Светильник



Светильник
Светильник
Светильник
Светильник
Светильник

 


Владельцы патента RU 2522656:

Думицкий Владимир Иванович (RU)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к осветителям, предназначенным для выращивания рассады, овощей или цветов в домашних или промышленных условиях, и может быть использовано в других областях народного хозяйства, где требуется индивидуальная подсветка, например, для разведения различных существ. Светильник содержит излучатель с отражателем. Светильник снабжен поляризатором, расположенным на его оптическом выходе или на пути светового потока излучателя. Поляризатор выполнен, например, в виде диэлектрической решетки или пленочным, нанесенным, например, на отражающую поверхность отражателя излучателя. Поляризирующий диэлектрик поляризатора имеет границы раздела сред, например, воздух-стекло. Поверхности поляризации на границах раздела сред диэлектриков расположены под углом к падающим лучам излучателя и определяются зоной угла Брюстера. При таком выполнении упрощается конструкция устройства, повышается КПД фотосинтетически активной радиации излучения, что приводит к повышению вегетации и сокращению сроков развития растений, экономии электроэнергии, сокращению стоимости устройства. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании сельхозкультур, например, в оранжереях.

Известно устройство (патент РФ №2031572, МПК A01G 31/02, 009/24, 1981 г.), содержащее источник облучения и отражатель, который состоит из двух частей: один в виде цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта светоотражающим материалом, стационарная часть отражателя закреплена на стеллажах для выращивания растений, а поворотная часть шарнирно соединена с первой и выполнена телескопической. Вдоль оси отражателя размещен источник оптического излучения.

По мнению автора это позволяет снизить удельную мощность устройства облучения и потери потока излучения.

Известно устройство, в котором отражатель выполнен в виде цилиндра, но в котором размещается надкорневая часть растений, а требуемый режим освещения создается посредством источника оптического излучения.

Недостаток: низкая производительность предлагаемого устройства, большие потери электроэнергии (патент РФ №2056094, МПК A01G 001/02, 009/24, 031/02; F21V 007/12, 007/16, 1990 г.)

Известно устройство (прототип), патент РФ №2369086, МПК A01G 009/20, 2006 г. Фитопрожектор выполнен в виде прямоугольной рамы, светодиоды расположены на платах, платы установлены в один ряд в прозрачных герметичных плафонах, плафоны установлены внутри корпуса с зазором относительно друг друга в несколько параллельных рядов так, что центральные оси световых потоков светодиодов направлены в одну сторону к лицевой поверхности корпуса и перпендикулярно его плоскости.

Фитопрожектор, управляемый от микропроцессорной установки, позволяет обеспечивать спектральный состав излучения, оптимальный для фотосинтетической активной радиации (ФАР) с учетом стадии развития и вида растений и позволяющий при необходимости изменять состав излучения и время экспозиции.

Недостатки: громоздкая и дорогостоящая конструкция, требующая сложной электронной схемы управления (программируемый контроллер с операционными стеками протоколов и т.д.), большое энергопотребление.

Максимальное поглощение хлорофиллом хаотично вращающихся фотонов происходит при совпадении направлений пропускания световых векторов Е падающего света с векторами пропускания клеток хлорофилла и минимально - при полном (90°) расхождении этих направлений. Так как хлорофиллы поглощают свет избирательно, то в этом случае - очень низкий коэффициент полезного действия фотосинтетической активной радиации излучения (КПД ФАР) как в прототипе, так и в его аналогах.

Цель изобретения - повышение КПД ФАР излучения и упрощение конструкции.

