本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能利用系統(tǒng)，尤其涉及一種基于錐形光纖導(dǎo)光的光漏斗照明系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)自然資源的消耗與日俱增。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)都在尋找新能源來(lái)替代傳統(tǒng)的化石燃料，而太陽(yáng)能作為一種新型的能源，越來(lái)越受到各國(guó)的關(guān)注和重視。太陽(yáng)能的儲(chǔ)量豐富，取之不盡，用之不竭，目前人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能利用的最主要的方式還停留在光伏發(fā)電上。而人類(lèi)用于照明的能源消耗非常大，高成本、低效率的方式顯然不適合人類(lèi)的發(fā)展。由于目前對(duì)于提高導(dǎo)光照明系統(tǒng)追光精度的研究都集中在追光裝置的控制上，在導(dǎo)光裝置上的創(chuàng)新及研究都不夠深入。采用傳統(tǒng)光纖作為光傳輸裝置，由于追光裝置存在一些誤差，當(dāng)誤差產(chǎn)生時(shí)，聚光裝置形成的光斑會(huì)出現(xiàn)偏移，光纖無(wú)法完全進(jìn)入光纖，會(huì)造成能量損失，降低利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的提供一種基于錐形光纖導(dǎo)光的光漏斗照明系統(tǒng)，其克服了背景技術(shù)中存在的不足，進(jìn)一步提高了導(dǎo)光照明系統(tǒng)的追光精度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于錐形光纖導(dǎo)光的光漏斗照明系統(tǒng)，包括聚光裝置、導(dǎo)光裝置和照明裝置，所述聚光裝置包括用于收集太陽(yáng)光的聚光透鏡和用于控制聚光透鏡旋轉(zhuǎn)的光電式追蹤裝置；所述光電式追蹤裝置控制所述聚光透鏡活動(dòng)以收集太陽(yáng)光，太陽(yáng)光入射聚光透鏡后形成光斑，所述導(dǎo)光裝置將光斑傳輸至照明裝置實(shí)現(xiàn)照明，所述導(dǎo)光裝置包括設(shè)置在聚光透鏡中心下方的用于傳輸太陽(yáng)光的第一光纖和用于連接第一光纖和照明裝置的第二光纖，所述第一光纖為錐形光纖且采用光學(xué)玻璃制造，所述第一光纖呈圓錐形狀，所述第一光纖大端端口的直徑大于光斑的直徑，所述第一光纖小端適配連接所述第二光纖。

一實(shí)施例之中：所述第一光纖的光錐長(zhǎng)度為4-8cm，所述第一光纖大端端口的直徑為2-5cm，所述第一光纖的小端端口直徑為0.5-1.5cm。

一實(shí)施例之中：所述聚光裝置還包括固定支架和用于支撐聚光透鏡的環(huán)形支撐板，所述環(huán)形支撐板與所述聚光透鏡相對(duì)固定，所述聚光透鏡位于環(huán)形支撐板之上且聚光透鏡與環(huán)形支撐板的內(nèi)孔對(duì)應(yīng)。

一實(shí)施例之中：所述固定支架包括支撐結(jié)構(gòu)和固定支腳，所述環(huán)形支撐板安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，所述錐形光纖設(shè)置在固定支腳的底部，所述錐形光纖大端端口朝向聚光透鏡，所述固定支腳的底部與所述聚光透鏡的中心上下對(duì)齊設(shè)置。

一實(shí)施例之中：所述光電式追蹤裝置包括一比較器、若干個(gè)光敏電阻和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，光敏電阻用于檢測(cè)太陽(yáng)的照射位置及角度，比較器根據(jù)所述光敏電阻傳遞的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接固定支架以帶動(dòng)固定支架活動(dòng)。

一實(shí)施例之中：所述比較器為lm324運(yùn)算放大器，所述比較器安裝在所述環(huán)形支撐板上；所述若干個(gè)光敏電阻以聚光透鏡為中心對(duì)稱(chēng)地布置在所述聚光透鏡的四周，用于檢測(cè)太陽(yáng)的方位角和高度角；

