專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置及其工作方法。
背景技術(shù)：
光纖傳輸照明技術(shù)是將陽(yáng)光有效收集并利用光纖傳輸?shù)叫枰彰鞯膱?chǎng)所，這種照明技術(shù)節(jié)能，且光電隔離，非常安全，其光譜也適合人類(lèi)健康需求。此類(lèi)技術(shù)的核心思想是利用聚光透鏡或者聚光反射鏡，將陽(yáng)光聚焦到光纖上，利用光纖將陽(yáng)光傳輸?shù)叫枰彰鞯膱?chǎng)所。然而在實(shí)際應(yīng)用中，需要通盤(pán)考慮建筑一體化和太陽(yáng)跟蹤精度問(wèn)題，既要有緊湊的外觀(guān)，又要有可靠、精確、廉價(jià)的跟蹤系統(tǒng)。到目前為止，相關(guān)的研究很多。太陽(yáng)跟蹤技術(shù)是本發(fā)明發(fā)明人長(zhǎng)期研究的課題，此前已有一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)(太
陽(yáng)光光纖照明裝置及太陽(yáng)跟蹤方法，ZL 200810020176.8)。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，該專(zhuān)利中的雙軸太陽(yáng)跟蹤機(jī)械結(jié)構(gòu)為串聯(lián)形式，外觀(guān)臃腫，不利于建筑一體化。事實(shí)上，現(xiàn)有的光纖照明設(shè)備基本上都采用串聯(lián)式雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)，外觀(guān)不夠緊奏，這在很大程度上限制了實(shí)現(xiàn)與建筑一體化。對(duì)于跟蹤方法而言，常采用光敏元件檢測(cè)太陽(yáng)光聚焦光斑位置的原理，如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“太陽(yáng)光光纖照明裝置”(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?11113529. 8)中的四象限光伏傳感器利用光伏器件感應(yīng)聚焦光斑的位置。這樣的方法簡(jiǎn)單易行，但其存在一定的缺陷，光敏元件中的半導(dǎo)體和塑料、樹(shù)脂材質(zhì)難以承受高溫，在高倍聚焦的陽(yáng)光照射下容易燒毀，同時(shí)由于光敏元件的物理尺寸較大，特征尺寸一般為毫米量級(jí)，限制了太陽(yáng)聚焦光斑的定位分辨率，這對(duì)于同樣為毫米量級(jí)的光纖來(lái)說(shuō)，光敏元件對(duì)聚焦光斑的位置分辨率還不夠精細(xì)。因此需要一種在實(shí)現(xiàn)建筑一體化的同時(shí)提高光敏定位裝置的可靠性和跟蹤精度，滿(mǎn)足實(shí)際的建筑中安裝應(yīng)用的太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本專(zhuān)利發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有太陽(yáng)光纖照明裝置以及跟蹤方法的缺陷，解決背景技術(shù)中所述的在實(shí)現(xiàn)建筑一體化的同時(shí)提高光敏定位裝置的可靠性和跟蹤精度，滿(mǎn)足實(shí)際的建筑中安裝應(yīng)用的問(wèn)題，提出一種太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置及其工作方法。本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置由定位單元、采光單元、板式框架、固定板、活動(dòng)板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述板式框架3為長(zhǎng)方形或正方形的雙層框架，固定板4的形狀和大小與板式框架3的上層框相同，固定板4固定在板式框架3的上層框上，圓形的雙球節(jié)定位孔9按5 25行和5 25列均勻排列在固定板4上，活動(dòng)板5上的雙球節(jié)定位孔9的數(shù)量和排列方式與固定板4上的雙球節(jié)定位孔9數(shù)量和排列方式都相同，活動(dòng)板5的中部有2條互相垂直的縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81和橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82，縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81與雙球節(jié)定位孔9的行的方向平行，橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82與雙球節(jié)定位孔9的列的方向平行，活動(dòng)板5在固定板4之下置于板式框架3內(nèi)，雙球節(jié)14通過(guò)固定板4和活動(dòng)板5中的上下對(duì)應(yīng)的兩個(gè)雙球節(jié)定位孔9卡在固定板4和活動(dòng)板5之間，雙球節(jié)14的數(shù)量和固定板4上雙球節(jié)定位孔9的數(shù)量相同，4個(gè)彈簧10分別在固定板4和活動(dòng)板5的四角處將固定板4和活動(dòng)板5拉緊連接，4個(gè)彈簧10將雙球節(jié)14夾持在固定板4和活動(dòng)板5之間，所述雙球節(jié)14為中空結(jié)構(gòu)，雙球節(jié)14由同軸連接的下球1401、上球1402和短管1403組成，下球1401和上球1402內(nèi)部連通，雙球節(jié)14的下端出口為下球出口，短管1403固接在上球出口上，雙球節(jié)14的上端出口為短管1403上端,短管1403從固定板4上的雙球節(jié)定位孔9伸出，置于固定板4和活動(dòng)板5的第一行第一個(gè)雙球節(jié)定位孔9上的雙球節(jié)14與透鏡11、透鏡支架12、定位光纖束24和十字定位光纖頭13構(gòu)成定位單元1，置于固定板4和活動(dòng)板5其余的雙球節(jié)定位孔9上的雙球節(jié)14與透鏡11、透鏡支架12、米光光纖頭23和傳導(dǎo)光纖25構(gòu)成米光單兀2 ；所述采光單元2中，透鏡11固定在透鏡支架12上端，透鏡支架12的下端固接在雙球節(jié)24的短管1403上，透鏡11與雙球節(jié)14的軸線(xiàn)垂直，管狀的采光光纖頭23從雙球節(jié)14的短管1403上端插入短管1403，采光光纖頭23上端的內(nèi)壁為圓錐面，傳導(dǎo)光纖25的受光面的一端從雙球節(jié)14的下球出口插入雙球節(jié)14并且置于采光光纖頭23內(nèi)，傳導(dǎo)光纖25的傳導(dǎo)光纖受光面28置于在透鏡21的焦點(diǎn)處； 所述定位單元I中，透鏡11固定在透鏡支架12上端，透鏡支架12的下端固接在雙球節(jié)24的短管1403上，透鏡11與雙球節(jié)14的軸線(xiàn)垂直，圓柱形的十字定位光纖頭13插入雙球節(jié)14的短管1403,十字定位光纖頭13的下端為圓孔,上端為十字槽,定位光纖束24由N條定位光纖15組成,定位光纖束24的定位光纖15受光面的一端從雙球節(jié)14的下球出口插入雙球節(jié)14，并且置于十字定位光纖頭13內(nèi)，各條定位光纖15的受光面排列在十字定位光纖頭13的十字槽內(nèi)，所述十字槽的縱向槽和橫向槽的長(zhǎng)度和寬度都相同，定位光纖15按單行排列在縱向槽和橫向槽中，縱向槽和橫向槽中的定位光纖15數(shù)量相同，定位光纖15的受光面固定在透鏡21的焦平面上，光敏元件16排列在控制器的光敏定位模塊27內(nèi)，光敏兀件16和定位光纖15數(shù)量相同,定位光纖束24的定位光纖15出光面的一端引入控制器中的光敏定位模塊27，各條定位光纖15的出光面在光敏定位模塊27中與相對(duì)應(yīng)的光敏元件16光耦合；由定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭13的十字槽上，經(jīng)定位光纖束24的定位光纖15傳導(dǎo)，在光敏定位模塊27中定位光纖15輸出定位光17由光敏元件16接收；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由縱向?qū)驌?、橫向?qū)驌?和2個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26組成,橫向?qū)驌?與雙球節(jié)定位孔9的行的方向平行，橫向?qū)驌?在橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82之下固接在板式框架3的下層框上，縱向?qū)驌?與雙球節(jié)定位孔9的列的方向平行，在縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81之下，縱向?qū)驌?的一端固接在板式框架3的下層框上,縱向?qū)驌?另一端與橫向?qū)驌?固接，一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26置于縱向?qū)驌?上為縱向驅(qū)動(dòng)部件，縱向驅(qū)動(dòng)部件中的驅(qū)動(dòng)板2604上端插入縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81內(nèi)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26置于橫向?qū)驌?上為橫向驅(qū)動(dòng)部件，橫向驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)板2604上端插入橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82內(nèi)；所述驅(qū)動(dòng)部件26中，電機(jī)2601通過(guò)電機(jī)支架2608固接在導(dǎo)向撐上，電機(jī)2601的軸和導(dǎo)向撐平行，電機(jī)2601的軸與絲杠2602的一端同軸連接，絲杠支架2609固接在導(dǎo)向撐上，絲杠2602的另一端置于絲杠支架2609的圓孔內(nèi)，絲杠2602與導(dǎo)向撐構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在絲杠2602之下導(dǎo)向撐上有2個(gè)互相平行的導(dǎo)向槽2607，驅(qū)動(dòng)板2604垂直于導(dǎo)向撐固接在絲杠螺母2603上，驅(qū)動(dòng)板2604下端的2個(gè)滑塊分別在2個(gè)導(dǎo)向槽2607中滑動(dòng)，在電機(jī)支架2608和絲杠支架2609之間，2個(gè)限位開(kāi)關(guān)2606固接在導(dǎo)向撐的側(cè)面上，靠近電機(jī)支架2608的限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭指向電機(jī)支架2608，靠近絲杠支架2609的限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭指向絲杠支架2609，在安裝限位開(kāi)關(guān)2606的同側(cè)，限位片2605垂直于驅(qū)動(dòng)板2604固接在驅(qū)動(dòng)板2604上，限位片2605的高度低于2個(gè)限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭高度，限位片2605壓住限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭時(shí)，限位開(kāi)關(guān)2606給出限位信號(hào)；縱向驅(qū)動(dòng)部件中，所述導(dǎo)向撐為縱向?qū)驌?,橫向驅(qū)動(dòng)部件中,所述導(dǎo)向撐為橫向?qū)驌? ；所述定位光纖束24中定位光纖15數(shù)量N范圍為5 33 ;所述光敏定位模塊27中，光敏元件16按圓形排列或者按十字形排列；所述光敏元件16為光電二極管或光敏三極管。