塑料光纖使用設計指南

1、塑料光纖照明使用設計指南一、概述在照明技術中，塑料光纖照明（以下簡稱光纖）是一種新穎的照明新技術。因其具有光 電分離、節(jié)能、符合環(huán)保要求以及使用壽命長、維護方便、后期維護成本低等優(yōu)點，而廣泛 用于各類型廣告牌、室內(nèi)外裝飾、水景、庭院花園及道路照明等方面，還可以用于工業(yè)、醫(yī) 療及科研等領域。二、光纖照明的原理及其系統(tǒng)組成理論上講，光線是沿直線傳播的，但在實際應用中，人們希望改變光線的傳播方向，光 纖利用全反射原理，將光沿著光纖路徑傳輸?shù)街付ǖ胤?，如圖1所示。所以在照明設計及施工中具有更強的靈活性，這完全不同于傳統(tǒng)的照明方式。光線入射在芯層和包層界面發(fā)生全反射光纖照明系統(tǒng)是由光源、光纖兩部分組成，

2、如圖2所示。光源圖2:光纖照明系統(tǒng)組成圖光纖是光纖照明系統(tǒng)中的主體，光纖的作用是將光傳送到指定地方。光纖分為端面發(fā)光 和通體發(fā)光（又稱側面發(fā)光或線發(fā)光）兩種。前者是將光束傳到端點后，通過尾端進行照明, 而后者是整個光纖鏈路都發(fā)光。使用高純度PMM（聚甲基丙烯酸甲酯）為芯材的光纖有以下特性:1、光學特性：光纖數(shù)值孔徑為， 其受光角或光出射角為 6070度。每米透過率大于90%。 光纖損耗、光纖使用長度以及光透過率的關系如表1所示：表1 ：光纖損耗、光纖長度及光透過率關系表'透過率、長度1m2m5m10m20m30mm (650nm)m (650nm)m (650nm)2、 材料特性：光纖

3、使用溫度范圍為 4070C,在高于70C環(huán)境中長時間使用會使光纖尺寸 發(fā)生改變，光纖的透光性能降低。但在短時間內(nèi)可承受100C的高溫。3、 耐化學性：由于光纖材質(zhì)本身原因，光纖受到有機物品（如苯、丙酮、乙酸乙酯、 稀釋劑、 汽油）的影響，透光性會下降，甚至損壞或溶解，因此，要注意光纖的使用環(huán)境。由于光纖本身不能發(fā)光，光纖發(fā)出的光是由與之配套的光源提供。一個完整的光源設備 應由燈泡、驅(qū)動裝置、阻紅外和紫外濾波片、色盤、散熱裝置及控制裝置組成。燈泡是光源 最重要部件，它決定光纖的照明亮度及顯色性。實際使用過程中要根據(jù)設計需求選用不同的 光源。鹵素燈光源：功率小于 100W壽命一般為2000小時，其

4、亮度較低，但成本較低，用于小型廣告牌及桌面型裝飾物。金鹵燈光源：功率一般為 75W和150W壽命大于8000小時，亮度高，顯色性好，成本相 對較高，可使用光纖長度 20米以上。一般用在大型廣告牌、室內(nèi)外裝潢等，對亮度要求較高 的場合。光源中帶有阻紅外與紫外輻射的濾波片，進入光纖的光線為可見光部分。加上光纖對于 紅外和紫外具有高損耗特性，因此光纖輸出的光不含任何紅外和紫外輻射，有利于特殊場合 的照明，如文物、珠寶、首飾等珍貴物品的照明。光束顏色的變化是通過變換不同顏色的色盤來實現(xiàn)，一般有紅、黃、綠、藍等八種顏色， 也可根據(jù)實際要求來選擇不同顏色的色片。色片固定在可轉動的色輪上，通過步進電機來實

5、現(xiàn)光束顏色的變換。為了使光纖照明具有更多色彩，適應更廣泛的需求，可以加上智能控制 器來控制光源。它可以根據(jù)用戶要求使光色進行預定的變換，如使用在音樂噴泉中光色可隨 音樂節(jié)奏而同步變化。由于光源散發(fā)大量的熱能，所以必須有散熱裝置來冷卻，以保證光源的正常運行，散熱裝置一般采用風機。三、光纖照明的特點1、光線沿光纖路徑傳播從理論上講，光線是直線傳播的。然而因?qū)嶋H應用的多元性，總希望能方便地改變光的 傳播方向。光纖照明正是滿足了這一要求，這是光纖照明的最大的特點之一。2、光與電分離在傳統(tǒng)照明中，一般的光源都是將電能轉換成光能直接進行照明，光與電是分不開的。 但電具有危險性，所以很多場合都希望光與電分離

6、，排除各種隱患，確保照明的安全性。光 纖照明將光與電很好地分離開來，具有很高的安全性。四、光纖設計安裝中注意的問題1、光纖點間距：在設計安裝中，要考慮是強調(diào)發(fā)光點，還是作為面型發(fā)光，利用現(xiàn)有廣告牌適用規(guī)律“可辨別的兩個光點間隔與觀察者之間的距離比率約為1/1000到1/1500如圖3所示：光纖點間隔觀察者圖3:光纖點間距安裝示意圖4表示的是光纖輸出光的出射角2、光纖安裝方向：經(jīng)過光纖輸出的光具有很強的方向性，圖與強度的分布特性，因此在設計安裝的過程中要根據(jù)觀察者的位置來確定光纖安裝方向,以便能讓觀察者感受到最好的視覺效果。通過多次試驗，在觀察者位置在相對安裝光纖的軸徑方向土 20度之間時，最能

