Оптоволокно

Волоконно-оптические технологии в освещении применяются уже несколько десятилетий, но до сих пор считаются экзотикой. Между тем, применение оптоволокна позволяет легко и элегантно решать сотни технических проблем, возникающих при разработке световых проектов, а во многих случаях вообще является единственно возможным решением.

И это совершенно не удивительно, если принять во внимание чудесную сущность оптоволоконной технологии освещения, позволяющей управляться со светом, как с джином из бутылки: загнать его внутрь гибкого световода, провести сквозь стены, через землю и воду, огибая углы и обходя препятствия, а когда необходимо – извлечь в нужных количествах и использовать по назначению. Помогает «повелевать» светом физическое явление многократного полного внутреннего отражения. Конструктивной основой гибких волоконных световодов являются стеклянные оптические волокна, которые выпускаются со специальными добавками, обеспечивающими их стойкость к поражению грибками, плесенью и водорослями, а также с добавками против вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Волокно состоит из сердцевины, выполненной из мягкого материала, и более твёрдой оболочки. Разные материалы по-разному преломляют свет, что и заставляет работать физику полного внутреннего отражения: сердцевина должна иметь больший показатель преломления, чем оболочка. Стеклянное оптоволокно давно применяется в телекоммуникации для передачи данных с высокой скоростью. Большие надежды возлагаются сейчас на полимерные волокна (POF – plastic optic fiber), которые примерно вдвое дешевле стеклянных. Пластик не подходит для создания высокоскоростных линий передачи данных, но вполне пригоден для расстояний порядка нескольких десятков метров. Поэтому предполагается, что полимерное оптоволокно станет основой для очередной революции в домашних сетях – создания интеллектуального дома нового поколения. Сеть на основе POF объединит все управляющие и обслуживающие системы дома с мультимедийными хранилищами аудиовизуальной и любой другой информации. В случае успеха такого проекта цена на полимерное оптоволокно, естественно, упадёт, что приведёт, помимо прочего, к ухудшению систем оптоволоконного освещения, главным недостатком которых является пока относительно высокая стоимость. Впрочем, это – будущее, а настоящим следует признать тот факт, что уже сегодня пластиковое волокно широко применяется в освещении, оставив стекло далеко позади по объёмам продаж.

Волокна бывают различных диаметров, причём чем тоньше волокно, тем легче его сгибать, поэтому использование световода (оптоволоконного кабеля), объединяющего несколько волокон, является более практичным, чем применение одного волокна большего диаметра. Для механической защиты волокон в световоде употребляется пластиковая оболочка, сходная с изоляцией обычного кабеля (ПВХ, меголон и т.д.). В случае значительных механических нагрузок применяется двойная оболочка. Световоды бывают двух типов – торцевого и бокового свечения. Оптоволоконные кабели торцевого свечения работают по классической схеме передачи света с минимальными потерями в заданную точку пространства. Принцип действия кабелей бокового свечения, наоборот, основан на «побочном эффекте» свечения оптоволокна, возникающем из-за потерь при внутреннем отражении, когда часть света проходит наружу (это происходит при изгибе волокна, когда угол падения лучей меньше предельного и фактически внутреннее отражение становится не полным, а частичным. В световодах бокового свечения используются такие же волокна, как и в кабелях торцевого свечения, только они особым образом скручены или переплетены. При этом применяется прозрачная гибкая оболочка, и свет становится хорошо видным, создавая боковое свечение вдоль световода.

Волоконная оптика:

Как работает оптоволоконное освещение?

Свет входит из проектора в один из концов оптоволоконного световода, доставляется в нужную точку пространства, распространяясь внутри волокна благодаря явлению полного внутреннего отражения, и свободно излучается другим концом световода.

Эффективно ли оптоволоконное освещение?

Эффективность оптоволоконной системы освещения не превышает 15-20%.

На первый взгляд, традиционное освещение значительно более эффективно: типичное значение светового КПД обычных световых приборов -50-70%.

Однако следует учитывать, что для традиционных осветительных установок характерны большие световые потери, когда часть излучаемого света теряется в пространстве или даже приводит к нежелательной (паразитной) засветке. При этом общий КПД установки с учётом так называемого коэффициента использования светового потока может быть значительно ниже, и обеспечиваемые оптоволоконной системой 15% становятся вполне конкурентоспособным результатом.

Экономично ли применять оптоволокно?

Ответ на этот вопрос сильно зависит от конфигурации системы. Когда один проектор используется для питания большого количества относительно коротких световодов, применение оптоволокна может дать существенную экономию.

Легко ли работать с оптоволокном?

Сегодня работать с оптоволоконными системами, пожалуй, даже легче, чем с обычным электрическим освещением.

Безопасно ли оптоволокно?

Оптические волокна не проводят электричество, а производимое ими количество тепла ничтожно.

Оптоволоконные световоды могут находиться в непосредственном контакте с водой и с любыми строительными материалами. Оптические волокна не проводят ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Насколько долговечны оптоволоконные системы?

Производители как полимерного, так и стеклянного оптоволокна декларируют средний срок службы изделий более 20 лет.

Система оптоволоконного освещения:

Три основных части системы – проектор, световодный жгут и оптические насадки. Проектор – не просто ящик с лампой, а довольно сложное устройство, в котором, помимо источника света со встроенным отражателем, могут находиться источник питания, пускорегулирующая аппаратура, экран, оптический порт, система охлаждения с вентилятором, а также устройства для создания специальных эффектов: электромотор с диском или барабаном для установки цветных светофильтров или перфорированных экранов, синхронизаторы, устройства DMX-управления и т.д.