本發(fā)明中,采光單元2和定位單元I的雙球節(jié)14在雙球節(jié)定位孔9中由固定板4和活動(dòng)板5夾持，組成互相平行的雙球節(jié)組合并行機(jī)械結(jié)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5，使 得采光單元2和定位單元I在跟蹤太陽(yáng)時(shí)平行擺動(dòng)；縱向驅(qū)動(dòng)部件中的電機(jī)2601轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5縱向移動(dòng),橫向驅(qū)動(dòng)部件中的電機(jī)2601轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5橫向移動(dòng),驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5的縱向或橫向移動(dòng),驅(qū)動(dòng)雙球節(jié)14和透鏡11 一起擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的定位單元I和采光單元2對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的工作方法的操作步驟為步驟一捕獲太陽(yáng)光，啟動(dòng)橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601和縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5平動(dòng)，粗調(diào)活動(dòng)板5的位置，使定位單元I和采光單元2的透鏡11擺動(dòng)，直至由定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭13的十字槽上，光敏定位模塊27中一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件16接收到定位光纖15輸出的定位光17，輸出定位信號(hào)，橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601和縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601停止轉(zhuǎn)動(dòng)；步驟二 根據(jù)光敏定位模塊27中各個(gè)光敏元件16的輸出信號(hào)是否相同，判別定位單元I的透鏡11聚焦的光斑中心是否與十字定位光纖頭13的十字槽中心重合，如不重合，進(jìn)行步驟三；如定位單元I的透鏡11聚焦的光斑中心與十字定位光纖頭13的十字槽中心重合，直接進(jìn)行步驟四；步驟三通過(guò)分析光敏定位模塊27中各個(gè)光敏元件16輸出的定位信號(hào)大小，判斷定位單元I的透鏡11聚焦的光斑中心與十字定位光纖頭13的中心的偏差方向和大小，由橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601或者由縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601細(xì)調(diào)活動(dòng)板5的位置，進(jìn)行偏差控制，直至所述偏差消除，進(jìn)行步驟四；步驟四太陽(yáng)光經(jīng)采光單元2的透鏡11聚焦，輸出光斑照射到采光單元2的采光光纖頭23中的傳導(dǎo)光纖25的受光面上，太陽(yáng)光經(jīng)傳導(dǎo)光纖25傳導(dǎo)到室內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明；步驟五隨太陽(yáng)光方向變化，定位單元I的透鏡11聚焦的光斑與十字定位光纖頭13的十字槽發(fā)生新的偏差，定時(shí)讀取光敏定位模塊27中各個(gè)光敏元件16輸出的定位信號(hào)，進(jìn)行偏差判斷，有一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件16輸出定位信號(hào)，判定為小偏差，則回到步驟三，進(jìn)行偏差控制；如果定位單元I的透鏡11聚焦的光斑完全離開(kāi)十字定位光纖頭13的十字槽，光敏元件16全部無(wú)輸出信號(hào)，判定為大偏差，則回到步驟一，重新捕獲太陽(yáng)光。本發(fā)明的有益效果為，利用雙球形節(jié)組成的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其外觀(guān)緊湊，整體呈板狀，使其安裝的位置并不局限于樓頂，同時(shí)也可以壁掛于樓宇的外墻上，有利于實(shí)現(xiàn)建筑一體化。對(duì)太陽(yáng)跟蹤的定位方法中，由于使用定位光纖將陽(yáng)光引到對(duì)應(yīng)的光敏元件處，避免了過(guò)熱的聚焦太陽(yáng)光斑直接對(duì)準(zhǔn)光敏元件而將其燒毀，同時(shí)，由于定位光纖直徑可以制作得非常纖細(xì)，很容易可以做到傳導(dǎo)光纖直徑的五分之一以下，遠(yuǎn)小于光敏元件感光面直徑，大幅度提高太陽(yáng)光聚焦光斑的位置分辨率。


