УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК F21V1/00 

Изобретение относится к световой технике и применяется для передачи световой энергии большой мощности, через световод, представляющий собою волоконно-оптический кабель, с целью освещения опасных и труднодоступных мест таких, как высокие цеха промышленных предприятий; помещения, в которых скапливаются взрывоопасные газы; территории электрофицированных железных дорог, где электрические лампы расположены поблизости от токонесущих проводов, смена которых при их перегорании связана с определенным риском для жизни обслуживающего персонала. (Как ввернуть лампочку? Изобретатель и рационализатор, 1984, N 7, с. 7).

Есть оригинальное устройство, в котором источник света большой мощности передается по трубе, внутренняя поверхность которой имеет зеркальное покрытие, и при освещении трубы с одного конца, свет распространяется по ней до другого конца благодаря многократному отражению световых лучей от зеркальной поверхности внутри трубы (Знание-сила, N 8, с. 15, 1984 и Изобретатель и рационализатор, N 8, с. 19, 1985).

Такая передача световой энергии не совсем рациональна трубы представляют собою громоздкое сооружение; они не обладают гибкостью при их прокладке до места освещения объекта; зеркальная поверхность внутри трубы по истечении некоторого времени покроется пылью, имеющейся повсеместно в воздухе во взвешенном состоянии. Зеркальная поверхность, покрытая пылью, во всех случаях вызывает частичное поглощение световой энергии. Поэтому во избежание этого зеркальную поверхность внутри трубы необходимо периодически очищать от пыли, что не совсем легко осуществимо в ходе эксплуатации данного устройства. Для этого придется иметь специальное приспособление, но какое бы оно ни было после чистки, на зеркальной поверхности все равно останутся следы загрязненности, избавиться от которых почти невозможно. Учитывая все эти недостатки, при передаче световой энергии по трубе делать ее приходится на короткие дистанции в пределах одного помещения или здания, где колебание температуры невелико и не вызовет дополнительных отрицательных воздействий на зеркальное покрытие трубы.

Известен медицинский аппарат эндоскоп, при помощи которого через световод производится освещение электрической лампочкой внутренних органов человека (Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики, 1982, с. 348).

Известны еще устройства, приведенные во французском патенте N 2142597, кл. F 21 1/00, 1973; в патенте подходящим прототипом является устройство, изображенное на фиг. 2, в котором световой поток от электрической лампы после отражения от рефлектора направляется к оптической системе, состоящей из двух линз, фокусирующих световой луч на торец световода, представляющий собой волоконно-оптический кабель, на выходе которого поставлена собирательная линза.

Приведенные устройства имеют один существенный недостаток: они не рассчитаны для передачи световой энергии большой мощности через световод ввиду перегрева как собирательной линзы, так и световода от источника света.

Целью изобретения является передача через световод светового излучения большой мощности из безопасного места к труднодоступным и опасным местам и обеспечение возможности избежания перегрева составных частей устройства при передаче световой энергии.

Цель достигается тем, что устройство для передачи световой энергии, имеющее источник света, световод, рефлектор, направляющий световой поток в собирательной линзе, фокусирующей световой поток на торец световода, которая выполнена полой, наполнена водой, дополнительно содержит насос с охладителем, создающий циркуляцию воды в линзе через трубки, присоединенные к нему и линзе.

Предложенное устройство можно также использовать для расчленения световой энергии многопучковым световодом и пустить ее по отдельным пучкам к разным освещаемым объектам.

На фиг. 1 показано освещение через световод одной из опасных территорий железной дороги; на фиг. 2 волоконно-оптический кабель; на фиг. 3 полая собирательная линза с насосом и охладителем; на фиг. 4 расчленение световой энергии по многопучковому световоду.

Устройство для передачи световой энергии состоит из специального помещения 1, выключателя 2, источника света 3, рефлектора 4, полой собирательной линзы 5, световода 6, опоры 7, рассеивателя световых лучей 8, арматуры 9, насоса 10, охладителя 11, соединительных трубок 12-13.

Волоконно-оптический кабель, используемый в качестве световода, содержит многочисленные волокна 14, свернутые вместе с общий жгут и заключенные в общую оболочку 15 ( фиг. 2). Волокна сделаны из кварцевого стекла диаметром 200 мкм каждое и имеют затухание, т.е. ослабление света не более 3 дБ/км (Глазер В. Световодная техника, 1985, с. 35-43).

Освещение опасного места на территории железной дороги (фиг. 1), которое возникает от контактного провода 16, подвешенного на опоре 17 над железнодорожным путем 18, происходит следующим образом.

В специальном помещении 1 выключателем 2 включается источник света 3, после чего отраженные световые лучи от рефлектора 4 и лучи источника света попадают на собирательную линзу 5 и, проходя через нее, фокусируются на торец 19 световода 6; световые лучи, продолжая распространяться по световоду, через рассеиватель световых лучей 8 выходят наружу и освещают местность 20, которая считается опасной при смене электрической лампы.

