beat365中国在线体育光纤导光自然光照明技术

　　beat365中国在线体育光纤导光自然光照明技术我们可以证明，当光线平行入射时，光线通过抛物面后汇聚于一点，故在 该点处将汇聚较高的能量。证明如下：

　　光的耦合是现在光纤研究中很难的问题，耦合技术的发展直接推动者光纤 导光技术。本作品采用的是自准直光纤，光纤准直器在国内的发展已经具备了 批量生产的能力。

　　各个时段的采光效率。 （3） 我们的原理相对比较简单，所涉及的过程也不是很复杂，简单易行，较容

　　易制作并应用于实际。 （4） 在散光装置上我们加了一个滤去紫外线的滤光片，可以消除自然光中紫外

　　由于准备的时间有限，我们设计的装置还有很多地方有待完成及完善： （1）、光在传输过程中的损耗是因为发生全反射过程中的损耗，计算过程很复 杂，但可以用光纤单位长度的损耗表示，由于缺乏实验数据，只能进行估算。 （2）、由于自然光被会聚成光斑，所以能量高度集中，还要进行实验测量光纤 的承受范围，即聚焦比的大小。为解决这个问题，拟采用螺纹管对光纤到凹面 镜焦距的距离进行调节，即能改变光斑大小，这也需要实验测试。 （3）、实现跟踪太阳装置的软件系统的程序编写还没有完成。 （4）、考虑到装置的成本问题，石英光纤虽然导光效率比较高，但由于成本较 高，且不易弯折，我们采用塑料光纤，这样可能会导致导光光纤的导光效率较 低。 （5）、由于考虑到光路稳定，我们必须使导光光纤固定beat365中国在线体育，这样才能保证光线传 播过程中全反射的次数稳定，损耗总是最小。

　　图 6 入射角和反射次数的关系 从图中可以看出入射角大于 60°时透光率已经很低,并且反射次数明显上 升。采用的凹面镜镜聚光系统,可以通过耦合装置控制进入导光管的光线的入射 角,不管方位角如何变化,通过调节焦直线的高度,可控制凹面镜反射光相对于 耦合装置的入射角小于某一角度,既可以控制进入导光光纤的角度,使光线在导 光管内的反射次数大幅度减小,提高通过导光光纤光线的平均透光率。

　　要求跟踪程序的精确程度。GPS 每隔设定的一段时间将观测点的经纬度和时间信 息输入，通过串口信息将信息输入到单片机内并计算出太阳的高度角和方位角， 然后与前一个数据进行比较，根据两次角度的差值确定脉冲的个数，从而控制 电机转动对准太阳，实现实时跟踪。

　　所以凹面镜即凹抛物面，反射镜作为光的收集装置时不产生色差。我们知道， 自然光由很多波长成分组成，采用不产生像色差的凹面镜可以将将近似平行光 的自然光汇集到一点。这就为能够采用很细的光纤传输光提供了条件。

　　已有的太阳跟踪装置大多用硅光电池作为传感器，设计电桥，因硅光电池不 同侧光强不同产生微小电流，通过测量微小电流的变化来进行自动控制。这种 跟踪系统误差较大，可达到 0.36 度，受环境影响较大。所以我们采取了 GPS 解 算 我们知道，太阳相对于地球的位置由该观测点的地理纬度、季节（年、月、 日）和时间三个因素决定。通常用地平坐标系和赤道坐标系同时表示太阳相对 于地球 的位置。

　　采光性能还需要进一步的提高。 采集太阳光的光纤绿色照明技术是绿色能源科技的一部分，属于可持续发

　　展能源技术。由于国外光纤导光技术相对比较成熟，借鉴国外的先进技术和经 验，形成我国自主知识产权的光导管技术和产品是有可能的。光纤导光技术为 高效的光能传输提供了一种有效的途径，目前国内外的研究还大多集中于导光 光纤本身的性能研究，未来的发展趋势将更偏重于导光光纤和其他建筑环境技 术的结合，从而为建筑节能和改善室内环境品质发挥更大的作用。随着人们对 可再生能源的兴趣不断增加，自然采光技术越来越多地运用到现代建筑中，然 而直到今天自然光照明还不够完善。通过对自然光的研究，可以充分利用太阳 光资源，对建筑节能，资源合理利用开辟新的方向beat365中国在线体育。

　　图 4 赤道、地平面坐标系 我国日益成熟的导航系统北斗导航卫星将使以 GPS 解算为理论的太阳跟踪 装置成为一种趋势。应用 GPS 获取地理位置和时间信息，可以推算太阳的高度 角