В зависимости от применяемых источников света проектор может быть галогенным, газоразрядным или светодиодным.

Галогенные проекторы оснащаются дихроичными галогенными лампами, обычно мощностью 50,75 и 100 Вт. Галогенные проекторы могут быть анимационными, с управлением изменением цвета (в том числе по протоколу DMX512, применяемому в профессиональном сценическом свете), а также приспособленными для создания специальных эффектов (например, “звёздное небо”). Газоразрядные проекторы оснащаются металлогалогенными лампами, обычно 70 или 150, реже 250 и 400 Вт. Дополнительные опции такие же, как и у их галогенных собратьев.

Светодиодные иллюминаторы в качестве источника света используют полупроводниковые приборы – светодиоды.

Проектор – активный элемент оптоволоконной системы освещения – нуждается в особом обращении при установке и обслуживании. Во-первых, как правило, это единственный прибор, для питания которого необходимо световое напряжение, поэтому подключение проектора должен выполнять квалифицированный электрик соответствующим допуском. Во-вторых, очень важно правильное размещение проектора. По возможности он должен быть размещён вблизи концов световодов – это позволит существенно удешевить систему. Следует обеспечить доступ к проектору для чистки и замены лампы. Наконец, очень существенным аспектом является вентиляция. Для систем на базе полимерных волокон необходимо обеспечить температуру в области оптического порта не выше 30°C, поэтому в помещении, где предполагается устанавливать проектор, должно быть достаточно воздуха. В случае установки проектора в герметичном ящике (например, закопанном в землю) следует предусмотреть принудительную вентиляцию.

Световодный жгут – уникальная часть системы, состоящая из группы волокон и световодов различных типоразмеров и длин. Световодный жгут, точнее тот его конец, который присоединяется к проектору, специальным образом обрабатывается и вставляется в соединительное устройство – оптический порт.

Световодный жгут из голых волокон используется для декоративных целей: знаки, таблички, звёздное небо и другие установки с большим количеством светящихся точек. Световодный жгут из волокон в оболочке и световодов торцевого свечения используются как для декоративных целей, так и для освещения объектов. Световоды бокового свечения используются для декоративных целей – как заменители неоновых трубок, обладающие уникальной возможностью изменения цвета. Стеклянные световоды используются в промышленных проектах с высокой температурой окружающей среды, а также в случае необходимости чёткой передачи цвета.

Оптические насадки, служащие для перераспределения в пространстве светового потока, выходящего из оптоволоконного световода, очень разнообразны и подобны миниатюрным светильникам разных типов. Насадки бывают неподвижными, поворотными, угловыми («кососветы»), с регулируемым по ширине световым пучком и чисто декоративные. Часто возникает необходимость разработки заказных насадок для решений той или иной задачи.

Заключение

Свет – это важнейшее изобразительное средство управления формой объектов: он может повысить её выразительность и способен разрушить её. Для лучшего выявления формы нужно выбрать преимущественное направление падения света; при равномерном освещении объёмного элемента со всех сторон он может показаться плоским. Необходимый моделирующий эффект можно получить при правильно выбранном сочетании общего рассеянного или отражённого освещения с прямым направленным светом; при освещении объектов с глубоким ярко выраженным рельефом чаще всего превалирующую роль должен играть мягкий рассеянный или отражённый свет (к этому случаю относится и освещение лица человека).

При применении светильников направленного света необходимо тщательно проверить возможности образования нежелательных падающих теней, способных разрушить форму и освещаемого, и близлежащего объектов, и интерьера в целом. При целенаправленном использовании падающих теней можно создавать на плоскостях помещения светографические изображения и разнообразные световые ритмы, обогащая форму и пластику интерьера.

Чёрный и синий цвета зрительно уменьшают размеры объекта, а белый и красный – увеличивают.

Создание светоцветового комфорта, отличающегося уравновешенной световой обстановкой – важнейшая задача в дизайне интерьера, предназначенного для работы или спокойного отдыха. К основным составляющим светового комфорта относят: достаточные для выполнения заданной зрительной работы уровни освещённости; пониженные уровни прямой и отражённой блескости; баланс яркостей и цветностей пола, потолка, стен а также зоны зрительной работы; увязанной с цветовой отделкой, цветовую тональность искусственного освещения; повышенные цветопередающие свойства источников света и малую пульсацию освещённости на рабочем месте.

При декоративном оформлении интерьера следует учитывать следующие особенности и рекомендации, связанные с мерами снижения повреждающего действия света на материалы и изделия:

§ наименее устойчивыми к действию света являются фотографии, рукописи и документы; произведения живописи (акварель, темпера или пастель) и графики; гобелены, кружева и одежда; коллекции марок или насекомых;

§ для таких изделий уровни освещённости по нормам музейного освещения должны быть не выше 50 лк;

§ наименьшим повреждающим свойством обладают лампы накаливания, наибольшим – естественный свет, особенно прямой солнечный;

§ на выцветание наибольшее действие оказывает УФ, а на высыхание и коробление – ИК излучение;

§ наиболее ценные и нестойкие к свету изделия предпочтительнее располагать в глубине помещения или в зонах без естественного света.

Дата добавления: 2015-06-27