塑料光纤使用设计指南

塑料光纤照明使用设计指南

一、概述

在照明技术中，塑料光纤照明（以下简称光纤）是一种新颖的照明新技术。因其具有光电分离、节能、符合环保要求以及使用寿命长、维护方便、后期维护成本低等优点，而广泛用于各类型广告牌、室内外装饰、水景、庭院花园及道路照明等方面，还可以用于工业、医疗及科研等领域。 二、光纤照明的原理及其系统组成

理论上讲，光线是沿直线传播的，但在实际应用中，人们希望改变光线的传播方向，光纤利用全反射原理，将光沿着光纤路径传输到指定地方，如图1所示。所以在照明设计及施工中具有更强的灵活性，这完全不同于传统的照明方式。

在芯层和包层界面发生全反射

光线入射

包层（低折射率） 芯层（高折射率）

图1：光纤导光原理图

光纤照明系统是由光源、光纤两部分组成，如图2所示。 光源光纤图1图2：光纤照明系统组成图 光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送到指定地方。光纤分为端面发光和通体发光（又称侧面发光或线发光）两种。前者是将光束传到端点后，通过尾端进行照明，而后者是整个光纤链路都发光。 使用高纯度PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）为芯材的光纤有以下特性： 光学特性：光纤数值孔径为～，其受光角或光出射角为60～70度。每米透过率大于90％。光纤损耗、光纤使用长度以及光透过率的关系如表1所示：

透过率 长度损耗 1m 表1：光纤损耗、光纤长度及光透过率关系表 2m 5m 10m 20m 30m m（650nm） m（650nm） m（650nm） 材料特性：光纤使用温度范围为－40～70℃，在高于70℃环境中长时间使用会使光纤尺寸发生改变，光纤的透光性能降低。但在短时间内可承受100℃的高温。

耐化学性：由于光纤材质本身原因，光纤受到有机物品（如苯、丙酮、乙酸乙酯、稀释剂、汽油）的影响，透光性会下降，甚至损坏或溶解，因此，要注意光纤的使用环境。

由于光纤本身不能发光，光纤发出的光是由与之配套的光源提供。一个完整的光源设备应由灯泡、驱动装置、阻红外和紫外滤波片、色盘、散热装置及控制装置组成。灯泡是光源最重要部件，它决定光纤的照明亮度及显色性。实际使用过程中要根据设计需求选用不同的光源。

卤素灯光源：功率小于100W，寿命一般为2000小时，其亮度较低，但成本较低，用于小型广告牌及桌面型装饰物。

金卤灯光源：功率一般为75W和150W，寿命大于8000小时，亮度高，显色性好，成本相对较高，可使用光纤长度20米以上。一般用在大型广告牌、室内外装潢等，对亮度要求较高的场合。 光源中带有阻红外与紫外辐射的滤波片，进入光纤的光线为可见光部分。加上光纤对于红外和紫外具有高损耗特性，因此光纤输出的光不含任何红外和紫外辐射，有利于特殊场合的照明，如文物、珠宝、首饰等珍贵物品的照明。

光束颜色的变化是通过变换不同颜色的色盘来实现，一般有红、黄、绿、蓝等八种颜色，也可根据实际要求来选择不同颜色的色片。色片固定在可转动的色轮上，通过步进电机来实现光束颜色的变换。为了使光纤照明具有更多色彩，适应更广泛的需求，可以加上智能控制器来控制光源。它可以根据用户要求使光色进行预定的变换，如使用在音乐喷泉中光色可随音乐节奏而同步变化。 由于光源散发大量的热能，所以必须有散热装置来冷却，以保证光源的正常运行，散热装置一般采用风机。

三、光纤照明的特点 1、 光线沿光纤路径传播

从理论上讲，光线是直线传播的。然而因实际应用的多元性，总希望能方便地改变光的传播方向。光纤照明正是满足了这一要求，这是光纤照明的最大的特点之一。 2、 光与电分离

在传统照明中，一般的光源都是将电能转换成光能直接进行照明，光与电是分不开的。但电具有危险性，所以很多场合都希望光与电分离，排除各种隐患，确保照明的安全性。光纤照明将光与电很好地分离开来，具有很高的安全性。 四、光纤设计安装中注意的问题

光纤点间距： 在设计安装中，要考虑是强调发光点，还是作为面型发光，利用现有广告牌适用规律“可辨别的两个光点间隔与观察者之间的距离比率约为1/1000到1/1500”,如图3所示： 光纤点间隔 观察者 可辨别的两个光点最大观察距离 Lmax/d=1000或1500 Lmax/d>1500时 作为面型显示 Lmax/d<1000时 强调发光点

