Справочная книга по светотехнике

ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СО СВЕТОВОДАМИ

Основные группы и типы градициомных световых приборов различного назначения показаны в разделах 12-і- 17. Ниже рассмотрены осветительные устройства со световодами.

В технике освещения известны и все болсс широко применяются ЛВС ФУ ніш современных осветительных устройств:

— с полыми протяженными световодами;

- с гибкими волоконными световодами.

6.7.1. Полые протяженные световоды

Осветительные устройства с полыми протяженны­ми световодами ППС (Hollow Light Guides) [6.17— 6.22], представляют собой полые цилиндрические (или лругой формы) трубы большой протяженности, часть внутренней поверхности (или вся поверхность) кото­рых по всей длине покрыта зеркально отражающим слоем или призматической пленкой ПОЛНОГО внуфен - него Офажения, при этом световой поток ИС (или группы ламп) вводится в торцы ППС с помощью спе­циальных оптических систем, а выходит из фуб либо по всей длине через всю поверхность труб или её часть, либо через противоположный торец. В последнем слу­чае речь идет о торцевых ППС, транспортирующих свет из конца ППС в лругой его копен. В случае выхода света по всей длине через «оптическую щель», которая не покрыта офажающим слоем, ППС называются «ще­левыми». Известны также варианты диффузных ППС малой длины без специальных покрытий, а также уст­ройства с ППС, в которые вводится только солнечный свет или иптефальпые осветительные усфойства, в ко­торых в ППС вводится как естественный свет, так и искусственное ихтучение ламп.

Типовые принципиальные схемы самих ППС пока­заны па рис. 6.25.

Принципиальные схемы осветительных усфойств с ППС показаны на рисунках 6.26 и 6.27, а варианты ОУ с этими устройствами — на рис. 6.27. Например, на рис. 6.26, б приведен вариант ППС, в который свет вводится через торцы. На рис. 6.26, в показан вариант, при котором вводное устройство с двумя противопо­ложно направленными оптическими системами распо­ложено между двумя разными щелевыми световодами, установленными в линию. На рис. 6.26, г дана принци­пиальная схема, показывающая возможность направле­ния светового потока от одного вводного устройства в п каналов. На рис. 6.26, д и е показана возможность создания и использования криволинейных (вплоть до тороидальных) щелевых световодов.

Приведенные на рис. 6.26 и 6.27 варианты располо­жения ППС и размещения вводных усфойств (ВУ) по­зволяют классифицировать такие ОУ: 1) с ВУ и ППС, расположенными непосредственно в помещениях с нс - взрывоопасной средой (рис. 6.27, а) 2) с ВУ, вынесен­ными за пределы освещаемого помещения со взрыво­опасной средой, и которой находятся ППС (а также из помещения с особо тяжелой или особо чистой средой), при этом световой поток попадает в световоды через специальные иллюминаторы (окна) в ограждающих консфукциях помещений (рис. 6.27, б) 3) с НУ, опти­чески связанными с копненфаторами солнечной энер­гии, при этом в освещаемое помещение может направ­ляться как естественное, так и искусственное излуче­ние, а также то и другое ихтучение одновременно (рис. 6.26, II).

Рис. 6.25. Типовые прин­ципиальные схемы полых протяженных световодов: / — источник света; 2 — офажатель; 3 — снето - пропускаюший защит­ный элемент: 4 — торце­вой зеркальный элемент:

5 -- внешняя оболочка;

6 внутренний зеркаль­ный отражатель: 7 внешний офажатель: Я — экстрактор: 9 — призма­тическая пленка SOLF; А — короткие диффузные ППС; Б. В — цилиндри­ческие и плоские клино­видные «шеленые» ППС; Г — цилиндрические призматические ППС

II

Рис. 6.26. Принципиальные схемы осветительных устройств со щелевыми ППС: I — с искусственным ИС: / — прямоли­нейный цилиндрический канал щелевою световода; 2 — зеркально отражающая часть внутренней поверхности канала щелевою световода; 3 — свстопропускающая часть (оптическая щель) щелевого световода; 4 — прозрачный торси щеле­вого световода; 5 — вводное устройство; 6 — оптическая система вводною устройства; 7 - источники света; 8 — устрой­ство, перераспределяющее световой поток от одного вводного устройства в п каналов; 9 — криволинейный канал щеле­вого световода; 11 — интегральные ОУ с вводом естественного и искусственного света: 1 — концентратор солнечной энергии; 2 — вводное устройство; 3 — искусственные ИС; 4 — каналы щелевых световодов; 5 — устройство, перераспре­деляющее световую энергию в 4 канала щелевых световодов