На Фиг.1 изображена конструкция (основная) устройства, где: 1 - источник излучения; 2 - отражатель; 3 - световой поток; 4 - оптическая ось излучателя 1; 5 - поляризатор, расположен на оптическом выходе светильника. Рабочая часть поляризатора (поляризирующего диэлектрика) выполнена из диэлектрического материала 6. В качестве диэлектрика 6 может быть использовано, например, стекло или пленка, состоящая из М-го количества (где М - 1, 2, 3…, м) слоев диэлектрической, например, изотропной пленки с равными или различными показателями преломления - n. При большем числе слоев пленки, эффект поляризации возрастает до определенного предела. Если пленка располагается: на стеклянной (поляризирующей пластине) подложке 7, или на отражающей поверхности 2, или на поверхности 6, или на каких-либо их участках, положение поляризирующих поверхностей которых определяется зоной угла Брюстера, то угловому положению падающих в эту зону лучей в пучке должен соответствовать относительный коэффициент преломления N, равный отношению показателей преломления диэлектриков на границе раздела сред (например, n1/n0 или n2/n1, …, n3/n1 и т.д. где n1,2,3, м - показатели преломления диэлектриков), и который, в свою очередь, соответствует углу Брюстера - θN, образованному падающим лучем и нормалью к поверхности в точке падения. Угловой разброс зоны угла Брюстера ±Δθ зависит от материала диэлектриков (их химических компонент) и примерно равен 6÷10 градусам. При этом поверхность границы раздела сред диэлектриков, включающих эти зоны, может быть перпендикулярна оптической оси 4 излучателя, параллельна или под некоторым углом к ней - в общем случае для всех разновидностей поляризаторов: поверхности поляризации на границах раздела сред диэлектриков расположены под углом к падающим лучам излучателя и определяются зоной угла Брюстера. При таких конструкциях устройства световой поток, падающий на поляризатор, может быть диффузионным.

В варианте исполнения поляризатора 5, например, в виде диэлектрической решетки Фиг.1, на подложке 7 (стеклянной пластине - n1), располагаются поляризирующие поверхности 6 различной формы, таким образом, что нормаль к каждой из них, как и при пленочном исполнении рабочей части поляриатора 6, образует с падающим соответствующим лучом (лучами) угол Брюстера (θ), в случае пучка - углы, близкие к углу Брюстера, равные: θ±Δθ (θ±Δθ - зона угла Брюстера). Между показателем преломления N и углом θ существует зависимость: tgθ=N - закон Брюстера. Фиг.1, вид по стрелке А - показан частичный вырез поляризирующей поверхности, (позиция 6 не обозначена), где: Ф 1 1 - преломленный поляризированный луч (или лучи); Ф 1 11 - отраженный от рабочей поверхности 6 луч или пучок поляризированных лучей, расхождение которых не более угловой величины 2Δθ (2Δθ - ширина зоны Брюстера).

В варианте решетчатого (рельефного) исполнения Фиг.1, поляризирующие поверхности диэлектрика 6, например, имеющие цилиндрические поверхности или дуговые, расположенные концентрически по кругу - симметрично оси 4, или по спирали и с шагом, позволяют части светового потока свободно проходить через диэлектрик 6.

Кольцевой дополнительный отражатель 8, расположенный на периферии поляризатора 5, частично уменьшает потери - рассеянную часть светового потока, возвращает в общий смешанный поток, т.е. общий световой поток на выходе поляризатора 5 будет состоять из двух составляющих Ф 1 1 и Ф 1 11 и оставшейся части неполяризированного потока Ф2, если такой имеется, а незначительными потерями светового потока, рассеянного в слоях диэлектриков, в дальнейшем будем пренебрегать.

Пример линейной конструкции поляризатора 5 (в виде диэлектрической решетки) с одной диэлектрической секцией 6, расположенной симметрично оси 4 на подложке 7, которая дополнительно может защищать отражатель и излучатель от влаги и пыли, показан на Фиг.2. Поляризирующие поверхности диэлектрических пластин расположены параллельно между собой и осью 4. Размеры поляризирующих пластин, их шаг установки на подложке 7 рассматривается, например, с учетом пропускания через щели пластин 40-50% света от общего входного неполяризированного светового потока.

Фиг.3 - двухсекционный поляризатор 5, состоит из неподвижной диэлектрической секции 6, Фиг.2, и такой же по конструктивному выполнению секции - 6а, но подвижной. Диэлектрик 6а может поворачиваться на угол ±φ (±90°). Обе секции могут быть сквозными или рельефными, их рабочие (поляризирующие) поверхности подчиняются требованиям соответствующих зон углов Брюстера.

Примеры покрытий отражающих поверхностей в поляризаторе 5 показаны на Фиг.4, Фиг.5. Фиг.4а - однослойный пленочный изотропный диэлектрик 6 располагается на прозрачной подложке 7 с показателем преломления n1 (Фиг.1). Граница раздела сред - диэлектрик (n1)/воздух (n0) и (n1/n1). Однослойный поляризирующий диэлектрик 6, например, решетчатого типа в виде плоской спирали, толщина слоя и все размеры решетки больше длины волны красного спектра излучения (толстая пленка толщиной, например, 50÷100 мкм). Фиг.4б - многослойный пленочный диэлектрик, показатели преломления которого в слоях (на границах раздела) могут быть, например, такими: n1≤n2≤n3…≤nм, располагается на подложке 9 из диэлектрика (стекла) или металла.

