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CN106016171A - 一种光纤聚光器 - Google Patents

一种光纤聚光器 Download PDF

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CN106016171A
CN106016171A CN201610555623.4A CN201610555623A CN106016171A CN 106016171 A CN106016171 A CN 106016171A CN 201610555623 A CN201610555623 A CN 201610555623A CN 106016171 A CN106016171 A CN 106016171A
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CN
China
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optical fiber
fiber
fiber unit
concentrator
layer
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Pending
Application number
CN201610555623.4A
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English (en)
Inventor
陈刚
王永
刘浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Vocational College Of Information Technology
Original Assignee
Nanjing Vocational College Of Information Technology
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Publication date
Application filed by Nanjing Vocational College Of Information Technology filed Critical Nanjing Vocational College Of Information Technology
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F21S11/002—Non-electric lighting devices or systems using daylight characterised by the means for collecting or concentrating the sunlight, e.g. parabolic reflectors or Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F21S11/007—Non-electric lighting devices or systems using daylight characterised by the means for transmitting light into the interior of a building
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V2200/00—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems
    • F21V2200/10—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems of light guides of the optical fibres type

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光纤聚光器，由多个光纤单元连接构成树状结构，每个光纤单元包括至少两个接收端和一个输出端，光纤聚光器自下而上包括多层，所述相邻层中上层光纤单元的输出端与下层相邻光纤单元的一个接收端连接，自下而上光纤单元数量逐层增加；所述最上层多个光纤单元的接收端接收太阳光后逐层向下汇聚、传送，最后经最下层光纤单元的输出端射出。本发明所述聚光器只用光纤单元组成树形结构，无需其他聚光光学器件，结构简单，成本低。光纤聚光器上层的多个光纤单元排布成球面状，增大光纤聚光器收受太阳光的面积，提高聚光效果，保证自然光照明在一天当中的稳定性。