а) б)

Рис. 6.27. Принципиальные схемы осветительных устано­вок помещений с ППС

Во всех указанных случаях внутренний объем ППС іермстичпо изолирован от окружающей среды благода­ря наличию светопрозрачных или светоотражающих элементов в торцах канала.

В ВУ (инжекторах) может использоваться ИС боль­шой единичной мощности (или группы мощных ИС), при лом могуг применяться как однотипные, так и разнотипные лампы, а ППС могуг использоваться в ка­честве интегрирующих устройств для разноспектраль­ных излучений. ППС практически не подвержены воз­действию окружающей среды, не несут электрического потенциала и могут иметь большую длину между двумя соседними ВУ (до 100 м). Поверхность ППС практиче­ски не нагревается и поэтому полностью пожаро - и взрывобезопасна.

Использование устройств с ППС для внутреннего освещения помещений промышленных и обществен­ных зданий позволяет: многократно сократить как чис­ло ИС и ОП, так и протяженность электрических пи­тающих сетей; резко снизить затраты материалов и тру­да на изготовление ОП, ПРА и ЭУ; передавать одно­временно или поочередно естественное и искусствен­ное излучение, при этом возможно применение фото­электрической системы контроля и управления осве­щением и использование одних и тех же ППС для соз­дания в одном и том же помещении различных уровней освещенности с разным спектральным составом излу­чения [6.23J (подробнее см. раздел 18, § 18.10); повы­сить качество освещения путем обеспечения большей равномерности освещенности, исключения пульсации светового потока и создания лучшего соотношения ос­вещенности в вертикальной и горизонтальной плоско­стях; повысить надежность работы систем освещения благодаря резервированию ИС при многоламповых устройствах; обеспечить использование одних и тех же световодов для рабочего и аварийного освещения; из­менять и улучшать внешний вид ОУ, поскольку при
выходе из строя одной лампы в групповом источнике вид установки практически не изменяется; снизить по­ступление тепла в освещаемое помещение в несколько раз (при расположении ВУ вне помещений).

Эти свойства определили достаточно широкую об­ласть использования осветительных устройств с ППС.

В 1992 г. по инициативе ВНИСИ в рамках МКО была организована репортерская группа R-3.07 «Hollow Light Guides» — «Полые световоды», преобразованная в 1995 г. в Технический Комитет МКО ТСЗ. ЗО с этим же названием. Тем самым было официально признано но­вое направление светотехнической науки и техники — полые протяженные световоды, первые работы по ко­торому были начаты и успешно проводились в СССР с 1965 г. [6.22].

За последние 20 лет достигнут значительный про­гресс в развитии осветительных устройств и установок с ППС. По ориентировочной оценке, 35 фирм в 12 странах занимаются разработкой, производством и применением таких устройств.

Сравнение параметров различных групп ППС (рис. 6.25) приведено в табл. 6.23 (по весьма ориенти­ровочной опенке, т. к. параметры световодов сильно за­висят от сочетания многих физических характеристик ИС, ВУ и материалов). Из табл. 6.23 хорошо видно, что будучи наиболее сложными и дорогими, призматиче­ские световоды (с пленкой SOLF) вне конкуренции при необходимости транспортировать свет на большие расстояния от входного до выходного торца, а также при необходимости иметь весьма протяженное устрой­ство, светящее во все стороны равномерно. Во всех этих случаях не нужен дополнительный отражатель вдоль световода для направления светового потока в одну сторону и не всегда необходим клиновидный экс­трактор для обеспечения равномерного выхода потока но длине световода. Таким образом, в этих случаях конструкция призматического световода резко упроща­ется и удешевляется, свойства призматической пленки используются максимально в соответствии с ее основ­ным назначением — транспортировать свет на макси­мальное расстояние с минимальными потерями. Иде­альный вариант применения таких световодов — свето­вые указатели направления движения транспорта на дорогах, световые ограждения и др., где требуются ма­лые яркости на большой длине при малом диаметре световода. Важно отметить, что из-за того, что про­дольные призмы таких световодов всегда расположены вершиной наружу, для исключения их заірязнения или увлажнения, приводящих к потере свстопроводящих свойств, призматическая поверхность всегда должна быть заключена внутрь дополнительной защитной све­топрозрачной оболочки (например, трубы или пленки).