　　式中， 为观测纬度， 为赤纬角，t 为时角，h 为高度角，A 为方位角。 已知，每天太阳的起始位置不同，所以考虑到跟踪器晚上还要复位，这就

　　由孔径决定，则耦合效率还与数值孔径有关。 光线以不同入射角度进入导光光纤,取 0°～90°的入射角为横坐标,分别 以 经 1m 长导光光纤后的透光率和在 1m 长导光管内的反射次数为纵坐标, 得到图 2 和图 3。

　　漫射装置是室内可见部分，用于将自然光均匀、柔和的漫射至室内，可以 再漫射装置上加上滤波片对自然光进行除紫外线的处理。我们采用磨砂塑料盘 散光，将引进室内的光束漫反射，得到均匀的漫反射光。

　　在我们设计这个装置的时候我们考虑到了下列优点： （1） 在采光过程中我们采用的是凹面镜，在反射时不产生色差，可以不考虑消

　　除色差的步骤。 （2） 我们在采光过程中采用了 GPS 解算法定位跟踪太阳位置，可以明显的增加

　　摘要：提出一种通过采光面积大、结构简单、制作容易、维修方便的凹面镜 采集太阳光，将太阳光聚集于一点，在聚集点处采用光的耦合技术，将自然光 耦合于自准直光纤中，通过自准直光纤传光，磨砂塑料盘散光的新型太阳光照 明系统。考虑到太阳的位置移动，我们采用 GPS 解算法定位跟踪太阳，以保证 太阳光将始终聚集于一点，并有最优采光效率。光纤的耦合效率及光纤的透光 率随光线的入射角、光纤的长度、光纤的口径、光纤的材料都有关系。我们通 过建立相应的近似模型，得出了它们之间的大体关系，研究了透射光光强随光 纤长度的变化规律。由于光在传输过程中的损耗是因为发生全反射过程中的损 耗，计算过程很复杂，我们通过采用光纤单位长度的损耗表示，通过实验，计 算出平均单位长度的损耗，从而计算出总长度的损耗。在室内的散光过程中， 我们采用磨砂塑料盘beat365中国在线体育，这可以产生均匀、柔和的漫射光，同时在前面加一个光 照度调节器，可以调节室内光照亮度。考虑到自然光中紫外线对的伤害， 在漫射装置上加一个滤波片滤去紫外线。采用本系统汇集阳光，经光纤传导能 够产生亮度很高的滤去紫外线的自然光，便于安装和普及，适用于普通家庭、 地下勘测照明及大型建筑照明等。希望能够更好利用能源，以改善当今能源状 况。

　　图 1 蒙那家特公司光导系统图示 此系统利用 PC 塑料透镜作为采光装置，用光导管传输自然光，最后加漫射 装置进行照明。此类设计的产品在 2008 年北京奥运会上大显身手。但是这种装 置，体积大，对建筑物影响较大，只能应用于城市大型建筑上，难以适应于野 外勘探、矿井等地下场合，也难以在普通居民家庭安装使用。 本作品从适应国内发展角度出发，拟设计出适应国内易于推广使用的自然光 照明装置。所以采用了不产生色差的反射镜；利用自准直光纤提高耦合效率， 光纤相对于光导管体积要小得多适合普通居民家庭安装；利用我国逐渐成熟的 导航系统提出 GPS 解算法定位跟踪太阳更适应发展趋势。

　　开发应用采集太阳光的光纤绿色照明技术的目的就是要把导光光纤变成一 种节约能源、保护环境的绿色产品。这就需从要从绿色照明的角度来研究整个 采光照明系统，即从光导管的制造、使用前后和使用中这个全过程去考虑如何 节约能源和保护环境，不但要考虑照明时不产生光污染，而且在系统寿命终结 后便于分解和回收利用。导光装置是整个照明系统的核心部分，光纤的性能和 光路的设计是直接关系到装置本身是否属于绿色产品的关键问题。因此系统的

　　图 4 太阳跟踪系统软件流程图 每次太阳初升时皆进行初始化，然后读取 GPS 的数据是否是白天。不是白 天的话继续延迟时间，系统休眠；是白天的话计算太阳高度角及方位角控制电 机驱动器工作，驱动步进电机转动相应角度，完成一次后延迟时间 t 继续下一 次循环。 对于电机的驱动，在误差允许范围内应该尽量延长每两次驱动的时间间隔， 时间间隔的确立和太阳高度角和方位角变化的速率有关，此时间间隔 的确立需 要在软件完成前对 GPS 的数据进行大量的数学计算，来获得最优的 。 光的传导装置由自准直透镜与传导光纤组成