光纤照明的原理构成及安装

光纤照明的原理、构成及安装

如果你对光纤照明的一些基本原理有所了解，就能容易地掌握这门技术。提供另一种有创新的光照手段。

电气工程的承包商们对光纤照明感兴趣是由于它的多样性。随着这门技术的日趋成熟并获得更多的应用领域，以及工业专家们近期在创建通用术语、计算程序和测试方法上的成熟，都有助于减少对光纤照明在安装方面的忧虑。

与此同时，新的和更多种复合丙烯类光纤材料可进一步简化现场的安装方法，它们的特点是极少受到环境的限制。综合所有这些情况，将必然促使光纤照明的需求增加。

光纤照明是近年发展起来的一项全新高科技照明技术。它采用光导纤维（简称“光纤”，又称“光波导”），利用全反射原理，通过光纤把光传送到人们需要的任何地方进行照明。光纤照明的特点之一是装饰性强，通过光纤输出的光，不仅明暗可调，而且颜色可变，是动态夜景照明比较理想的光源；二是安全，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；三是光纤的使用寿命长，维修工作量很小。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，故检修起来十分方便。

1 光纤照明的原理

光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成。反光镜是获得近似平行光束的重要元件，所以一般采用非球面反光镜。而滤色片是改变光束颜色的零件。当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光束；由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光；当光束通过光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。由于光在传输中会产生损耗，所以光源的功率一般都很强，常用光源功率为150～250W。为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。

根据需要调换不同颜色的滤光片即可获得相应的彩色光。光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种：前者将光束传到端点后，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。就光纤材料而言，必须是在可见光的范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上是不可能不损耗的。所以，光纤传送距离以30m左右为最佳。

2 光纤的种类

光纤有单股、多股和网状三种。单股光纤的直径为6～20mm，可分为体发光和端发光两种。而多股光纤均为端发光，其直径一般为0.5～3mm，股数为几根至上百根。网状光纤均由细直径的体发光光纤组成，可以组成柔性光带。

从理论上讲，光线是直线传播的。但在实际应用中，人们都希望能改变光线的传播方向。经过科学家数百年的不懈努力，可利用透镜和反光镜等光学元件无限次改变光线的传播方向。而光纤照明的出现正是建立在“有限次”改变光线传播方向的基础上，实现了光的柔性传播。正如圆弧经无数次分割后变成直线一样，光纤照明正是经无限次反射后光线随光纤的路径传送，实现了柔性传播。但是光纤照明的柔性传播并没有改变光线直线传播的原理。

3 光纤照明系统的构成

光纤照明系统可分成点发光（即末端发光）系统和线发光（即侧面发光）系统。光纤照明系统一般由发光器、发光导体和终端附件三部分组成。

（１）发光器

将光纤照明系统用的光源装入外罩内的装置称为发光器。外罩用薄金属板耐冲击塑料制成。

有时我们称发光器为投光器。发光器可配装滤光镜头滤除灯所发射出来的大部分红外线（IR）和紫外线（UV）能量。因而，光纤照明系统用于照射纺织品、绘画和食品是很理想的。

由于光线是从灯传输至光纤的末端，发光器也可配装二色玻璃滤光盘以达到颜色的连续或固定变化。另外，色盘的运动可用计算机处理以提供特殊效果。例如光的定时变化或象频闪的瞬间光。最后，为了给复杂的照明装置提高功率，也可将几台发光器前后直排连接或串联连接。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，一般分为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度、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，适用于建筑物的轮廓照明及立面照明等对光亮度要求较高的场所。

根据防护等级的不同，发光器装置一般分为室内型和室外型两种。旋转式玻璃色盘最多可配成八种颜色自动变换。该装置可由计算机按设定程序变化控制，也可由音响系统输出的音频信号同步控制。其自带电源插头适用的电源为交流220V，50HZ。

单根光纤的尺寸和需要的照度等一般取决于所采用光源的瓦数和型式。对于理想的光纤照明灯是那种具有非常小的发光面积而光通量输出很高的灯。光源后部的反射器和前部的透光镜有助于高效地把光传输入光纤。

通常使用的灯包括20W至75W低压MR16灯和70W至250W金属卤化物（M-H）灯。MR16有钨丝的卤化物灯可通过细灯丝进行精确的光束控制。然而，有些新型紧凑式M-H灯也能提供同样精密的光束控制。

（２）发光导体

用于将光从光源传输到灯具的材料被称为光导体。典型的光导体有塑料纤维束或玻璃纤维束，也称为辫束。

光纤光导体的基本材料为纤芯和涂层。纤芯为传输光线的部件，涂层为薄薄的材料，具有低的折射率，牢固地涂在纤芯的外围。从浅角入射涂层的光束被反射回到纤芯。

大部分光纤有第三层保护套。保护套有黑色、透明的或半透明的白色。对于末端发光的光纤使用黑色不透明的保护套。对于看上去象霓虹灯的侧面发光的光纤，或者对于类似于荧光灯的条形发光光纤，使用透明或白色的保护套。

发光导体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。常见的发光导体有以下两种：一是点发光光纤。光纤外覆非常薄的塑料或玻璃纤维涂层，防止光线外泄，其外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；二是线发光光纤。采用特殊结构，可通长发光，其外有一层透明的衬层和一层耐热、抗紫外线的PVC透明保护套，其外径规格有8mm、11mm及15mm三种，分室内标准型及室外防水型两种，均需配备不发光终端附件。

（３）终端附件

无论是点发光光纤还是线发光光纤的末端，均需配置终端附件。根据点发光光纤和线发光光纤的不同发光特点，有如下两种类型的终端附件：一是发光终端附件，配置在点发光光纤终端的各类反射式或直射式类似于灯具的发光附件，有筒灯型、配透镜型（可聚光或发散光）、地面专用型以及水下型终端；二是不发光终端附件，配置在线发光光纤终端，为不透明密闭型封套。

4 光纤照明的特点

（1）单个光源可具备多个发光特性相同的发光点；