所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和云臺(tái)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接固定支架繞第一軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還傳動(dòng)連接云臺(tái)以帶動(dòng)云臺(tái)繞第二軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該第一軸線(xiàn)和第二軸線(xiàn)垂直。

一實(shí)施例之中：所述云臺(tái)包括底盤(pán)、支撐面板和用于帶動(dòng)支撐面板旋轉(zhuǎn)的第一滾輪，所述第一滾輪個(gè)數(shù)為四個(gè)，所述四個(gè)第一滾輪對(duì)稱(chēng)地布置在所述支撐面板下方且與所述支撐面板滾動(dòng)連接，所述支撐面板采用亞克力板制造成型；

所述云臺(tái)還包括旋轉(zhuǎn)支架，所述旋轉(zhuǎn)支架設(shè)置在支撐面板上，所述旋轉(zhuǎn)支架上設(shè)有第二滾輪，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合第二滾輪以帶動(dòng)所述固定支架轉(zhuǎn)動(dòng)。

一實(shí)施例之中：所述聚光透鏡和所述第一光纖之間還設(shè)有可見(jiàn)光濾片。

一實(shí)施例之中：所述聚光透鏡為菲涅爾透鏡。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明創(chuàng)新地采用錐形光纖作為導(dǎo)光裝置，錐形光纖大端口徑大于光斑的直徑，即使光斑出現(xiàn)偏移，光線(xiàn)也能很好地進(jìn)入錐形光纖，不會(huì)出現(xiàn)能量損耗；錐形光纖小端適配連接第二光纖，在提高了第二光纖出口光纖的亮度的同時(shí)也節(jié)省了制造材料，大大降低成本。另外，錐形光纖采用光學(xué)玻璃制造，耐溫性較好，高密度光纖在經(jīng)過(guò)錐形光纖時(shí)由錐形光纖內(nèi)壁發(fā)射，降低光纖密度，一定程度上能降低溫度，有效地保護(hù)了第二光纖的傳輸。

2、本發(fā)明采用菲涅爾透鏡作為聚光透鏡，菲涅爾透鏡大多采用透明的塑料擠壓成型，重量輕，加工方便，極大地降低了成本，而且菲涅爾透鏡具有透射性能高、剛性強(qiáng)，抗打擊能力強(qiáng)，不易破碎，耐腐蝕、耐高低溫的特點(diǎn)。

3、本發(fā)明以lm324運(yùn)算放大器為核心，采用光敏電阻檢測(cè)太陽(yáng)關(guān)的位置和角度來(lái)輸出信號(hào)，以配合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)控制聚光透鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚光透鏡平面始終垂直于太陽(yáng)光線(xiàn)，從而獲得最長(zhǎng)時(shí)間的光照時(shí)間，有效地提高了太陽(yáng)光的利用率。

4、本發(fā)明的環(huán)形支撐板與聚光透鏡相對(duì)固定，聚光透鏡位于環(huán)形支撐板之上且與環(huán)形支撐板的內(nèi)孔對(duì)應(yīng)，環(huán)形支撐板安裝在固定支架的支撐結(jié)構(gòu)上，錐形光纖設(shè)置在固定支架的固定支腳的底部，與聚光透鏡的中心上下對(duì)齊設(shè)置，不僅保證了聚光透鏡在旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，而且使得太陽(yáng)光在經(jīng)過(guò)聚光透鏡出射形成光斑后直接入射錐形光纖的大端端口，降低能量損耗，有效地提高了太陽(yáng)光的利用率。

5、本發(fā)明的云臺(tái)的支撐面板采用亞克力板制造成型，減小了滾輪和支撐面板之間的摩擦力，解決了云臺(tái)帶動(dòng)支撐面板旋轉(zhuǎn)時(shí)卡頓的問(wèn)題；聚光透鏡和導(dǎo)光裝置中間設(shè)置了可見(jiàn)光濾光片，大大降低了光聚集的溫度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模擬圖；

圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的錐形光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的聚光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的聚光裝置和導(dǎo)光裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的光電式追蹤裝置的控制電路圖；