圖I為太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的上視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的下視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為活動(dòng)板示意圖；圖4為雙球節(jié)示意圖；圖5為采光單元中采光光纖頭與傳導(dǎo)光纖裝配示意圖； 圖6為采光單元中雙球節(jié)與采光光纖頭和傳導(dǎo)光纖裝配示意圖；圖7為采光單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為采光單元安裝示意圖；圖9為定位單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為定位單元中定位光纖束與十字光纖頭和光敏定位模塊連接示意圖；圖11為定位單元的十字光纖頭中定位光纖排列示意圖；圖12為光敏定位模塊中定位光纖和光敏元件耦合以及定位原理示意圖；圖13為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為驅(qū)動(dòng)部件安裝示意圖；圖16為太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的工作方法流程圖。圖中，I—定位單元，2—采光單元，3—板式框架，4—固定板，5—活動(dòng)板，6—縱向?qū)驌危?—橫向?qū)驌危?1—縱向驅(qū)動(dòng)卡槽,82—橫向驅(qū)動(dòng)卡,9—槽雙球節(jié)定位孔，10—彈簧，11—透鏡，12—透鏡支架，13—十字定位光纖頭，14—雙球節(jié)，1401—下球，1402—上球，1403—短管，15 —定位光纖，16 —光敏兀件，17 —定位光，23 —米光光纖頭，24—定位光纖束，25—傳導(dǎo)光纖，26—驅(qū)動(dòng)部件，2601—電機(jī)，2602—絲杠，2603—絲杠螺母，2604—驅(qū)動(dòng)板，2605—限位片，2606—限位開(kāi)關(guān)，2607—導(dǎo)向槽，2608—電機(jī)支架，2609—絲杠支架，27—光敏定位模塊，28—傳導(dǎo)光纖受光面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I和圖2分別為太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置實(shí)施例的上視結(jié)構(gòu)示意圖和下視結(jié)構(gòu)示意圖，太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置由定位單元、采光單元、板式框架、固定板、活動(dòng)板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。板式框架3為長(zhǎng)方形或正方形的雙層框架，固定板4的形狀和大小與板式框架3的上層框相同，固定板4固定在板式框架3的上層框上，圓形的雙球節(jié)定位孔9按5 25行和5 25列均勻排列在固定板4上。如圖3所示，活動(dòng)板5上的雙球節(jié)定位孔9的數(shù)量和排列方式與固定板4上的雙球節(jié)定位孔9數(shù)量和排列方式都相同，活動(dòng)板5的中部有2條互相垂直的縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81和橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82，縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81與雙球節(jié)定位孔9的行的方向平行，橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82與雙球節(jié)定位孔9的列的方向平行?；顒?dòng)板5在固定板4之下置于板式框架3內(nèi)，雙球節(jié)14通過(guò)固定板4和活動(dòng)板5中的上下對(duì)應(yīng)的兩個(gè)雙球節(jié)定位孔9卡在固定板4和活動(dòng)板5之間，雙球節(jié)14的數(shù)量和固定板4上雙球節(jié)定位孔9的數(shù)量相同，4個(gè)彈簧10分別在固定板4和活動(dòng)板5中的四角處將固定板4和活動(dòng)板5拉緊連接，4個(gè)彈簧10將雙球節(jié)14夾持在固定板4和活動(dòng)板5之間。如圖4所示，雙球節(jié)14為中空結(jié)構(gòu)，雙球節(jié)14由同軸連接的下球1401、上球1402和短管1403組成，下球1401和上球1402內(nèi)部連通，雙球節(jié)14的下端出口為下球出口，短管1403固接在上球出口上，雙球節(jié)14的上端出口為短管1403上端，短管1403從固定板4上的雙球節(jié)定位孔9伸出。置于固定板4和活動(dòng)板5的第一行第一個(gè)雙球節(jié)定位孔9上的雙球節(jié)14與透鏡11、透鏡支架12、定位光纖束24和十字定位光纖頭13構(gòu)成定位單元I。置于固定板4和活動(dòng)板5其余的雙球節(jié)定位孔9上的雙球節(jié)14與透鏡11、透鏡支架12、采光光纖頭23和傳導(dǎo)光纖25構(gòu)成米光單兀2。
如圖5、圖6和圖7所示，采光單元2中，透鏡11固定在透鏡支架12上端，透鏡支架12的下端固接在雙球節(jié)24的短管1403上，透鏡11與雙球節(jié)14的軸線(xiàn)垂直，管狀的采光光纖頭23從雙球節(jié)14的短管1403上端插入短管1403，采光光纖頭23上端的內(nèi)壁為圓錐面，以便更好地采集聚焦光斑。傳導(dǎo)光纖25的受光面的一端從雙球節(jié)14的下球出口插入雙球節(jié)14并且置于采光光纖頭23內(nèi)，傳導(dǎo)光纖25的傳導(dǎo)光纖受光面28置于在透鏡21的焦點(diǎn)處。圖8為采光單元2在固定板4和活動(dòng)板5上安裝的示意圖。固定板4固定在板式框架3上，活動(dòng)板5移動(dòng)時(shí)，雙球節(jié)14帶動(dòng)透鏡11、透鏡支架12和采光光纖頭23 —起擺動(dòng)。如圖9的定位單元結(jié)構(gòu)示意圖所示，定位單元I中，透鏡11固定在透鏡支架12上端，透鏡支架12的下端固接在雙球節(jié)24的短管1403上，透鏡11與雙球節(jié)14的軸線(xiàn)垂直。