Стремление использовать призматический световод для общего равномерного освещения помещений и создания высоких уровней освещенности сталкивается с рядом трудностей [6.21].

В зависимости от назначения освещаемого помеще­ния, могут играть роль не только технико-экономиче­
ские характеристики свстоводоп, по и их эстетические свойства, определяемые внешним видом. Призматиче­ские световоды имеют значительно лучшую равномер­ность яркости при наибольших относительных длинах. С уменьшением длины при тех же диаметрах это пре­имущество нивелируется. Относительно короткие (4—5 м при условном диаметре 0,3 м) зеркальные или даже диффузные световоды имеют практически равно­мерную яркость.

Высокая равномерность яркости по длине — это весьма существенное преимущество призматических световодов в случае применения их в архитектурных установках при размещении на значительной высоте (6-10 м и более).

Зеркальные щелевые световоды, дли которых при малых угловых размерах и направленно-рассеянном пропускании материала оптической щели характерен плавный спал яркости подлине световода, обеспечива­ют высокую равномерность распределения освещенно­сти на освещаемой поверхности при отсугствии непри­ятною воздействия неравномерности яркости на глаз наблюдателя именно благодаря незаметному и посте­пенному ослаблению яркости на большой длине. До­полнительное выравнивание распределения яркости происходит при двухстороннем вводе света, при умень­шении углового размера оптической щели, при введе­нии более остро коллимированных световых пучков, при экранировании ближней зоны оптической щели от прямого света лампы.

Относительно короткие диффузно-пропускаюшие световоды (L / Р<5) при остро коллимированном све­товом пучке (с двойным углом 4—5°) и с зеркальным противоположным торцом обеспечивают высокий уро­вень равномерности яркости при относительно малом КПД, не играющем важной роли в уникальных и деко­ративных ОУ. Сказанное особенно относится к различ­ного типа световым колоннам (с нижним расположе­нием вводных устройств), все шире применяемым ар­хитекторами. Такие световые колонны при диаметре 400 мм моїуг иметь пысоту 6 м и более.

Сами цилиндрические ППС в абсолютном боль­шинстве случаев базируются па использовании жестких экструдированных труб различного диаметра (от 130 до 300 мм) из пластмассы, как правило ударопрочного но- лимстилметакрилата (ПММЛ) иди поликарбоната (ПК) (рис. 6.28) . При использовании прозрачной или очень слабо замушенной пластмассы труба служит, в основном, защитной и несущей оболочкой, в то время как элементы оптической схемы (отражатели, пленки полного внутреннею отражения, экстракторы), опреде­ляющие светотехнические характеристики, наносятся на внугренпюю оболочку груб или располагаются внут­ри них (например, объемные экстракторы) [6.23[.

Первые отечественные осветительные устройства, разработанные в 70-80-х голах, имели только пленоч­ную эластичную оболочку из полиэтиленгерефталата (ПЭТФ) толщиной 25-50 мкм. разные части которой

служили одновременно или отражателем, или рассеи­вателем [6.20|. Такие легкие, дешевые и прочные на­тяжные конструкции лежали в основе почти 50000 ком - плсктов осветительных устройств, серийно выпущен­ных в нашей стране в 80-е годы прошлого столетия. При этом сами световоды имели диаметры 275 и 650 мм при длине соответственно 6 и 18 м. Определен­ным минусом таких конструкций для архитектурных или других репрезентативных установок была недоста­точная строгость формы (слабая волнистость каналов в поперечных плоскостях) и сложность монтажа уста­новок (при натяге световодов большого диаметра и длины).

