们游览水景时,通常都可以看见“请勿戏水,小心有电”等字样,无疑令大家兴致勃勃地玩赏之心感觉到遗憾。由于光纤照明实现了光电分离,因此用光纤照明作为水景的点缀,不但颜色鲜艳新颖,而且绝对安全可靠,实属最佳搭配。光纤照明针对水体照明时,令水色更艳丽动人,还可用侧光光纤构成水池的轮廊线,使垂直的彩色水姿与横向的水池轮廓完美组合,形成对称的线条美。水色与灯影交相魅惑,在灯火阑珊的美丽境界下,让游玩的意味提升到极致。

在灯光工程中,用侧发光光纤构成建筑轮廓线是常用的实例。特别对于城市的形象建筑和标志性建筑,可以通过多彩的线条,使建筑轮廓在夜色中显得蔚蔚壮观。同时,光纤使用寿命很长,属于免维护产品,大大减低了运营费用。另外,可以改变光纤装饰照明的光色,使建筑物轮廓的色彩随季节或气候的变化而变化,极富人性化,给人一种四季常新的感觉。

在园林绿化中,用端发光光纤来作亭院灯、地埋灯,使绿地、道路在照明的同时也具色彩变化。在景观道路上,装上星星点点的端发光光纤,成为光纤甬道,更增加了景观的趣味性,还可以将流星光缆平铺于地面,人们走在上面如同在光色中浮游,意趣盎然。溶洞是一种自然景观,由于它没有阳光照射,因此全靠灯光来展现它的风采。多变的光色和柔性的光纤,对无规则溶石和湖岸更显出它的用武之地,令溶洞的景色更迷人,并极好地消除了安全隐患。此外,在一般的灯光照射下,古建筑物及文物会因紫外线作用而加速老化,遇电还会造成火灾危险,而用光纤照明,既安全又能达到理想的艺术效果。

在油库、矿区等严禁火种入内的危险场合中,应用其他各种照明都有明火的隐患,如不小心就会酿成大祸。从安全角度看,因光与电分开,所以光纤照明是一种最理想的照明方式。

人们常见的太阳能利用,都是把太阳光转换为热能或电能,而光纤可将太阳光直接加以利用,用来改善居室照明。对于阴暗的地下室、隧道,采用光纤照明,可让永远见不到阳光的地方重见光明。将塑料光纤、光源发生器及光纤尾端灯头,有效连接在一起构成照明系统,融环保、安全、节能、可塑性强、安装简易、维修方便、变换光色、无辐射于一体,加上合理的光学设计及安装布局,使光纤装饰照明的特点发挥得淋漓尽致,令人们获得更好的视觉享受。

目前,尽管光纤照明在照明行业中所占的市场份额不大,但却在成正比加速增长中。每年的美国照明商品展览会上,它持续引起参观人员的关注。对于很难接近或者需要光电分离的场所,使用光纤照明系统是最佳选择。根据光纤照明的特点,光纤照明的销售市场主要面对装饰照明、娱乐灯光、艺术照明以及特殊照明。

塑料光纤与玻璃光纤相比,虽透光性差一些,光损耗较大,初期一般为300分贝/千米,传输光带狭窄(限于可见光区),被认为难以适应多媒体通信网的需要,但它具有轻而柔软、抗挠曲、抗冲击强度高、价格便宜、抗辐照、易加工、并能制成大直径(1~3mm,以增大受光角度,扩大使用范围)等一系列优点,所以备受青睐。此外,光通过塑料光纤的中心部分的直径约为1mm,比玻璃光纤大100倍,与纤维之间的连接及与个人机等终端装置的连接都十分容易。因此塑料光纤安装费用很低,安装时采用十分简单的对准连接插头即可,这种插头可用现有的技术生产。

塑料光纤发光效率高,发热量小,功耗低,节省能源,产品功率≤0.25W/m,表面照度达40~60LX。塑料光纤还可使用车载电源,体积小,方便灵活,易于维护和保养,LED低压负载<4.5V,发光光纤只通光,不带电,使用安全。由于光色柔和,光污染少,没有像传统的照明器具那样,必需使用玻璃真空封装,无毒气和汞的污染,因此塑料光纤的环境保护性良好。最后,它还有很强的抗振动性和耐压性,使用寿命是传统照明器具的10倍以上,应用范围广泛(涉及城市交通、航空、军事、船舶工业等行业)。

光纤照明技术近年来发展迅速,照明实例不胜枚举。塑料光纤照明更是一枝独秀的绿色照明新技术,它具有光的柔性传输,安全可靠,所用的材质环保的特点,广泛应用于工业、科研、医学及景观设计中,并在国内外市场都推出了特色产品。随着照明技术的成熟完善和在新领域中的进一步研发利用,塑料光纤照明技术将会得到更积极的传播,收获更丰厚的绿色商机!

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