Однослойный или многослойный пленочный поляризатор (с одинаковыми или разными показателями преломления n) может быть расположен и на пути светового потока излучателя 1, Фиг.5. Отражатель 2, например, имеет зеркальный слой, на поверхность которого наносится один или несколько слоев диэлектрической пленки (Фиг.4б), которая, например, работает на отражение в среде падения. Отражатель 2 может иметь форму, например, параболическую, полусферическую и т.д., отражающая поверхность которого удовлетворяет требованиям зоны угла Брюстера. Излучатель 1 и поляризирующий диэлектрик 6 Фиг.5 закрыты стеклом 7.

В случае равенства показателей преломления, т.е. n1=n2=n3…=nм, диэлектрик 6 набирается в один (Фиг.4а) или несколько слоев, между которыми диэлектрики разделены тонким зазором (воздушным или связующим прозрачным диэлектриком), позволяющим возникновению эффекта Брюстера. Это разграничение между слоями показано на Фиг.4б. В этом случае пленочный поляризатор работает не только на отражение, но и на просвет.

Рассмотрим работу устройства Фиг.1. На вход устройства подают электропитание - Uвх. Излучатель 1 преобразует электрический ток в оптическое излучение (0,4-0,7 мкм), которое частично уплотняется и формируется отражателем 2 в световой неполяризированный поток 3 требуемой апертуры (общий световой поток Ф), который подают вдоль оптической оси 4 к поляризатору 5, на его оптический вход.

Следует отметить, что в качестве излучателя 1 могут быть использованы любые источники света с требуемым спектром излучения: накальные, газоразрядные, электролюминесцентные и другие.

Часть светового потока свободно проходит через диэлектрик 6, а другая его часть попадает на границу раздела сред - в зоны углов Брюстера. Рабочие поверхности диэлектрика 6 производят поляризацию световых лучей 3, падающих на них под углом Брюстера θN, в отраженном Ф 1 11 и в преломленном Ф 1 1 потоках. На выходе поляризатора 5 пучки света расходятся по отношению друг к другу на некоторый угол, причем отраженные пучки лучей идут под небольшим углом к оси 4, а преломленные - под некоторым углом отходят от оси 4. Поляризатор 5 ориентирует колебания световой волны Е в пространстве (в воздухе) и в веществе (диэлектрике 6), но в меньшей степени. В результате, плоскости поляризаций световых лучей на выходе поляризатора 5 располагаются по отношению друг к другу под различными углами - хаотично. Все световые пучки на выходе поляризатора 5 складываются в общий смешанный (диффузионный) световой поток, имеющий определенную апертуру, который и направляют на растения, где пигменты хлорофилла А и Б и каротиноиды хлорофиллы поглощают свет синего, красного диапазонов, а каротиноиды - только синего. Клетки хлорофилла, которые являются жидкими диэлектриками, поглощают фотоны только в том случае, если произойдет совпадение вектора Е фотона с разрешенным направлением пропускания квантов света в них (клетках).

Поэтому поляризованные фотоны из смешанного светового потока, произведенного вышеописанным устройством Фиг.1, легче улавливаются клетками хлорофилла и в большем количестве, по сравнению с известными устройствами (прототипом), что и приводит к увеличению процесса фотосинтеза в листьях растений.

Однако для разных видов растений требуется определенная оптимальная плотность поляризации светового потока. Для этого, очевидно, нужно использовать набор светильников с различными типами поляризаторов 5, дающих различные плотности поляризации потоков. Плотность поляризации можно незначительно изменить, если, например, поляризатор 5 в светильнике Фиг.1 развернуть на 180° (поляризатор такой конструкции обладает обратимостью). Однако такой подход к данной проблеме не всегда осуществим как с экономической, так и с технической точки зрения (не всегда в наборе могут быть необходимые светильники). Поэтому для расширения функциональных возможностей устройства на Фиг.3 (Фиг.2) представлен поляризатор с перестраиваемой плотностью поляризаций.

Работа устройств Фиг.2 и Фиг.3 похожа в том случае, если в двух секторном поляризаторе 5 угол поворота сектора 6а по отношению к сектору 6 равен нулю (φ=0). В этом случае сектор 6а находится в тени сектора 6, поэтому рассмотрим работу устройства с поляризатором Фиг.3.