图3：光纤点间距安装示意图 光纤安装方向：经过光纤输出的光具有很强的方向性，图4表示的是光纤输出光的出射角与强度的

分布特性，因此在设计安装的过程中要根据观察者的位置来确定光纤安装方向，以便能让观察者感受到最好的视觉效果。通过多次试验，在观察者位置在相对安装光纤的轴径方向±20度之间时，最能有效地吸引观众。如图5所示： 光纤照度比率[%]光出射角[度] 光纤输出光出射角与强度分布特性图4：光纤输出光出射角与强度的分布特性图 广告牌 图5：光纤安装方向示意图 光纤使用环境：紫外线能加速光纤的老化，破坏光纤的传输性能。因此，光纤使用的环境不能有强紫外辐射。同时，在使用光纤的过程中，不能让光纤接触到有机溶剂。在粘接光纤的过程中，不宜用含有有机溶剂的粘接剂，推荐使用环氧系列的粘接剂。虽然光纤的耐水性较强，但不宜将光纤端面直接长时间浸泡在水中，这样会使芯层和包层发生脱离，从而影响光纤的性能。如要将光纤安装在水下时，必须对光纤尾端进行处理，如可在光纤尾端面粘涂一些耐水性很好的材料或用光纤灯头将其密封。 光纤使用环境照度：使用端面发光光纤制作的小型广告牌、桌面型装饰物品、以及安装在室内时，在照度为300勒克斯的环境下仍具有很好的显示效果。对于大型室外装饰以及使用通体发光光纤

装饰的环境，只能在照度为50勒克斯以下时，才能发挥出照明装饰效果。

光纤使用长度及端面处理：光纤输出光的亮度跟光纤长度及输入端面与光源耦合好坏有关，光纤长度越短，其输出光亮度越高。所以选择光纤的长度应根据所需的亮度来确定。一般情况下，为了保证其照明广告效果，在使用150W金卤灯光源时，端面发光光纤使用长度一般在20米内，最大不宜超过30米，为了保证通体发光光纤亮度及均匀性，其使用长度也不宜大于30米。当需要使用更长距离通体发光光纤时，可采用两台光源对接的方式。为了使光纤输入端面与光源更好地耦合，要保证输入端面干净、平整，一般采用热切方法。必要时，可用适宜的研磨方式将输入端面打磨抛光。光纤输入端与光源相接时，要使输入端面垂直于光源输出光方向，以得到最大的输入光效。

由于光纤尾端面输出的光指向性较强，为扩大可视范围，对尾端面可以根据需求进行处理，如加上各种类型的光纤灯头，用高温使端面后收缩形成球面状，用砂纸打磨表面使其粗糙。 五、光纤照明应用实例

由于光纤照明的独特优点，它已广泛地应用于各种场合，并在不断地推广中。现将目前国内应用情况简述如下： 1、 室内装饰 更有立体感。

在大厅中，其顶部天花板用端面发光光纤模拟星空效果，忽明忽暗，使人有无限太空的遐想。 在吧台上，装上端面发光光纤使吧台更显得华丽别致。 2、 水景照明

水景离开了照明就失去了迷人的景色，而不安全的照明又给游人带来危险隐患。由于光纤照明实现了光电分离，是水景中绝对安全的绿色照明。 光纤照明除了针对水本身照明时，使水色更为艳丽动人外，还可用通体发光光纤来勾勒水池的轮廊线。发光体和水融为一体，多彩绚烂的水姿与水池轮廓，形成协调的线条美。 3、 游泳池

游泳池照明最重要的是考虑安全性，光纤照明是首选的安全照明方式。用通体发光光纤作泳道的分界线既美观又清晰。 4、 城市建筑

在光彩工程中，用通体发光光纤来勾勒建筑物轮廓线是最常见的应用实例。特别是对一个城市的形象建筑，以多彩的线条使建筑轮廓在夜色中显得更蔚为壮观。同时光纤照明中，可用光色使建筑物随季节而变化，并且在更换和维护时，只需处理光源部分，对于安装在高层建筑不宜维护或更换灯具的地方，用光纤替代将更显示出其优越性。 5、 园林绿化

在园林绿化中，用端面发光光纤来作庭园灯、地埋灯，使绿地和道路在照明的同时也有色彩变化。在景观道路上，装上星星点点的端面发光光纤，更增加了景观的趣味性。 6、 溶洞照明

溶洞是一种自然景观，由于它没有阳光照射，全靠灯光来展现它的风采。多变的光色和可随意布置的光纤，对无规则溶石和湖岸更显现出它的优点，使溶洞的景色更迷人。而最重要的是清除了对游客的不安全隐患。

7、 古建筑物及博物馆文物照明

一般的灯光照明，都含有紫外辐射，从而使图书文物、木结构等建筑物加速老化，同时有电会造成火灾隐患。而用光纤照明，既安全又能达到理想的艺术效果。 8、 易燃易爆场合

在室内装饰中，用通体发光光纤来构成轮廊线条。其效果是亮度均匀、光色柔和。利用光晕照明，

在油库、矿区、军工厂、弹药库等严禁火种入内的危险场合中，应用其他照明都有明火的隐患，如不小心就会酿成大祸。从安全角度看，因光与电分开，光纤照明应是一种最理想的照明方式。 9、 太阳光的利用

在我们常见的太阳能利用中，都是把太阳光转换为热能或电能，而光纤可将太阳光直接加以利用，太阳光的综合光谱是人类难以复制的。所以把太阳光直接引入室内，不仅改善了原来的居室照明，对于地下室、隧道等见不到阳光的地方能重见光明。 10、其它

利用光纤的导光性及可见光波长的低损耗，光纤还用于医疗内窥、工业及汽车控制、传感、数据传输等领域。