Особняком стоят световоды для введения в здания и перераспределения в них как солнечного света, гак и света искусственных источников [6.25]. В некоторых из этих установок использованы или сборные жесткие световоды квадратной в сечении (установка Heliobus) или эллиптической формы с размерами 600x600 мм^ и соответственно 650x520 мм. Для защитных ободочек в этих световодах использованы толстые 10-миллиметро­вые листы из прозрачною ударопрочного ПММЛ, к внутренней поверхности которых прикреплена призма­тическая пленка. В них впервые в мировой практике применены объемные трубчатые экстракторы. В проек­те «Arthelio» были использованы стандартные цилинд­рические грубы диаметром 300 мм из ПК. В редких случаях применяются толстостенные трубы из силикат­ного стекла [6.231 (подробнее см. § 18.10).

Важнейшим узлом осветительных устройств с ППС является ВУ с ИС и оптической системой, концентри­рующей световой поток требуемым образом, и ПРА. Первые ВУ, серийно применявшиеся в России в 60—80-е годы, базировались на специально разработан­ных зеркальных МГЛ типа ДРИЗ, мощность которых составляла от 250 до 700 Вт. Лампы устанавливались только в односторонних ВУ (по одной или по 3-4 лам­пы). Таким образом, при диамеїрс световода 650 мм в пего вводился с одной стороны световой поток МГЛ мощностью до 2,8 кВт.

Вместе с тем. как показали последующие исследо­вания. в ВУ экономически выгодно применять более простые и дешевые серийные лампы, имеющие боль­ший срок службы, в сочетании с самостоятельными от­ражателями. которые пе сменяются со сменой ламп по­сле их выхода из строя. В настоящее время в абсолют­ном большинстве осветительных устройств применя­ются стандартные одно-двухцокольные МГЛ; НЛВД используются весьма редко и лишь для не ответствен­ных случаев. Последние имеют' слишком большую дли­ну светящей части (горелки), перераспределение излу­чения которой в продольной плоскости весьма затруд­нительно.

В практике встречаются три вида ВУ одпосторонпе - ю и двухстороннею действия (рис. 6.29 и 6.30). а также их модификация с поворотом на 90° вводимого в свето­вод светового пучка [6.311. Односторонние ВУ (рис. 6.29) базируются, как правило, па использовании ілубоких алюминиевых параболических отражателей, формирующих концентрированную КСС. Двухсторон­ние ВУ (рис. 6.30) содержат комбинированные парабо - лоидпые «Х-отражатели». и центре которых располага­ется светящее чело лампы МГЛ. вставляемой п ВУ сбо­ку, перпендикулярно оси световода. При необходимо­сти выноса ВУ за освещаемое пространство или распо­ложения его вне светящей линии световодов применя­ется ВУ типа тройпикового фитинга, обеспечивающее поворот световою пучка (рис. 6.31). Особенно важно упомянуть об имеющихся переходных устройствах (рис. 6.32). которые позволяют транспортировать свет от ВУ, расположенною вне освещаемою пространства (взрыво - или пожароопасных помещений, холодиль­ных или вакуумных камер, особо чистых помещений или объемов с повышенным давлением тазообразной или жидкой среды), через ограждающие конструкции в световод, освещающий эти помещения или объемы.

Как правило. ВУ изготавливаются из силумипового литья, имеют орсбреппую цилиндрическую конструк­цию. способствующую улучшению напряженною теп­ловою режима, с торца (или торцов при двухсторонних

ВУ) закрываются герметизированными термостойкими прозрачными силикатными стеклами; степень зашиты большинства ВУ — IP54, в то время как для самих спс - тополоп — 1Р65. Один из блоков ВУ, содержащий бал­ласт и зажигаюшее устройство, как правило, является выносным и устанавливается отдельно, но не дальше, чем на 1 м от ламны, или конструктивно связан с ос­новной частью ВУ, содержащей лампу и оптическую систему (рис. 6.29). Блок с ПРА, как правило, имеет исполнение IP65.

Существенным конструктивным оіраничепием для дальнейшего увеличения единичной (или суммарной) мощности лампы в ВУ без значительною увеличения его размера и. соответственно, самого световода, явля­ется напряженный тепловой режим ВУ.