7、有效地吸引觀眾。如圖5所示:soj.r4ICOq：圖5:光纖安裝方向示意圖3、光纖使用環(huán)境：紫外線能加速光纖的老化，破壞光纖的傳輸性能。因此，光纖使用的環(huán)境 不能有強紫外輻射。同時，在使用光纖的過程中，不能讓光纖接觸到有機溶劑。在粘接光 纖的過程中，不宜用含有有機溶劑的粘接劑，推薦使用環(huán)氧系列的粘接劑。雖然光纖的耐 水性較強，但不宜將光纖端面直接長時間浸泡在水中，這樣會使芯層和包層發(fā)生脫離，從 而影響光纖的性能。如要將光纖安裝在水下時，必須對光纖尾端進行處理，如可在光纖尾 端面粘涂一些耐水性很好的材料或用光纖燈頭將其密封。光纖照度比率%光纖輸出光出射角與強度分布特性 圖4:光纖輸出光出射角與強

8、度的分布特性圖光纖使用環(huán)境照度：使用端面發(fā)光光纖制作的小型廣告牌、桌面型裝飾物品、以及安裝在 室內(nèi)時，在照度為300勒克斯的環(huán)境下仍具有很好的顯示效果。對于大型室外裝飾以及使 用通體發(fā)光光纖裝飾的環(huán)境，只能在照度為50勒克斯以下時，才能發(fā)揮出照明裝飾效果。5、光纖使用長度及端面處理：光纖輸出光的亮度跟光纖長度及輸入端面與光源耦合好壞有關，光纖長度越短，其輸出光亮度越高。所以選擇光纖的長度應根據(jù)所需的亮度來確定。 一般情況下，為了保證其照明廣告效果，在使用150W金鹵燈光源時，端面發(fā)光光纖使用光出射角度廣告牌長度一般在 20米內(nèi)，最大不宜超過 30 米，為了保證通體發(fā)光光纖亮度及均勻性，其使用

9、長度也不宜大于 30 米。當需要使用更長距離通體發(fā)光光纖時，可采用兩臺光源對接的方 式。為了使光纖輸入端面與光源更好地耦合，要保證輸入端面干凈、平整，一般采用熱切 方法。必要時，可用適宜的研磨方式將輸入端面打磨拋光。光纖輸入端與光源相接時，要 使輸入端面垂直于光源輸出光方向，以得到最大的輸入光效。由于光纖尾端面輸出的光指向性較強， 為擴大可視范圍， 對尾端面可以根據(jù)需求進行處理， 如加上各種類型的光纖燈頭， 用高溫使端面后收縮形成球面狀， 用砂紙打磨表面使其粗糙。五、光纖照明應用實例由于光纖照明的獨特優(yōu)點，它已廣泛地應用于各種場合，并在不斷地推廣中。現(xiàn)將目前 國內(nèi)應用情況簡述如下：1、 室內(nèi)裝

10、飾在室內(nèi)裝飾中，用通體發(fā)光光纖來構成輪廊線條。其效果是亮度均勻、光色柔和。 利用光暈照明，更有立體感。在大廳中，其頂部天花板用端面發(fā)光光纖模擬星空效果，忽明忽暗，使人有無限太空的 遐想。在吧臺上，裝上端面發(fā)光光纖使吧臺更顯得華麗別致。2、 水景照明水景離開了照明就失去了迷人的景色，而不安全的照明又給游人帶來危險隱患。由 于光纖照明實現(xiàn)了光電分離，是水景中絕對安全的綠色照明。 光纖照明除了針對水本身 照明時，使水色更為艷麗動人外，還可用通體發(fā)光光纖來勾勒水池的輪廊線。發(fā)光體和 水融為一體，多彩絢爛的水姿與水池輪廓，形成協(xié)調(diào)的線條美。3、游泳池游泳池照明最重要的是考慮安全性，光纖照明是首選的安全照

11、明方式。用通體發(fā)光 光纖作泳道的分界線既美觀又清晰。4、城市建筑在光彩工程中，用通體發(fā)光光纖來勾勒建筑物輪廓線是最常見的應用實例。特別是 對一個城市的形象建筑，以多彩的線條使建筑輪廓在夜色中顯得更蔚為壯觀。同時光纖 照明中，可用光色使建筑物隨季節(jié)而變化，并且在更換和維護時，只需處理光源部分， 對于安裝在高層建筑不宜維護或更換燈具的地方，用光纖替代將更顯示出其優(yōu)越性。5 、 園林綠化在園林綠化中，用端面發(fā)光光纖來作庭園燈、地埋燈，使綠地和道路在照明的同時 也有色彩變化。在景觀道路上，裝上星星點點的端面發(fā)光光纖，更增加了景觀的趣味性。6、溶洞照明溶洞是一種自然景觀，由于它沒有陽光照射，全靠燈光來展現(xiàn)它的風采。多變的光 色和可隨意布置的光纖，對無規(guī)則溶石和湖岸更顯現(xiàn)出它的優(yōu)點，使溶洞的景色更迷人。 而最重要的是清除了對游客的不安全隱患。7、古建筑物及博物館文物照明一般的燈光照明，都含有紫外輻射，從而使圖書文物、木結構等建筑物加速老化， 同時有電會造成火災隱患。而用光纖照明，既安全又能達到理想的藝術效果。8、易燃易爆場合在油庫、礦區(qū)、軍工廠、彈藥庫等嚴禁火種入內(nèi)的危險場合中，應用其他照明都有 明火的隱患，如不小心就會釀成大禍。從安全角度看，因光與電分開，光纖照明應