Description

一种光纤聚光器
技术领域
本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种光纤聚光器。
背景技术
光导照明出现于20世纪80年代。该照明系统以室外自然光线为光源，通过特殊的传输装置将光线导入到室内需要照明的场所，得到由自然光带来的特殊照明效果，是一种绿色健康、节能环保的新型照明产品。同样，通过光纤聚集自然光用于照明、太阳能发电或者太阳能加热等方面。
目前很多光导照明采用光导管导光。由于光导管照明系统体积巨大，安装这些光导管必须与建筑一体设计，成本高，占用空间大；且对于没有预先设计的建筑，系统无法安装使用。
由于光纤体积小，导光效率高，便于安装，光纤导光照明系统受到了重视，近几年来在照明领域的应用越来越广泛。但是需要与跟踪器、控制器、聚光器以及室内的散光器等各种各样的部件可组装成一套完整的光纤导光照明系统，结构复杂，成本高。
光纤导光照明系统其聚光器大多采用光学器件，如透镜，菲涅尔透镜，凹面反射镜等将平行太阳汇聚耦合进光纤。系统对准精度要求高，且必须对太阳跟踪。
有很多采用定日镜的聚光系统，比如申请公布号CN103562652A，发明名称为太阳光聚光系统的专利，定日镜同样需要考虑太阳跟踪的问题。整体来说，系统复杂，精密度要求高，可靠性低，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤聚光器，解决现有技术中聚光器结构复杂、成本高以及稳定性差的技术问题。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种光纤聚光器，由多个光纤单元连接构成树状结构，每个光纤单元包括至少两个接收端和一个输出端，光纤聚光器自下而上包括多层，所述相邻层中上层光纤单元的输出端与下层相邻光纤单元的一个接收端连接，自下而上光纤单元数量逐层增加；所述最上层多个光纤单元的接收端接收太阳光后逐层向下汇聚、传送，最后经最下层光纤单元的输出端射出。
本发明中将光纤单元制成树杈形结构，可以是二叉结构或者类似的多叉结构，将多个光纤单元组装成树冠状的光纤聚光器，最上层多个光纤单元接受自然光，然后通过多层光纤单元结构逐层汇聚，最终汇聚到最下层的主干光纤单元中，实现将大面积的自然光汇聚到单根或者少数几根光纤中，并通过光纤传输到室内，实现自然光室内照明，达到高效聚光的效果。汇聚的太阳光也可应用于太阳能发电或者太阳能加热等领域中。
进一步改进，所述每个光纤单元包括两个接收端和一个光输出端，呈Y形结构。
进一步改进，所述光纤单元数量逐层呈几何级增长，其中最下层只有一个光纤单元。通过增加最上层光纤单元数量，增大光纤聚光器收受太阳光的面积，且最下层只有一个输出端，则提高了聚光的效果。
进一步改进，所述相邻光纤单元之间通过光学胶连接，无需耦合，操作方便，效率高。通过光学胶把两个光纤单元的相邻端面精密对接起来，以使上层光纤单元输出的光能量能最大限度地耦合到下层光纤单元中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。
进一步改进，所述光纤聚光器的上表面整体呈半球面。光纤聚光器上层的多个光纤单元排布成球面状，无需设置定日镜，不需要跟踪太阳，太阳光线方向变化对其聚光效果影响小，可以实现聚光器的光通量在一天中变化最为缓慢，保证自然光照明在一天当中的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述聚光器只用光纤单元组成树形结构，无需其他聚光光学器件，结构简单，成本低。
2、通过增加光纤单元数量，增大光纤聚光器收受太阳光的面积，提高聚光效果。
3、光纤聚光器上层的多个光纤单元排布成球面状，无需设置定日镜，不需要跟踪太阳，太阳光线方向变化对其聚光效果影响小，可以实现聚光器的光通量在一天中变化最为缓慢，保证自然光照明在一天当中的稳定性。
附图说明
图1为本发明所述光纤单元结构示意图。
图2为本发明所述光纤聚光器的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐释本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1、2所示，一种光纤聚光器，由多个光纤单元1连接构成树状结构，每个光纤单元包括至少两个接收端11和一个输出端12，光纤聚光器自下而上包括多层，所述相邻层中上层光纤单元的输出端12与下层相邻光纤单元的一个接收端11连接，自下而上光纤单元1数量逐层增加；所述最上层多个光纤单元的接收端接收太阳光后逐层向下汇聚、传送，最后经最下层光纤单元的输出端射出。
本发明中将光纤单元制成树杈形结构，并将多个光纤单元1组装成树冠状的光纤聚光器，最上层多个光纤单元1接受自然光，然后通过光纤单元结构逐层汇聚，最终汇聚到最下层的主干光纤单元1中，实现将大面积的自然光汇聚到单根或者少数几根光纤中，并通过光纤传输到室内，实现自然光室内照明，达到高效聚光的效果。
在本实施例中，所述每个光纤单元1包括两个接收端11和一个光输出端12，呈Y形结构。
在本实施例中，所述光纤单元1数量逐层呈几何级增长，其中最下层只有一个光纤单元1。通过增加最上层光纤单元数量，增大光纤聚光器收受太阳光的面积，且最下层只有一个射出端，则提高了聚光的效果。
在本实施例中，所述相邻光纤单元之间通过光学胶连接，无需耦合，操作方便，效率高。通过光学胶把两个光纤单元的相邻端面精密对接起来，使上层光纤单元输出的光能量能最大限度地耦合到下层光纤单元中去。
单个光纤单元接收端太阳光入射角度与聚光效果的关系如表1所示。
表1入射角度与聚光效果的关系：
入射角度 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30°
聚光效果 98％ 93.07％ 91.01％ 82.02％ 77.59％ 66.75％ 66.07％
角度 35° 40° 45° 50° 55° 60° 65°
聚光效果 50.84％ 41.77％ 26.32％ 22.16％ 22.34％ 20.71％ 18.50％
从表1中可以看出，随着入射光与接收端角度的增加，单个光纤单元聚光效果下降，当35°时，仍有50％左右的入射光能被聚光，无需要求光纤端面对准太阳光，仍能实现有效聚光。在无太阳直射的情况下，也能够收集环境光，实现自然光照明。光学模拟表明，在散射光条件下，入射到光纤端面的光通量的聚光效率可以达到67.8％。故在本实施例中，光纤聚光器上层的多个光纤单元排布成球面状，在一天当中，无论太阳如何偏移，总有一部分光纤单元的接收端与太阳光垂直，实现聚光器的光通量在一天中变化最为缓慢，提高在一天当中自然光照明的稳定性。无需设置定日镜，不需要跟踪太阳，太阳光线方向变化对其聚光效果影响小。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种光纤聚光器，其特征在于，由多个光纤单元连接构成树状结构，每个光纤单元包括至少两个接收端和一个输出端，光纤聚光器自下而上包括多层，所述相邻层中上层光纤单元的输出端与下层相邻光纤单元的一个接收端连接，自下而上光纤单元数量逐层增加；所述最上层多个光纤单元的接收端接收太阳光后逐层向下汇聚、传送，最后经最下层光纤单元的输出端射出。
2.根据权利要求1所述的光纤聚光器，其特征在于，所述每个光纤单元包括两个接收端和一个光输出端，呈Y形结构。
3.根据权利要求1或2所述的光纤聚光器，其特征在于，所述光纤单元数量逐层呈几何级增长，其中最下层只有一个光纤单元。
4.根据权利要求3所述的光纤聚光器，其特征在于，所述相邻光纤单元之间通过光学胶连接。
5.根据权利要求3所述的光纤聚光器，其特征在于，所述光纤聚光器的上表面整体呈半球面。
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