圖10為定位單元中定位光纖束與十字光纖頭和光敏定位模塊連接示意圖，圖11為定位單元的十字光纖頭中定位光纖排列示意圖。圓柱形的十字定位光纖頭13插入雙球節(jié)14的短管1403，十字定位光纖頭13的下端為圓孔，上端為十字槽。定位光纖束24采用5、9、13、17、21、25、29或33條定位光纖15組成的光纖束，本實(shí)施例采用21條定位光纖15。定位光纖束24的定位光纖15受光面的一端從雙球節(jié)14的下球出口插入雙球節(jié)14，并且置于十字定位光纖頭13內(nèi)，各條定位光纖15的受光面排列在十字定位光纖頭13的十字槽內(nèi)，所述十字槽的縱向槽和橫向槽的長(zhǎng)度和寬度都相同，定位光纖15按單行排列在縱向槽和橫向槽中，縱向槽和橫向槽中的定位光纖15數(shù)量相同。定位光纖15的受光面固定在透鏡21的焦平面上，光敏兀件16排列在控制器的光敏定位模塊27內(nèi)，光敏兀件16和定位光纖15數(shù)量相同，定位光纖束24的定位光纖15出光面的一端引入控制器中的光敏定位模塊27，各條定位光纖15的出光面在光敏定位模塊27中與相對(duì)應(yīng)的光敏元件16光耦合。圖12為光敏定位模塊中定位光纖和光敏元件耦合以及定位原理示意圖，由定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭13的十字槽上，經(jīng)定位光纖束24的定位光纖15傳導(dǎo)，在光敏定位模塊27中定位光纖15輸出定位光17由光敏元件16接收。本實(shí)施例中光敏元件16為光敏三極管。通過(guò)判斷被激發(fā)的光敏元件16序號(hào)，可判斷出傳導(dǎo)陽(yáng)光的定位光纖15的序號(hào)，進(jìn)而判斷出十字光纖頭13的端面上聚焦光斑的所在位置。
定位光纖15能承受高倍聚焦陽(yáng)光而不被燒毀。聚焦后的陽(yáng)光通過(guò)定位光纖15傳導(dǎo)后輸出的定位光17再次發(fā)散，使相應(yīng)的光敏兀件16受到激發(fā)，同時(shí)經(jīng)過(guò)定位光纖15的傳導(dǎo)衰減和末端發(fā)散，定位光纖15發(fā)光端的福射強(qiáng)度已經(jīng)降低,不會(huì)燒毀光敏兀件16。定位光纖15的直徑可以很容易做到比光敏元件16更小，這樣使得太陽(yáng)光聚焦光斑的定位精度不再受制于光敏元件16的尺寸。圖13為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由縱向?qū)驌?、橫向?qū)驌?和2個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26組成。橫向?qū)驌?與雙球節(jié)定位孔9的行的方向平行,橫向?qū)驌?在橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82之下固接在板式框架3的下層框上?？v向?qū)驌?與雙球節(jié)定位孔9的列的方向平行，在縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81之下，縱向?qū)驌?的一端固接在板式框架3的下層框上，縱向?qū)驌?另一端與橫向?qū)驌?固接。一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26置于縱向?qū)驌?上為縱向驅(qū)動(dòng)部件，縱向驅(qū)動(dòng)部件中的驅(qū)動(dòng)板2604上端插入縱向驅(qū)動(dòng)卡槽81內(nèi)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件26置于橫向?qū)驌?上為橫向驅(qū)動(dòng)部件，橫向驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)板2604上端插入橫向驅(qū)動(dòng)卡槽82內(nèi)。如圖14所示，驅(qū)動(dòng)部件26中，電機(jī)2601通過(guò)電機(jī)支架2608固接在導(dǎo)向撐上，電·機(jī)2601的軸和導(dǎo)向撐平行，電機(jī)2601的軸與絲杠2602的一端同軸連接，絲杠支架2609固接在導(dǎo)向撐上，絲杠2602的另一端置于絲杠支架2609的圓孔內(nèi)，絲杠2602與導(dǎo)向撐構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。在絲杠2602之下導(dǎo)向撐上有2個(gè)互相平行的導(dǎo)向槽2607，驅(qū)動(dòng)板2604垂直于導(dǎo)向撐固接在絲杠螺母2603上，驅(qū)動(dòng)板2604下端的2個(gè)滑塊分別在2個(gè)導(dǎo)向槽2607中滑動(dòng)。在電機(jī)支架2608和絲杠支架2609之間，2個(gè)限位開(kāi)關(guān)2606固接在導(dǎo)向撐的側(cè)面上，靠近電機(jī)支架2608的限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭指向電機(jī)支架2608，靠近絲杠支架2609的限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭指向絲杠支架2609。在安裝限位開(kāi)關(guān)2606的同側(cè)，限位片2605垂直于驅(qū)動(dòng)板2604固接在驅(qū)動(dòng)板2604上，限位片2605的高度低于2個(gè)限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭高度，限位片2605壓住限位開(kāi)關(guān)2606的開(kāi)關(guān)觸頭時(shí)，限位開(kāi)關(guān)2606給出限位信號(hào)，使電機(jī)2601反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部件安裝示意圖如圖15所示，縱向驅(qū)動(dòng)部件中，導(dǎo)向撐為縱向?qū)驌?,橫向驅(qū)動(dòng)部件中，導(dǎo)向撐為橫向?qū)驌?。