Собирательная линза 5 и данном случае является теплофильтром, задерживающим тепловые (инфракрасные) лучи, излучающие одновременно с другими видимыми лучами от источника света по направлению к торцу световода. Расположение собирательной линзы навстречу лучам значительно уменьшает перегрев световода от тепловых лучей. Для того чтобы собирательная линза сама не перегревалась от тепловых лучей, она сделана полой (фиг. 3), внутри которой циркулирует вода от работающего насоса 10, присоединенного через трубки 12, 13 к собирательной линзе 5 и охладителю 11. Этим собирательная линза охлаждается и ее температура нагрева не может превысить температуру кипения воды 100^oC.

Раньше водоналивные собирательные линзы применялись для увеличения изображения на экране телевизора при малых размерах кинескопа (Радио, 6, с. 41, 1958). Данная линза может фокусировать лучи света, так как коэффициент преломления воды равен 1,33.

Насос и охладитель скомпонованы вместе, принцип действия сходен с охладительной системой автомашины. Можно применить и другую систему, где в качестве хладоносителя используется вода.

В специальном помещении 1 от источника света 3 происходит нагрев воздуха, который удаляется вентиляционной установкой (не показана).

Освещение нескольких объектов можно осуществить одним источником света, путем расчленения световой энергии, если применить для этого многопучковый световод 21 (фиг. 4), состоящий из отдельных пучков 22, имеющих общий торец 19, обращенный в сторону источника света 3.

Здесь вместо электрического источника света можно применить даже газовое освещение (лит. БСЭ, т. 10, с. 48, 1952), нашедшее широкое применение в прошлом столетии до появления электрического освещения. Конечно, это можно сделать там, где газовое освещение экономически будет выгоднее, чем электрическое.

Чтобы убедиться в целесообразности применения волоконно-оптического кабеля в качестве световода, необходимо произвести расчет затухания, ослабления оптической мощности света при его распространении по световоду. В расчете необходимо учесть, что оптическая мощность имеет прямую зависимость от электрической мощности, потребляемой электрической лампой.

Расчет затухание световода ведется по следующей формуле (Глазер В. Световодная техника, с. 154, 1985)

где а_c километрическое затухание световода равно 3 дБ; длиною 100 м будет 0,3 дБ;
P_и оптическая мощность источника света электрической лампы, равная 1000 Вт;
Р_м оптическая мощность света, дошедшая до освещаемого места, на конце световода;
Из выше приведенной формулы определяем мощность Р_м, после чего в формулу подставляем данные величины.

lg10^0,03 0,03, тогда 10^0,03 1,07.

Затухание, ослабление света будет Р_и P_м 1000 934 66 Вт, как видим, ослабление мощности света незначительное по отношению мощности 1000 Вт.

Световод можно применить не только для освещения опасных и труднодоступных мест, но и безопасных, таких как морские маяки, спортивные площадки, стадионы и др.

Применение световода в морских маяках намного упростит их конструкцию; вместо традиционной массивной башни (БСЭ, т. 26, с. 581, 1954) можно применить облегченную, ажурную, Шуховскую башню (БСЭ, т. 48, с. 240, 1957), в этом случае все осветительное устройство с верхней части башни переносится в нижнюю и ставится на фундаменте башни, а на верхнюю часть выводится световод, излучающий световой поток на поверхности морского пространства.

Ажурная башня ввиду своих конструктивных особенностей будет более устойчивой к штормовым ветрам, чем массивная башня.

Применение световодов даст ощутимую экономию в цветных металлах, из которых изготовляются электрические провода и различная арматура и приборы для подвода электрического тока к осветительным устройствам.

Какое значение будут иметь световоды в будущем, хорошо сказано в конце статьи "Свет по трубам" (Техника и наука, 1976, N 12, с. 10), в которой говорится следующее: "Представим себе картины будущего: магазин, вокзал, аэропорт, огромный читальный зал, помещение КБ, лишенные видимых источников света. Вместо них под потолком проложены гибкие трубы. Световодные способы освещения коренным образом изменят архитектурное лицо городов. Сейчас облик большинства сооружений запрограммирован расположением окон. Новые светильники дадут возможность совершенно по-новому ориентировать жилые помещения, устраивать невероятно красочные витрины магазинов, рационально освещать общественные здания. Пожалуй, любая фантазия на эту тему может рано или поздно обернуться вполне реальным делом".

Использование: световая техника. Сущность изобретения: передача светового излучения большой мощности стала возможной благодаря введению между источником света и световодом собирательной линзы, фокусирующей световые лучи на торец световода. Световод от светового потока не перегревается, так как тепловые лучи (инфракрасные) поглощаются самой линзой, являющейся одновременно и теплофильтром. Собирательная линза, чтобы не нагревалась выше 100^oC, выполнена полой, в ней циркулирует вода при помощи насоса через охладитель. Световод представляет собой волоконно-оптический кабель, состоящий из многочисленных волокон, свернутых вместе в общий жгут и заключенных в общую оболочку. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для передачи световой энергии, содержащее источник света, световод, рефлектор, направляющий световой поток к собирательной линзе, фокусирующей его на торец световода, отличающееся тем, что фокусирующая линза выполнена полой, наполнена водой, и при этом устройство дополнительно содержит насос с охладителем, создающим циркуляцию воды в линзе через трубки, присоединенные к нему и линзе. 2. Устройство по п.1, отличающаяся тем, что, с целью расчленения световой энергии, применяется многопучковый световод.