塑料光纖使用設(shè)計指南

1、塑料光纖照明使用設(shè)計指南一、概述在照明技術(shù)中，塑料光纖照明（以下簡稱光纖）是一種新穎的照明新技術(shù)。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(lǐng)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(yīng)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胤剑鐖D1所示。所以在照明設(shè)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。在芯層和包層界面發(fā)生全反射圖1：光纖導(dǎo)光原理圖包層（低折射率）芯層（高折射率）光

2、線入射光纖照明系統(tǒng)是由光源、光纖兩部分組成，如圖2所示。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(cè)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PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）為芯材的光纖有以下特性： 表1：光纖損耗、光纖長度及光透過率關(guān)系表1、 光學(xué)特性：光纖數(shù)值孔徑為0.50.6，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(guān)系如表1所示：透過率 長度損耗1m2m5m10m20m30m0.2dB/m（650nm）0.95

3、50.9120.7940.6310.3980.2510.3dB/m（650nm）0.9330.8710.7080.5010.2510.1260.4dB/m（650nm）0.9120.8320.6310.3980.1580.0632、 材料特性：光纖使用溫度范圍為4070，在高于70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100的高溫。3、 耐化學(xué)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

4、源設(shè)備應(yīng)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(shè)計需求選用不同的光源。鹵素?zé)艄庠矗汗β市∮?00W，壽命一般為2000小時，其亮度較低，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

5、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(zhuǎn)動的色輪上，通過步進電機來實現(xiàn)光束顏色的變換。為了使光纖照明具有更多色彩，適應(yīng)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(yù)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(fēng)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(yīng)用的多元性，總

6、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(zhuǎn)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，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(shè)計安裝中注意的問題1、 光纖點間距： 在設(shè)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：光纖點間隔可辨別的兩個光點最大觀察距離Lmax/d=1000或1

7、500觀察者圖3：光纖點間距安裝示意圖Lmax/d>1500時作為面型顯示Lmax/d<1000時強調(diào)發(fā)光點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4表示的是光纖輸出光的出射角與強度的分布特性，因此在設(shè)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±20度之間時，最能有效地吸引觀眾。如圖5所示：圖4：光纖輸出光出射角與強度的分布特性圖圖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

8、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。4、 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

9、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(guān)，光纖長度越短，其輸出光亮度越高。所以選擇光纖的長度應(yīng)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

10、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(yīng)用實例 由于光纖照明的獨特優(yōu)點，它已廣泛地應(yīng)用于各種場合，并在不斷地推廣中?，F(xiàn)將目前國內(nèi)應(yīng)用情況簡述如下： 1、  室內(nèi)裝飾 在室內(nèi)裝飾中，用通體發(fā)光光纖來構(gòu)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

11、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(yīng)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

12、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(fēng)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(jié)構(gòu)等建筑物加速老化，同時有電會造成火災(zāi)隱患。而用光纖照明，既安全又能達到理想的藝術(shù)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(yīng)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