圖16為太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的工作方法流程圖。步驟110，啟動(dòng)；步驟120，橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601和縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板5平動(dòng)，粗調(diào)活動(dòng)板5的位置，使定位單元I和采光單元2的透鏡11擺動(dòng)，直至由定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭13的十字槽上，光敏定位模塊27中一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件16輸出定位信號(hào)，捕獲太陽(yáng)光，粗調(diào)結(jié)束，進(jìn)行步驟130 ;步驟130，判斷光斑中心是否位于十字光纖頭13中心，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟150，否則轉(zhuǎn)入步驟140 ;步驟140，判斷光斑中心與十字光纖頭13中心的偏差大小和方向，由橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601或者由縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)2601細(xì)調(diào)活動(dòng)板5的位置，直至所述偏差消除，進(jìn)行步驟150 ;步驟150，采光單元2的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光斑與傳導(dǎo)光纖25的受光面完全重合，太陽(yáng)光經(jīng)由傳導(dǎo)光纖25傳導(dǎo)到室內(nèi)照明；步驟160，隨太陽(yáng)光方向變化，定位單元I的透鏡11聚焦的光斑中心與十字定位光纖頭13的十字槽發(fā)生新的偏差，按設(shè)定的時(shí)間間隔，定時(shí)讀取光敏定位模塊27輸出信號(hào)，進(jìn)行步驟170偏差判斷；步驟170，判斷偏差大小，如果定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑與十字定位光纖頭13的十字槽部分重合，一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件16輸出定位信號(hào)，判定為小偏差，返回步驟140，進(jìn)行細(xì)調(diào)；如果定位單元I的透鏡11聚焦的太陽(yáng)光光斑完全離開(kāi)十字定位光纖頭13的十字槽，全部光敏元件16都無(wú)輸出信號(hào)，判定為大偏差，轉(zhuǎn)入步驟120，進(jìn)行粗調(diào)，重新捕獲太陽(yáng)光。本發(fā)明解決背景技術(shù)中所述的在實(shí)現(xiàn)建筑一體化的同時(shí)提高光敏定位裝置的可靠性和跟蹤精度問(wèn)題，滿(mǎn)足實(shí)際的建筑中安裝應(yīng)用，適用于背陰房間和地下室的自然光照明。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置，其特征在于，太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置由定位單元、采光單元、板式框架、固定板、活動(dòng)板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述板式框架(3)為長(zhǎng)方形或正方形的雙層框架，固定板(4)的形狀和大小與板式框架(3)的上層框相同，固定板(4)固定在板式框架(3)的上層框上，圓形的雙球節(jié)定位孔(9)按5 25行和5 25列均勻排列在固定板(4)上，活動(dòng)板(5)上的雙球節(jié)定位孔(9)的數(shù)量和排列方式與固定板(4)上的雙球節(jié)定位孔(9)數(shù)量和排列方式都相同，活動(dòng)板(5)的中部有2條互相垂直的縱向驅(qū)動(dòng)卡槽(81)和橫向驅(qū)動(dòng)卡槽(82)，縱向驅(qū)動(dòng)卡槽(81)與雙球節(jié)定位孔(9)的行的方向平行，橫向驅(qū)動(dòng)卡槽(82)與雙球節(jié)定位孔(9)的列的方向平行，活動(dòng)板(5)在固定板(4)之下置于板式框架(3)內(nèi)，雙球節(jié)(14)通過(guò)固定板(4)和活動(dòng)板(5)中的上下對(duì)應(yīng)的兩個(gè)雙球節(jié)定位孔(9 )卡在固定板(4)和活動(dòng)板(5 )之間，雙球節(jié)(14)的數(shù)量和固定板(4)上雙球節(jié)定位孔(9)的數(shù)量相同，4個(gè)彈簧(10)分別在固定板(4)和活動(dòng)板(5)的四角處將固定板(4 )和活動(dòng)板(5 )拉緊連接，4個(gè)彈簧(10 )將雙球節(jié)(14 )夾持在固定板(4 )和活動(dòng)板(5 )之間，所述雙球節(jié)(14 )為中空結(jié)構(gòu)，雙球節(jié)(14 )由同軸連接的下球(1401 )、上球(1402 )和短管(1403)組成，下球(1401)和上球(1402)內(nèi)部連通，雙球節(jié)(14)的下端出口為下球出口，短管(1403)固接在上球出口上，雙球節(jié)(14)的上端出口為短管(1403)上端，短管(1403)從固定板(4)上的雙球節(jié)定位孔(9)伸出，置于固定板(4)和活動(dòng)板(5)的第一行第一個(gè)雙球節(jié)定位孔(9)上的雙球節(jié)(14)與透鏡(11)、透鏡支架(12)、定位光纖束(24)和十字定位光纖頭(13)構(gòu)成定位單元(1)，置于固定板(4)和活動(dòng)板(5)其余的雙球節(jié)定位孔(9)上的雙球節(jié)(14)與透鏡(11)、透鏡支架(12)、米光光纖頭(23)和傳導(dǎo)光纖(25)構(gòu)成米光單兀(2)； 