Пусть поляризатор Фиг.3 находится в устройстве Фиг.1, вместо поляризатора с круговой решеткой диэлектрика 6 (Фиг.1, вид А). Работа такого светильника похожа на описанное выше устройство - Фиг.1. Однако, если сделать разрез светового потока в дальней зоне, перпендикулярный оптической оси 4 (расстояние от светильника до поверхности высадки семян растений), то в сечении получим размытое чередование полос плотности поляризации от максимума до минимума, которые можно обнаружить с помощью оптических приборов (на Фиг.2, Фиг.3 это не показано). Однако этот недостаток (Фиг.2) компенсируется простотой изготовления такого устройства.

Пусть угол φ≠0, секция 6а поляризатора 5 стала поворачиваться и выходить из тени секции 6. На Фиг.3 показан (условно) поворот секции 6а на угол φ=45°. При этом положении секций плотность поляризации, например, стала иметь равномерное распределение в сечении дальней зоны светового потока - перепады плотности поляризации исчезли, так как суммарная площадь поляризирующей поверхности увеличилась соответственно, а свободное прохождение неполяризированного света через решетку диэлектрика 6 уменьшилось примерно на половину. И при дальнейшем повороте секции 6а (от φ=45° к φ=90°) значение плотности поляризации в потоке возрастает до максимального значения, так как входной световой поток Ф уже полностью попадает на рабочие поляризирующие поверхности диэлектриков 6 и 6а. Далее световые потоки Ф 1 1 и Ф 1 11 на выходе устройства суммируются и направляются на растения.

С помощью данной конструкции Фиг.3 можно в широких пределах устанавливать необходимое (оптимальное) значение плотности поляризации для определенных видов растений, что и расширяет функциональные возможности таких поляризаторов.

Рассмотрим работу пленочного однослойного поляризатора Фиг.4а. Пусть сформированный отражателем 2 (поляризатор Фиг.4а работает в системе Фиг.1) световой поток Ф падает на оптический вход поляризатора - прозрачную подложку 7. Если часть лучей Ф01 из потока Ф попадает в зоны угла Брюстра, то возникший на границе раздела n1/n0 преломленный поляризированный поток Ф 01 1 проходит через диэлектрик 7 и на границе раздела сред n1/n1 происходит увеличение плотности поляризация в потоке Ф 01 1 (поляризатор 5 для потока Ф 01 1 работает на просвет), а другая часть светового потока Ф02, свободно (без преломления) пройдя через диэлектрик 7, на границе раздела сред n1/n0 (пленка/воздух) поляризуется в отраженном Ф 2 11 и преломленном Ф 2 1 потоках, и поступает на выход поляризатора 5. Плоскости поляризации световых лучей в этих потоках находятся под различными углами друг к другу - хаотично. Суммарный световой поток ( 2 Ф 1 1 + Ф 2 1 + Ф 2 11 ) далее падает на растения.

Работа пленочного поляризатора Фиг.5 мало чем отличается от работы вышеизложенных устройств. Отличие состоит в том, что одна часть (Ф01) светового потока попадает на совмещенный с отражателем 2 поляризатор 5 (Фиг.4б), поляризуется и отражается под различными углами к оптической оси 4, смешивается с другой неполяризированной частью Ф02 светового потока ( Ф 1 11 + Ф 2 11 + + Ф м 11 + Ф 02 ) и направляется на растения, (где Ф 1,2 , м 11 - части поляризированного светового потока, отраженные от соответствующих границ раздела сред многослойного поляризатора, Фиг.4б).

Таким образом, в результате применения в светильнике поляризатора существенно увеличивается КПД ФАР электромагнитного светового потока, что приводит к ускорению фотосинтеза растений, сокращению сроков их вегетации, экономии электроэнергии, соответствующему упрощению конструкции светильника.

1. Светильник, содержащий излучатель с отражателем, отличающийся тем, что светильник снабжен поляризатором, расположенным на его оптическом выходе или на пути светового потока излучателя, причем поляризатор выполнен, например, в виде диэлектрической решетки или пленочным, нанесенным, например, на отражающую поверхность отражателя излучателя, при этом поляризирующий диэлектрик поляризатора имеет границы раздела сред, например, воздух-стекло, причем поверхности поляризации на границах раздела сред диэлектриков расположены под углом к падающим лучам излучателя и определяются зоной угла Брюстера.