圖7為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中光電式追蹤裝置的控制電路圖；

圖8為本發(fā)明的云臺(tái)的側(cè)視圖；

圖9為云臺(tái)的支撐面板和滾輪的組合結(jié)構(gòu)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)查閱圖1和圖2,本發(fā)明提供了一種基于錐形光纖導(dǎo)光的光漏斗照明系統(tǒng)，包括聚光裝置100、導(dǎo)光裝置200和照明裝置300，所述聚光裝置100包括用于收集太陽(yáng)光的聚光透鏡101和用于控制聚光透鏡旋轉(zhuǎn)的光電式追蹤裝置102；所述光電式追蹤裝置102控制所述聚光透鏡101活動(dòng)以收集太陽(yáng)光，太陽(yáng)光入射聚光透鏡101后形成光斑，所述導(dǎo)光裝置200將光斑傳輸至照明裝置300實(shí)現(xiàn)照明。所述導(dǎo)光裝置200包括設(shè)置在聚光透鏡中心下方的用于傳輸太陽(yáng)光的第一光纖201和用于連接第一光纖和照明裝置的第二光纖202，聚光透鏡101和導(dǎo)光裝置中間設(shè)置了可見(jiàn)光濾光片，大大降低了光聚集的溫度。

請(qǐng)查閱圖3，所述第一光纖201為錐形光纖且采用光學(xué)玻璃制造，所述第一光纖201呈圓錐形狀。另外，所述第一光纖201大端端口的直徑大于光斑的直徑，所述第一光纖201小端適配連接所述第二光纖202。本實(shí)施例中,所述第一光纖的光錐長(zhǎng)度為h,h＝5cm；所述第一光纖大端端口的直徑為d1,d1＝3cm，所述第一光纖的小端端口直徑為d2,d2＝1cm。

采用錐形光纖作為導(dǎo)光裝置200，錐形光纖大端口徑大于光斑的直徑，即使光斑出現(xiàn)偏移，光線(xiàn)也能很好地進(jìn)入錐形光纖，不會(huì)出現(xiàn)能量損耗；錐形光纖小端適配連接第二光纖202，在提高了第二光纖出口光纖的亮度的同時(shí)也節(jié)省了制造材料，大大降低成本。另外，錐形光纖采用光學(xué)玻璃制造，耐溫性較好，高密度光纖在經(jīng)過(guò)錐形光纖時(shí)由錐形光纖內(nèi)壁發(fā)射，降低光纖密度，一定程度上能降低溫度，有效地保護(hù)了第二光纖的傳輸。

請(qǐng)查閱圖4，所述聚光裝置100還包括固定支架103和用于支撐聚光透鏡的環(huán)形支撐板104，所述環(huán)形支撐板104與所述聚光透鏡101相對(duì)固定，所述聚光透鏡101位于環(huán)形支撐板104之上且聚光透鏡101與環(huán)形支撐板的內(nèi)孔104’對(duì)應(yīng)。

所述固定支架103包括支撐結(jié)構(gòu)105和固定支腳106、所述環(huán)形支撐板104安裝在支撐結(jié)構(gòu)105上，所述第一光纖201設(shè)置在固定支腳106的底部，所述固定支腳106的底部與所述聚光透鏡101的中心上下對(duì)齊設(shè)置。

一較佳實(shí)施例中，選用菲涅爾透鏡作為聚光透鏡101，菲涅爾透鏡大多采用透明的塑料擠壓成型，重量輕，加工方便，極大地降低了成本，而且菲涅爾透鏡具有透射性能高、剛性強(qiáng)，抗打擊能力強(qiáng)，不易破碎，耐腐蝕、耐高低溫的特點(diǎn)。

請(qǐng)查閱圖5，所述光電式追蹤裝置102包括一比較器107、若干個(gè)光敏電阻107’和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)108，所述光敏電阻用于檢測(cè)太陽(yáng)的照射位置及角度，所述比較器107根據(jù)所述光敏電阻傳遞的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)108，所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)108連接固定支架103以帶動(dòng)固定支架130活動(dòng)。

所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)108包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)109和云臺(tái)110，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)109傳動(dòng)連接固定支架103繞第一軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)109還傳動(dòng)連接云臺(tái)110以帶動(dòng)云臺(tái)繞第二軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該第一軸線(xiàn)和第二軸線(xiàn)垂直。