所述采光單元(2)中，透鏡(11)固定在透鏡支架(12)上端，透鏡支架(12)的下端固接在雙球節(jié)24的短管(1403)上，透鏡(11)與雙球節(jié)(14)的軸線(xiàn)垂直，管狀的采光光纖頭(23)從雙球節(jié)(14)的短管(1403)上端插入短管(1403)，采光光纖頭(23)上端的內(nèi)壁為圓錐面，傳導(dǎo)光纖(25)的受光面的一端從雙球節(jié)(14)的下球出口插入雙球節(jié)(14)并且置于采光光纖頭(23)內(nèi)，傳導(dǎo)光纖(25)的傳導(dǎo)光纖受光面28置于在透鏡21的焦點(diǎn)處； 所述定位單元(I)中，透鏡(11)固定在透鏡支架(12)上端，透鏡支架(12)的下端固接在雙球節(jié)24的短管(1403)上，透鏡(11)與雙球節(jié)(14)的軸線(xiàn)垂直，圓柱形的十字定位光纖頭(13)插入雙球節(jié)(14)的短管(1403),十字定位光纖頭(13)的下端為圓孔,上端為十字槽，定位光纖束(24)由N條定位光纖(15)組成，定位光纖束(24)的定位光纖(15)受光面的一端從雙球節(jié)(14)的下球出口插入雙球節(jié)(14)，并且置于十字定位光纖頭(13)內(nèi)，各條定位光纖(15)的受光面排列在十字定位光纖頭(13)的十字槽內(nèi)，所述十字槽的縱向槽和橫向槽的長(zhǎng)度和寬度都相同，定位光纖(15)按單行排列在縱向槽和橫向槽中，縱向槽和橫向槽中的定位光纖(15)數(shù)量相同，定位光纖(15)的受光面固定在透鏡21的焦平面上，光敏兀件(16)排列在控制器的光敏定位模塊(27)內(nèi)，光敏兀件(16)和定位光纖(15)數(shù)量相同，定位光纖束(24)的定位光纖(15)出光面的一端引入控制器中的光敏定位模塊(27),各條定位光纖(15)的出光面在光敏定位模塊(27)中與相對(duì)應(yīng)的光敏元件(16)光耦合；由定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭(13)的十字槽上，經(jīng)定位光纖束(24)的定位光纖(15)傳導(dǎo)，在光敏定位模塊(27)中定位光纖(15)輸出定位光(17)由光敏元件(16)接收；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由縱向?qū)驌?6)、橫向?qū)驌?7)和2個(gè)驅(qū)動(dòng)部件(26)組成,橫向?qū)驌?7)與雙球節(jié)定位孔(9)的行的方向平行，橫向?qū)驌?7)在橫向驅(qū)動(dòng)卡槽(82)之下固接在板式框架(3)的下層框上，縱向?qū)驌?6)與雙球節(jié)定位孔(9)的列的方向平行，在縱向驅(qū)動(dòng)卡槽(81)之下，縱向?qū)驌?6)的一端固接在板式框架(3)的下層框上，縱向?qū)驌?6)另一 端與橫向?qū)驌?7)固接,一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件(26)置于縱向?qū)驌?6)上為縱向驅(qū)動(dòng)部件，縱向驅(qū)動(dòng)部件中的驅(qū)動(dòng)板(2604)上端插入縱向驅(qū)動(dòng)卡槽(81)內(nèi)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件(26)置于橫向?qū)驌?7)上為橫向驅(qū)動(dòng)部件,橫向驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)板(2604)上端插入橫向驅(qū)動(dòng)卡槽(82)內(nèi)； 所述驅(qū)動(dòng)部件(26)中，電機(jī)(2601)通過(guò)電機(jī)支架(2608)固接在導(dǎo)向撐上，電機(jī)(2601)的軸和導(dǎo)向撐平行，電機(jī)(2601)的軸與絲杠(2602)的一端同軸連接，絲杠支架(2609)固接在導(dǎo)向撐上，絲杠(2602)的另一端置于絲杠支架(2609)的圓孔內(nèi)，絲杠(2602)與導(dǎo)向撐構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在絲杠(2602)之下導(dǎo)向撐上有2個(gè)互相平行的導(dǎo)向槽(2607)，驅(qū)動(dòng)板(2604)垂直于導(dǎo)向撐固接在絲杠螺母(2603)上，驅(qū)動(dòng)板(2604)下端的2個(gè)滑塊分別在2 個(gè)導(dǎo)向槽(2607)中滑動(dòng)，在電機(jī)支架(2608)和絲杠支架(2609)之間，2個(gè)限位開(kāi)關(guān)(2606)固接在導(dǎo)向撐的側(cè)面上，靠近電機(jī)支架(2608)的限位開(kāi)關(guān)(2606)的開(kāi)關(guān)觸頭指向電機(jī)支架(2608 )，靠近絲杠支架(2609 )的限位開(kāi)關(guān)(2606 )的開(kāi)關(guān)觸頭指向絲杠支架(2609 )，在安裝限位開(kāi)關(guān)(2606)的同側(cè)，限位片(2605)垂直于驅(qū)動(dòng)板(2604)固接在驅(qū)動(dòng)板(2604)上，限位片(2605)的高度低于2個(gè)限位開(kāi)關(guān)(2606)的開(kāi)關(guān)觸頭高度，限位片(2605)壓住限位開(kāi)關(guān)(2606)的開(kāi)關(guān)觸頭時(shí)，限位開(kāi)關(guān)(2606)給出限位信號(hào)；縱向驅(qū)動(dòng)部件中，所述導(dǎo)向撐為縱向?qū)驌?6),橫向驅(qū)動(dòng)部件中,所述導(dǎo)向撐為橫向?qū)驌?7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置，其特征在于，所述定位光纖束(24)中定位光纖(15)數(shù)量N范圍為5 33。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置，其特征在于，所述光敏定位模塊(27 )中，光敏元件(16 )按圓形排列或者按十字形排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置，其特征在于，所述光敏元件(16)為光電二極管或光敏三極管。