Проблема теплового режима ВУ полностью отсутст­вует при использовании модулей со светодиодами (рис. 6.33). Суммарная мощность ИС в этих ВУ состав­ляет пе более 30 Вт для вариантов с цветными свето­диодами и не более 50 Вт — с белыми. Важнейшей осо­бенностью таких изделий, учитывая большой срок службы светодиодов (до 100 т. ч). является цельная пе - разборпая конструкция и возможность полной герме­тизации ВУ в связи с отсутствием необходимости заме­ны ИС па протяжении всего периода эксплуатации, а также малый диаметр самих световодов (100 или 150 мм).

По сравнению с протяженными круглоцилиндриче - скими световодами, плоские клиновидные конструк­ции [6.24| имеют целый ряд особенностей, а в ряде слу­чаев и преимуществ. Осветительные устройства с кли­новидными световодами, имеющие длину, как прави­ло, пе более 5-6 м при одностороннем вводе света, ба­зируются не на экструдированной трубе из пластмассы и не на пленочных каналах, а на использовании короб­чатых конструкций из тонколистового алюминия с вы­соким коэффициентом зеркального отражения. Эти конструкции перекрыты с одной стороны (выходное отверстие световода — оптическая щель) светорассеи - ваюшей или прозрачной призматической пластмассой (рис. 6.34). Клиновидные световоды имеют более высо­кий КПД и при серийном производстве более дешевы. При этом с помощью клиновидных световодов с пря­моугольным поперечным сечением могут набираться светящие поверхности большой плошали, например, светящие потолки, может легко варьироваться форма и архитектурное решение светящей поверхности. Серий­но выпускаемые клиновидные световоды имеют размер «оптической щели» от 3,3 до 5.1 м (по длине) и 0,274 м (по ширине). При этом наибольшая высота световода всего 0.305 м, а длина ВУ 0,6 м. В этой серии светово -

до» используются или МГЛ 250. 400 Вт или НЛВД 150 Вт (рис. 6.34). Как правило, клиновидные светово­ды применяются для внутреннего освещения (спортив­ные залы, бассейны и др.). Единственным известным нам случаем применения клиновидных световодов для наружного освещения явилась крупная осветительная установка (около 500 устройств) на одном из централь­ных проспектов Варселопы (рис. 6.35).

В целом ряде случаев возможно успешное сочета­ние цилиндрических и клиновидных световодов, осо­бенно в установках ввода и перераспределения в здани­ях солнечного и искусственного света.

Рис. 6.35. Осветительные устройства с клиновидными свс- тоиодами ;пя уличного освещения

В отделі. ную группу можно выделить опорные осве­тительные устройства с полыми ППС. Как правило, устройства такого тина предназначены для наружного освещения. При этом сама опора выполняет функции транспортирующего свет полою световода с низко рас­положенным и удобным для эксплуатации ВУ, а тре­буемое светораспределение обеспечивается с помощью отдельного отражателя, положение которого может ре­гулироваться. Нри этом отражатель может иметь глад­кую или фацетную зеркальную поверхность или быть диффузным (рис. 6.36), рассеивающим свет, выходя­щий из опоры-световода в виде узкого коллимирован­ного пучка.

Все большее применение ' ' находят простейшие диффуз-

nbie. относительно короткие световоды в виде вертикально или наклонно установленных светильников. Такие устройст­ва уже широко применяются как для наружного, гак и для внутреннего освещения, в гом числе декоративного (рис. 6.37. 6.38). в виде различных про­странственных композиций, с использованием в ВУ управ­ляемых кассет с ра (личными цветными фильтрами.

Декоративные вертикаль­ные светящиеся колонны, столбики и торшеры с призма­тической пленкой SOLF и МГЛ

малой мощности в ВУ также

находят все большее распро­странение. Во мііоіих случаях они применяются с внутренни­ми объемными экстракторами (рис. 6.39).

Некоторые примеры ОУ с ППС приведены на рисунках

С учетом технико-экономиче­ских и эстетических свойств, каж­дая из известных групп полых све­товодов имеет свою обоснованную область применения. При лом не­обходимо подчеркнуп> не универ­сальность сис і ем со световодами, их особую область применения, котрая, впрочем, весьма широка

6.7.2. Осветительные устройства с гибкими волоконными световодами

Гибкие волоконные световоды (ГВС) — fiber optics — представляют собой пучок (жилу) гонких волокон, вы­тянутых из прозрачного материала и состоящих из серд­цевины (с показателем преломления п), покрытой обо­лочкой (показатель преломления которой П2<п) [6.26—6.28]. При прохождении по такому волокну свето­вые лучи, угол падения которых меньше критического (предельного) угла, испытывают полное внутреннее от­ражение па поверхности раздела сердцевина/оболочка и, многократно отражаясь от этой поверхности, распро­страняются только по сердцевине волокна (рис. 6.42). Современные ГВС различаются конструкцией, материа­лами и количеством светопроводяших волокон [6.26—6.291.