一較佳實(shí)施例中，采用lm324運(yùn)算放大器作為比較器107，采用直流減速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)109，所述比較器107安裝在所述環(huán)形支撐板104上。所述若干個(gè)光敏電阻107’以聚光透鏡101為中心對(duì)稱(chēng)地布置在聚光透鏡的四周，用于檢測(cè)太陽(yáng)的方位角和高度角。通過(guò)四個(gè)光敏電阻107’在光照強(qiáng)度不同的情況下阻值不同，然后利用橋式比較電路，分別在不同的lm324的輸出端輸出不同的信號(hào)，進(jìn)而控制直流減速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)108，實(shí)現(xiàn)聚光透鏡平面始終垂直太陽(yáng)光線(xiàn)，從而獲得最長(zhǎng)時(shí)間的光照時(shí)間，有效的提高太陽(yáng)光的利用效率。這種跟蹤方式的優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確,且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。

具體地，將所述四個(gè)光敏電阻107’分為兩組，每組由兩個(gè)光敏電阻107’組成，一組檢測(cè)東西方向的光照，另外一組檢測(cè)南北方向的光照。請(qǐng)查閱圖6，所述位于東西方向的光敏電阻107’用于檢測(cè)太陽(yáng)的方位角，所述位于南北方向的光敏電阻用于檢測(cè)太陽(yáng)的高度角。所述光敏電阻隨光照的變化產(chǎn)生電阻變化，然后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)送至比較器lm324的輸入端，lm324的輸出端輸出相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)控制直流減速電機(jī)工作，及時(shí)調(diào)整聚光透鏡與太陽(yáng)光的夾角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的實(shí)時(shí)跟蹤。

一實(shí)施例中，就檢測(cè)東西方向的太陽(yáng)光照進(jìn)行分析。如圖7所示，電阻r1、r3和光敏電阻dong、xi構(gòu)成橋式比較電路，下方接電源正，上方接電源負(fù)。當(dāng)太陽(yáng)光光照強(qiáng)度在光敏電阻dong、xi上不同時(shí)，兩個(gè)光敏電阻中間點(diǎn)的偏置電壓與兩個(gè)電阻r1和r3產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)光敏電阻dong受到的光照強(qiáng)度高于xi時(shí)，光敏電阻dong的阻值比xi小，中間點(diǎn)的偏置電壓大于6v，則比較器中的lm324(u1：a)輸出0，lm324(u1：b)輸出1，兩個(gè)信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到中間點(diǎn)偏置電壓為6v為止；當(dāng)光敏電阻處于相反的情況下時(shí)，檢測(cè)電路輸出相反的信號(hào)，控制直流減速電機(jī)做出相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，如圖6和圖7所示，r5和r6在電路中起到消除抖動(dòng)的作用，防止機(jī)械結(jié)構(gòu)因?yàn)閼T性而產(chǎn)生來(lái)回?fù)u擺的現(xiàn)象。

請(qǐng)查閱圖8和圖9，一較佳實(shí)施例中，所述云臺(tái)110包括底盤(pán)111、支撐面板112和用于帶動(dòng)支撐面板旋轉(zhuǎn)的第一滾輪113，所述第一滾輪113個(gè)數(shù)為四個(gè)，所述四個(gè)第一滾輪113對(duì)稱(chēng)地布置在所述支撐面板112下方且與所述支撐面板滾動(dòng)連接，所述支撐面板112采用亞克力板制造成型；

另外，所述云臺(tái)110還包括旋轉(zhuǎn)支架114，述旋轉(zhuǎn)支架114設(shè)置在支撐面板112上，所述旋轉(zhuǎn)支架114上設(shè)有第二滾輪115，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合第二滾輪115以帶動(dòng)所述固定支架轉(zhuǎn)動(dòng)。

云臺(tái)的支撐面板110采用亞克力板制造成型，減小了滾輪和支撐面板之間的摩擦力，解決了云臺(tái)帶動(dòng)支撐面板旋轉(zhuǎn)時(shí)卡頓的問(wèn)題。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。