5.一種光太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的工作方法，其特征在于，如權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置的工作方法的操作步驟為 步驟一捕獲太陽(yáng)光，啟動(dòng)橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)和縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板(5)平動(dòng)，粗調(diào)活動(dòng)板(5)的位置，使定位單元(I)和采光單元(2)的透鏡(11)擺動(dòng)，直至由定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的太陽(yáng)光光斑照射到十字定位光纖頭(13)的十字槽上，光敏定位模塊(27)中一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件(16)接收到定位光纖(15)輸出的定位光(17),輸出定位信號(hào),橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)和縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 步驟二 根據(jù)光敏定位模塊(27)中各個(gè)光敏元件(16)的輸出信號(hào)是否相同，判別定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的光斑中心是否與十字定位光纖頭(13)的十字槽中心重合，如不重合，進(jìn)行步驟三；如定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的光斑中心與十字定位光纖頭(13)的十字槽中心重合，直接進(jìn)行步驟四； 步驟三通過(guò)分析光敏定位模塊(27)中各個(gè)光敏元件(16)輸出的定位信號(hào)大小，判斷定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的光斑中心與十字定位光纖頭(13)的中心的偏差方向和大小，由橫向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)或者由縱向驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)(2601)細(xì)調(diào)活動(dòng)板(5)的位置，進(jìn)行偏差控制，直至所述偏差消除，進(jìn)行步驟四； 步驟四太陽(yáng)光經(jīng)采光單元(2)的透鏡(11)聚焦，輸出光斑照射到采光單元(2)的采光光纖頭(23)中的傳導(dǎo)光纖(25)的受光面上，太陽(yáng)光經(jīng)傳導(dǎo)光纖(25)傳導(dǎo)到室內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明； 步驟五 隨太陽(yáng)光方向變化，定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的光斑與十字定位光纖頭(13)的十字槽發(fā)生新的偏差，定時(shí)讀取光敏定位模塊(27)中各個(gè)光敏元件(16)輸出的定位信號(hào)，進(jìn)行偏差判斷，有一個(gè)或一個(gè)以上光敏元件(16)輸出定位信號(hào)，判定為小偏差，則回到步驟三，進(jìn)行偏差控制；如果定位單元(I)的透鏡(11)聚焦的光斑完全離開(kāi)十字定位光纖頭(13)的十字槽，光敏元件(16)全部無(wú)輸出信號(hào)，判定為大偏差，則回到步驟一，重新捕獲太陽(yáng)光。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置及其工作方法，太陽(yáng)光室內(nèi)照明光纖傳導(dǎo)裝置由定位單元、采光單元、板式框架、固定板、活動(dòng)板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。采光單元和定位單元的雙球節(jié)在雙球節(jié)定位孔中由固定板和活動(dòng)板夾持，組成互相平行的雙球節(jié)組合并行機(jī)械結(jié)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板，使得采光單元和定位單元在跟蹤太陽(yáng)時(shí)平行擺動(dòng)；采用定位光纖在十字定位光纖頭上十字排列以及定位光纖與光敏元件一一對(duì)應(yīng)的光耦合實(shí)現(xiàn)光纖傳導(dǎo)裝置的全部采光單元對(duì)太陽(yáng)同步跟蹤。本發(fā)明外觀(guān)緊湊，整體呈板狀，安裝位置并不局限于樓頂，也可以壁掛于樓宇的外墻上，有利于實(shí)現(xiàn)建筑一體化，適用于背陰房間和地下室的自然光照明。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102943989SQ20121045892
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者宋記鋒, 靳周, 楊勇平 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)