Волоконные световоды с очень топкими волокнами (диаметром 50-150 мкм) из хрустального (свинцового) стекла используются для декоративного, акцептирую­щего и реже для местного освещения. Болес дешевые световоды с волокнами диаметром 1 мм, вытянутыми из полимстилметакрилата (ПММА), используются в осветительных и светорекламных установках, а также в различных медицинских (эндоскопах) и других прибо­рах для освещения труднодоступных мест. Они имеют пропускание 30—70% на 1 м длины и допускают изгиб по радиусу более 25 мм.

Более поздние по времени разработки моноволо - конные световоды с одним гибким стержнем большого диаметра (15-20 мм), вытянутым из прозрачного эла­стичного материала (например, на основе кремнийор - гапичсской смолы), отличаются большим пропускани­ем света, но и большим значением минимального до­пускаемого радиуса изгиба, чем световоды с множест­вом тонких пластмассовых волокон.

Осветительные установки с использованием гибких волоконных световодов состоят из трех основных ком­понентов (рис. 6.43): собственно световода — light guide: вводного устройства (ВУ) или оптического пор­та — optical port; оптических насадок — end fitting, termination («светильников»), к которым присоединяет­ся выходной копен каждого одножильного световода.

Световоды заключены в защитную трубку из непро- свечиваюшей пластмассы. Специальные ВУ, содержа-

б)

Рис. 6.43. Схема осветительного устройства с гибкими волоконными световодами {а): I — трансформатор или ПРА; 2 — отражатель; 3 источник света; 4 вводное устройство; 5 — выходное отверстие для пучка световодов: 6 — пучок гиб­ких световодов; 7 — оптические насадки (светильники), и вид такого устройства с различными насадками (б)

В качестве примеров ГВС использованы разработки фирм Mazda (Франция), Philips (Нидерланды), Siemens (Германия).

тис ИС. отражатель. светофильтры и некоторые лру - I ис оптические элементы. концентрируют световой по­ток на входном копие световода, прикрепляемом к корпусу ВУ. Выходной конец световода присоединяет­ся к оптической насадке, перераспределяющей свето­вой ноток в пространстве или направляющей его на ос­вещаемый объект.

Необходимость индивидуального ВУ делает одно- жюыше световоды относительно громоздкими и доро­гими, что ограничивает области их применения (пре­имущественно медицинские и некоторые другие при­боры, в которых неї необходимости использования од­новременно нескольких световолов). Поэтому в по­следние годы в технике освещения получили широкое распространение многожильные световоды. Вводные торцы составляющих их одножильных световодов плотно собраны в один обший узел, присоединяемый к корпусу ВУ. Сразу за общим вводным торцом много- жильпый световод разделяется на множество (от еди­ниц до сотен штук) одножильных световодов, которые моїуг иметь различные диамеїрьі и ;шину. и каждый из которых присоединяется выходным торцом к предна­значенной для пего оптической насадке (рис. 6.43).

Ряд известных многожильных световодов состоит из шести отдельных жил с общим вводным торцом. Ка­ждая жила содержит 50 светопроводящих волокон диа­метром 1 мм из ПММА и заключена в защитную труб­ку из черного поливинилхлорида, имеюшую наружный диаметр 8 мм и минимальный радиус изгиба 25 мм. Стандартная длина жил (одножильных световодов) 2 м. Вводный торец световода, объединяющий 300 волокон шести жил. снабжен резьбовой гильзой ;іля присоеди­нения к корпусу ВУ. Масса световода 1 кі.