2. Светильник по п.1, отличающийся тем, что в светильник с поляризатором в виде диэлектрической решетки введена подвижная секция поляризатора, например, совпадающая по конструкции с основной секцией поляризатора и подсоединенная параллельно к ней.

3. Светильник по п.1, отличающийся тем, что пленочный диэлектрический поляризатор выполнен однослойным или многослойным.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему диоду, LED, световому источнику, который может быть приспособлен для переоборудования осветительного прибора, использующего световой источник на основе лампы накаливания.

Изобретение относится к светоизлучающему устройству (10, 50, 70), содержащему первый источник (12а, 52а, 72а) света, второй источник (12b, 52b, 72b) света, частично прозрачное зеркало (16, 56, 76) и коллимирующее средство (14а, 14b, 54a, 54b, 74), выполненное с возможностью, по меньшей мере, частичного коллимирования света первого и второго источников света, так что во время работы, по существу весь, по меньшей мере частично, коллимированный свет первого и второго источников света падает на частично прозрачное зеркало.

Изобретение относится к сварочному устройству точечной сварки, в частности к сварочным клещам. .

Изобретение относится к устройствам подсветки жидкокристаллических панелей. .

Изобретение относится к осветительному и светосигнальному оборудованию и может найти применение в качестве средства освещения, пространственной световой сигнализации в заградительном огне, в бакене, маяке и т.д.

Изобретение относится к осветительным устройствам, предназначенным для освещения поверхностей, например в микроскопах, а также для применения в прожекторах, автомобильных фарах, фонарях и т.п.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам активации химических реакций с помощью оптического излучения. .

Изобретение относится к области светотехники, а именно к светоизлучающим приборам, с внешним параболоцилиндрическим отражателем. .

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано как для наружного, так и для внутреннего применения. .
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к выращиванию растений в закрытом грунте. Способ включает высадку растений и их выращивание с периодическим освещением растений.

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к осветителям, предназначенным для выращивания различной растительной продукции, зелени, овощей или цветов в сооружениях защищенного грунта.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .
Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано для выращивания сельскохозяйственной продукции при искусственном освещении. .

Изобретение относится к области сельскохозяйственных культивационных сооружений защищенного грунта и может быть использовано при строительстве теплиц и дачных парников, предназначенных для выращивания различных сельскохозяйственных культур в условиях искусственного микроклимата под светопроницаемым пленочным покрытием.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к осветителям, предназначенным для выращивания рассады, овощей или цветов в домашних или промышленных условиях, и может быть использовано в других областях народного хозяйства, где требуется индивидуальная подсветка, например для разведения различных существ.
Изобретение относится к пленочным материалам, которые применяются в качестве укрывных материалов в растениеводстве при выращивании растений в защищенном фунте. .

Парник содержит каркас, изготовленный из профилированных металлических элементов, соединенных между собой винтовыми крепежными элементами, который включает стойки, горизонтальные продольные прогоны, связанные между собой и со стойками наклонные и горизонтальные ригели перекрытия в виде закрепленных на стойках стропильных треугольных ферм. Верхняя часть ферм выполнена с надстройкой в виде арочного перекрытия, несущего кровлю из светопроницаемой пленки и образующего по краям продольные ниши для размещения в них рулонов регулируемого по площади кровли светопроницаемого пленочного покрытия. Несущие светопроницаемую пленку рулоны смонтированы с возможностью сматывания и разматывания пленки по перекрытию парника с ячеистого вида проемами с помощью механизма, выполненного с гибкими тяговыми стропами. Стропы соединены с элементами конструкции рулонов, запасованы через блоки, смонтированные на элементах каркаса парника, и несут на свободных концах рукоятки-противовесы. Стропы запасованы каждый одним витком на строповедущем барабане. Барабаны установлены на цапфах рулонов. Свободный край пленки взаимодействует со смонтированным на каркасе парника натяжным грузовым узлом. Часть рулонов, которыми снабжен парник, выполнена с запасом намотки пленки, двукратно превышающим регулируемую рулоном площадь кровли. При этом на внутренней половине намотки на пленке закреплена отражающая солнечные лучи алюминиевая фольга. Свободный край наружной светопроницаемой половины намотки запасован через отклоняющий вал, смонтированный на боковой стенке парника, и несет удлиненный груз натяжения пленки. При таком выполнении обеспечивается расширение технических возможностей парника при различных, резко изменяющихся в течение сезона климатических условий местности, где расположен парник. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх