ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ КРУГОВЫХ СИГНАЛЬНЫХ ОГНЕЙ

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к сигнальным устройствам для навигационного оборудования водных путей, а именно, к светодиодным энергосберегающим излучателям для сигнальных огней плавучих и береговых навигационных знаков.
Уровень техники
Известны источники света для навигационных огней - сигнальные лампы накаливания типа СГВ на напряжение 2,5 В, используемые в типовых светосигнальных приборах кругового действия с карданным подвесом ЭСПК-75М. (Шмерлинг И.Е. «Навигационное оборудование внутренних водных путей». М., Транспорт, 1988 г., 224 с.).
Существенным недостатком этих ламп является то, что для создания цветных сигнальных огней необходимо применять линзу Френеля и устанавливать цветные светофильтры, приводящие к существенным потерям света и повышенному расходу электроэнергии от автономных источников питания. Другим недостатком ламп является низкая надежность и малый срок службы (не более 1000 ч).
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству и принятому за прототип, является светодиодный излучатель, содержащий излучающий кристалл, полимерный прозрачный для излучения корпус и внешние выводы, используемый в типовых светосигнальных приборах ЭСПК-75Д (Свидетельство на полезную модель №22653 «Полупроводниковый излучатель для круговых навигационных огней» с приоритетом от 05.10.2001 г.).
Он выполнен из светодиода, содержащего излучающий кристалл и прозрачный полимерный цилиндрический корпус с встроенным коническим отражателем. Светодиод размещается в фокусе цилиндрической линзы Френеля, благодаря чему световой поток светодиода разворачивается в плоскости горизонта.
Недостатком описанного устройства являются трудности, связанные с необходимостью совмещения двух оптических элементов: светодиода и линзы Френеля. Кроме того, полезная сила света на выходе светосигнальной установки распределяется в небольшом (3-4°) вертикальном угле, в связи с чем для обеспечения видимости знака при крене и качке плавучего знака необходимо крепить излучатель с линзой Френеля в карданном подвесе.
Раскрытие полезной модели.
Сущность Технического решения полезной модели заключается в следующем:
- нижняя часть прозрачного полимерного корпуса (показатель преломления n=1,5-1,6) выполнена в виде поверхности от кругового вращения эллипса вокруг центра корпуса; большая ось эллипса расположена в горизонтальной плоскости излучателя, проходящей через кристалл, эксцентриситет эллипса равен 0,5-0,55, а центр эллипса смещен относительно центра излучателя на 0,35-0,4 от размера большой полуоси эллипса; эта часть корпуса имеет центральный цилиндрический вырез, заканчивающийся сферической поверхностью, выпуклой в сторону кристалла;
- верхняя часть полимерного корпуса выполнена в виде цилиндра с встроенным коническим отражателем, диаметр цилиндра равен 0,44-0,48 от диаметра нижней части корпуса, диаметр цилиндрического выреза в нижней части корпуса равен 0,8-0,9 от диаметра верхней цилиндрической части корпуса.
Устройство полимерного корпуса показано на чертеже 1.
Как видно из черт.1 излучающий кристалл размещен в центре нижней плоскости корпуса. Световой поток кристалла преломляется цилиндрической поверхностью выреза корпуса и выпуклой эллиптической поверхностью корпуса и выводится из корпуса в горизонтальной плоскости.
Часть светового потока преломляется сферической поверхностью выреза корпуса и коническим отражателем цилиндрической части корпуса и выводится из корпуса в горизонтальной плоскости.
Незначительное отличие диаметров цилиндрического выреза и цилиндра верхней части корпуса позволяет эффективно использовать практически все излучение кристалла для обеспечения максимальной силы света в горизонтальной плоскости.
0,5
Необходимый угол излучения в вертикальной плоскости (2θ=10-25 град.) обеспечивается следующим образом:
- при создании излучателей с белым или зеленым свечением, в которых используется излучающий кристалл и люминофор, угол излучения 15-25 град. обеспечивается за счет увеличения светящейся площади благодаря люминофору;
0,5
- при создании излучателей с красным или желтым свечением необходимый угол излучения (2θ=10-25 град.) обеспечивается за счет большего размера кристалла (примерно 1×1 мм) и совмещения двух световых потоков от эллиптической и цилиндрической части корпуса.
0,5
Типичная диаграмма направленности излучения приведена на черт.2. Как видим, излучение развернуто в горизонтальной плоскости (угол излучения 360 град.) с типичным углом излучения в вертикальной плоскости 2θ=20 град.
Таким образом, излучение кристалла используется весьма эффективно, что позволяет получить высокие значения силы света - 10-20 кд и расчетной дальности видимости - 4-5 км.
Представленный излучатель крепится на теплоотводящем радиаторе и защищается прозрачным защитным колпаком (черт.3).
Предложенный излучатель не требует установки его в цилиндрическую линзу Френеля и использования карданного подвеса, что значительно упрощает конструкцию и стоимость устройства.
Техническая реализация решений энергосберегающего светодиодного излучателя для круговых сигнальных огней основана на известных базовых технических и технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «Промышленная применимость».
Краткое описание чертежей.
Настоящее предложение поясняется чертежами 1-3.
На черт.1. схематически изображено продольное сечение полимерного корпуса с кристаллом светодиода.
На черт.2. изображена диаграмма направленности излучения светодиодного излучателя.
На черт.3. схематически изображен общий вид энергосберегающего светодиодного излучателя для круговых сигнальных огней.
Осуществление полезной модели.
Предложенный излучатель (черт.1 и 3) содержит:
- излучающий кристалл 1, размещенный в центре нижней плоскости линзы;
- полимерный корпус 2, нижняя часть которого выполнена в виде поверхности от кругового вращения эллипса 3 вокруг центра корпуса, имеющего центральный цилиндрический вырез с выпуклой сферической поверхностью, а верхняя часть выполнена в виде цилиндра 4 с встроенным коническим отражателем 5;
- радиатор 6 для охлаждения излучателя;
- электрические выводы 7. с резистором ограничения тока, размещенным внутри радиатора;
- прозрачный защитный колпак 8 для защиты излучателя от внешних воздействий.
Работа светодиодного излучателя осуществляется следующим образом. Постоянный ток от источника питания с помощью гибких выводов 7 поступает через токоограничивающий резистор к кристаллу светодиода 1. Кристалл излучает световой поток заданного цвета свечения, который преломляется поверхностями полимерного корпуса 2 и разворачивается ими в плоскости горизонта.
Предлагаемый энергосберегающий излучатель для круговых сигнальных огней обеспечивает следующие рабочие характеристики:
Рабочий ток - 200…300 мА;
Рабочее напряжение - 2,5…4,0 В;
Потребляемая электрическая мощность - 0,75…1,2 Вт;
Цвета свечения: красный, желтый, зеленый и белый;
Сила света - 10…20 кд при токе 300 мА;;
Угол излучения в плоскости горизонта - 360 град., в вертикальной плоскости. - 10-25 град;
Расчетная дальность видимости огней - 4…5 км;
Цветовая температура белого свечения находится в диапазоне 4500-6000 К (естественный белый свет).
Таким образом, необходимые световые параметры получены без использования цилиндрической линзы Френеля и карданного подвеса.