В других случаях светопроводяшие жилы одножиль­ных световодов, служащие для комплектования много­жильных световодов, состоят из тончайших волокон хрустального стекла. Товарной продукцией являются многожильные световоды, состоящие из десятков более толстых или сотен более тонких одножильных светово­дов. Наружные диаметры всех многожильных светово­дов лежат в пределах 22 мм. что позволяет использо­вать их с одним и тем же ВУ и присоединительною узла к нему. Блаюларя высокому качеству стекла, из которого изготовлены светопроводяшие волокна, эти световоды выдерживают воздействие агрессивной сре­ды. моїуг работать в погруженном состоянии и темпе­ратурном диапазоне от — 15°С до +100°С.

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 (рис. 6.42). 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, рис. 6.42. б). В световодах бокового свече­ния используются такие же волокна, как и в кабелях торцевого свечения, только они особым образом скру­чены (twisted fibers) или переплетены (braided fibers). При этом применяется прозрачная гибкая оболочка, и свеі становится хорошо видимым, создавая боковое свечение вдоль световода (рис. 6.44).

Стеклянные световоды могут выдерживать нагрев до 300°С. но такую температуру не выдерживает пла­стиковая оболочка и адгезии, объединяющий волокна с обоих концов световода (;іля полимерных волокон ис­пользовать адгезив пет необходимости при применении современной технологии fusion — сращивания волокон путем многократного нагрева и охлаждения).

Осветительные устройства па основе полимерных волокон проще при монтаже, световоды в 6 раз легче, не столь хрупки и ломки, вдвое дешевле. Световоды бокового свечения моїут быть только из полимеров (рис. 6.45).

Вводные осветительные устройства. Для ввода све­тового излучения в световод используются специаль­ные ВУ (рис. 6.46), содержащие в металлическом кор­пусе ИС, отражатель и различные светофильтры (в т. ч. задерживающие ИК и УФ-составляюшие излучения ИС), а также переходной интерфейс. Для повышения декоративного эффекта, создаваемого ОУ с волокон­ными световодами. ВУ может быть снабжено стацио­нарными и вращающимися цветными светофильтрами.

Для снижения температуры ВУ и вводного торца световода (предельно допустимая температура свето­
проводящих волокон из ПММА 65—УО^С) в корпусе ВУ предусматриваются тенлофильтры и интерференцион­ные покрытия оптических элементов, снижающие ИК - состапляющую спектра излучения ИС до допустимой величины. В отдельных случаях в ВУ устанавливаются миниатюрные вентиляторы. Пускорегулируюшие аппа­раты ;іля РЛ и понижающие трансформаторы для ГЛН разметают внутри ВУ. а иногда вне его. что сущест­венно влияет как на массу, так и на габаритные разме­ры самою ВУ.

Первоначально в качестве ИС в ВУ применялись широко распространенные ГЛН (12 В. 50 Вт), снабжен­ные жестко закрепленным на них интерференционным лтлнпсоидным отражателем. Эти лампы эффективно концентрируют световой поток на вводном торце све - твода и снижают тепловую нагрузку на пего. Вводные сіройства с такими лампами получаются достаточно проешми. компактными и недорогими.

Однако с развитием ОУ с ГВС и освоением произ­водства М110І ожильных световодов малые световой по - :ок. срок службы и низкая световая оглача этих ламп привели к необходимости применения более мощных и эффективных ИС. Для этих целей была разработана и применяется компактная короткодуговая одноцоколь - н. ія МГЛ мощностью 200 Вт (13500 лм. 5900 К. 2000 ч. К = 80. цоколь G12) или стандартная компактная МГЛ HQ1-T мощностью 150 Вт (12000 лм. диаметр колбы 25 мм. полная длина 84 мм. цоколь G12).

Существует широкая номенклатура вводных уст­ройств со следующими параметрами:

- с ГЛН 12 В. мощностью 50 Вт. отличающиеся ха­рактеристиками интерференционных отражателей, с которыми они работают (габаритные размеры корпуса ; 10 х84 х 152 мм), и возможностью установки цветных светофильтров:

- с ГЛН 12 В. 100 Вт. с интерференционным отра­жателем. с термореле и вентилятором: (160 х 128 х • 225 мм):

- с ГЛН 12 В. 100 Вт. интерференционным отража - :е. іе. м. со сменными цветными светофильтрами и вен - іп. іятором. различающихся наличием или отсутствием реле времени: (160 x128 x225 мм):

Рис. 6.46. Вводные устройства ГВС и интерфейс (оптиче­ский порг) между ВУ и световодом

- с МГЛ типа HQI-T мощностью 150 Вт. интерфе­ренционным отражателем, с вентилятором, термореле и выносным ПРА; (205 x160 x298 мм).

Оптические насадки. Для перераспределения в про­странстве выходящею из световода потока служат оп­тические насадки (рис. 6.43 и 6.47). подобные миниа­тюрным светильникам разных типов. Эти насадки из­готавливаются (за исключением монтажных деталей) из оптического (или хрустального) стекла или прозрачной бесцветной пластмассы (преимущественно ПММА). В зависимости от поставленной светотехнической зада­чи, насадки встраиваются или полувстраиваются в под­весные потолки, перегородки, в сгенки мебели, музей­ных стеллажей и торгового оборудования. Оптические насадки имеют на тыльной стороне цилиндрическое углубление, подобное гнезду штепсельной розетки. По­сле того, как насадка закреплена на месте установки, в это углубление вставляется выходной торец световода, подобный щтенеелыюй вилкс. Возможны также и дру­гие способы соединения конца световода с оптически­ми насадками [6.29].

Оптические насадки бывают неподвижными, пово­ротными, угловыми («кососветы»), с регулируемым по ширине световым пучком, а также чисто декоративны­ми. Некоторые из них — с линзой Френеля, другие име­ют более сложную оптическую систему и позволяют су­жать и расширять световой пучок. Поворотные насадки дают возможность изменять направление световою пучка. Существуют также варианты с выходом излуче­ния в сторону но отношению к оси самой насадки.

Примеры применения световодов для декоративной подсветки деревьев, кустов и фонтана, а также созда­ния художественных световых приборов даны на ри­сунках 6.48-6.50.

Кроме осветительных и светорекламных установок. ГВС находят широкое применение в различных деко­ративных светильниках и сувенирах, а также для осве-

щения пшенных машин, микроскопии, контрольно-из­мерительных. медицинских и некоторых друшх прибо­ром.

В заключение сформулируем основные преимуще­ств ОУ с П? С:

I. Сушестпенное расширение ноіможностеїі проек- тиропания н монтажа установок внутреннею и наруж­ною осмешепия. п частости, установок архтекгурно - ю оспешения с дискретным расположением множества светящих элементом (панрнмер. "звездное небо»), іак как исключается жесткая снязь между местом располо­жения ИС (пподпого устройства) и оптических паса-

.іок. через которые это излучение направляется на ос­вещаемые объекты.

2. Обеспечение требуемою светораснределения с помощью компактных и недорогих насадок вместо бо­лее громоздких и материалоемких светильников.

3. Полная иожаро - и олсктробезопасность насадок, іак как к ним не подводится электропитание.

4. Исключение нагревания, обесцвечивания и дру-

1 их видов повреждений экспонатов, образцов товаров и других освещаемых объектов, чувствительных к И К и УФ лучам, в частности, благодаря применению соот­ветствующих светофильтров в ВУ.

5. Значительная экономия материальных и трудо­вых ресурсов за счет экономии проводов и меди, малой материалоемкости изготовления оптических насадок.

6. Возможность разработки легких и гибких наса­док ля переносных фонарей, позволяющих произво­дить ремонт оборудования в труднодоступных местах.

7. Возможность осуществления динамичного и цветною освещения.

Перспективными областями применения ГВС явля­ются.

- безопасное и скрытое освещение витрин в музе­ях. на выставках и в магазинах, в том числе наружных витрин магазинов;

- индивидуальное освещение пассажирских мест Ілля чтения) в салонах любых общественных средств транспорта;

- безопасные елочные гирлянды;

- акцентирующее освещение без шинопроводов и специальных светильников;

- безламповые декоративные светильники, люст­ры. канделябры;

- труднодоступные для обслуживания помещения, например, закрытые плавательные бассейны;

- устройства для групповою местного освещения промышленных швейных машин, па сборке мелких и точных изделий;

- наружное декоративное контурное освещение световодами длиной 10-15 м;

- подводное освещение фонтанов и открытых бас­сейнов;

- световое оформление наружных рекламных щи­тов