ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предложенное техническое решение относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и светотехники, в частности к устройствам источников оптического излучения, использующим в качестве горелки колбу из оптически прозрачного материала, заполненную веществом, которое создает разряд при приложении СВЧ-энергии и испускает оптическое излучение, и применяемым в системах освещения для различных объектов: общественных зданий, производственных помещений, транспортной инфраструктуры, сельскохозяйственных объектов (теплиц, аэро- и гидропонных шкафов), спортивных сооружений, объектов специального назначения.
Известна газоразрядная лампа (патент RU 2125322 C1, МПК: H01J 61/38, H01J 61/12, Н0 1J 65/04, опубл. 20.01.1999) [1], содержащая магнетрон, генерирующий микроволновую энергию, волновод для распространения микроволновой энергии, микроволновый объемный резонатор, колбу с опорной ножкой, расположенную в резонаторе, и электродвигатель для вращения колбы.
В данной газоразрядной лампе спектральная характеристика регулируется изменением плотности заполняющего вещества. Достигается это за счет регулирования плотности заполнения колбы серосодержащим, селеносодержащим заполняющим веществом, путем регулирования охлаждения колбы лампы с целью большей или меньшей конденсации заполняющего вещества из газообразного заполнителя, приводящей к изменению спектрального выхода лампы в реальном времени, посредством введения определенных добавок в основной заполнитель для улучшения равномерности цветовой температуры испускаемого света вокруг поверхности колбы, а также для обеспечения более надежного зажигания лампы.
Указанная газоразрядная лампа имеет ряд недостатков. Во-первых, введение в колбу определенного количества заполняющего вещества (серы, селена) и добавление к основному заполняющему веществу добавок осуществляются на этапе изготовления колбы лампы, и в дальнейшем количество этих веществ не регулируется без замены колбы, а следовательно, не регулируется спектральная энергетическая характеристика лампы. Во-вторых, регулирование охлаждения колбы лампы с целью изменения конденсации заполняющего вещества из газообразного заполнителя связано со значительным усложнением конструкции всего осветительного устройства из-за встраивания в резонатор сопел для подачи воздуха, не влияющих на топографию электромагнитного поля в резонаторе и не препятствующих выводу света из лампы. В данной газоразрядной лампе используется дополнительное устройство нагнетания воздуха с управляющим устройством, контролирующим температуру и скорость потока воздуха. При этом охлаждением колбы достигается лишь смещение спектра без новых спектральных линий.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является сверхвысокочастотная лампа с многофункциональным поворотным двигателем (патент US 5866990 A, МПК: H05B 37/00, опубл. 26.01.1996) [2], содержащая колбу, сетчатый элемент, внешний отражатель и корпус, в котором размещены: СВЧ-генератор, электрическая схема, прямоугольный волновод, роторный двигатель и вентилятор. Колба заполнена наполнителем, создающим разряд.
Недостатком данного устройства является невозможность регулирования цветового тона излучения лампы, что существенно ограничивает спектральный состав излучения.
Технической задачей заявленного технического решения является создание осветительного устройства с регулируемым спектром излучения для расширения области применения осветительного устройства.
Технический результат, достигнутый в заявленном техническом решении, заключается в изменении спектральной энергетической характеристики осветительного устройства в широких диапазонах в реальном времени, а также в изменении распределения цвета в световом пятне на освещаемом объекте за счет изменения его спектрального диапазона.
Поставленная задача решается благодаря тому, что осветительное устройство содержит колбу, заполненную наполнителем, создающим разряд, резонатор в виде сетчатого элемента, внешний отражатель и корпус, в котором размещены СВЧ-генератор, электрическая схема, прямоугольный волновод, роторный двигатель и вентилятор. В представленном техническом решении снаружи периметра внешнего отражателя жестко закреплены кронштейны с установленными на них светодиодными модулями. Каждый из светодиодных модулей состоит из светодиодной ленты, размещенной на металлическом профиле, на концах которого выполнены цилиндрические одинакового диаметра продольные осевые выступы металлического профиля. Каждый из кронштейнов выполнен с тремя углублениями, два из которых цилиндрические углубления одинакового диаметра с размещенными в них продольными осевыми выступами металлических профилей предыдущего и последующего модулей и одно дополнительное углубление формы, соответствующей форме размещенного в данном углублении источника внешнего воздействия. Дополнительное углубление соединено с цилиндрическим углублением, в котором размещен продольный осевой выступ металлического профиля последующего светодиодного модуля. Продольные осевые выступы металлических профилей установлены с возможностью свободного вращения вокруг своей продольной оси. Продольный осевой выступ металлического профиля последующего светодиодного модуля жестко закреплен с источником внешнего воздействия с возможностью управления поворотом продольного осевого выступа металлического профиля последующего светодиодного модуля на заданный угол вокруг своей продольной оси и, следовательно, с возможностью изменения направления излучения света последующего светодиодного модуля.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 показана схема осветительного устройства сбоку с вертикальным сечением.
На фиг. 2 показан вид сверху осветительного устройства.
На фиг. 3 показан укрупненный участок A фиг. 2 и увеличенный фрагмент участка A с вертикальным сечением А-А, проходящим через ось вращения продольного осевого выступа металлического профиля последующего светодиодного модуля.
В осветительное устройство входит:
1 - электрическая схема
2 – СВЧ-генератор
3 - роторный двигатель
4 - вентилятор
5 - корпус
6 - прямоугольный волновод
7 - резонатор
8 - колба
9 - внешний отражатель
10 - светодиодный модуль
11 - стеклянная крышка внешнего отражателя
12 - кронштейн
13 - продольный осевой выступ металлического профиля
14 - источник внешнего воздействия
15 - цилиндрическое углубление в кронштейне
16 - дополнительное углубление в кронштейне
17 - светодиодная лента
18 - металлический профиль.
В осветительном устройстве внешний отражатель 9 (фиг. 1) закреплен на корпусе 5 и закрыт стеклянной крышкой внешнего отражателя 11. Снаружи периметра внешнего отражателя 9 установлены светодиодные модули 10. Внутри внешнего отражателя 9 на поверхности корпуса 5 размещен резонатор 7 в виде сетчатого элемента, соединенного с СВЧ-генератором 2 посредством прямоугольного волновода 6. Внутри резонатора 7 расположена колба 8, закрепленная на ножке, которая соединена с роторным двигателем 3. Электрическая схема 1, размещенная в корпусе 5, соединена с СВЧ-генератором 2, роторным двигателем 3, вентилятором 4 и светодиодным модулем 10. На кронштейнах 12 (фиг. 2), жестко закрепленных на внешнем отражателе 9, установлены светодиодные модули 10. Светодиодный модуль 10 состоит из светодиодной ленты 17, размещенной на металлическом профиле 18. Кронштейн 12 (фиг. 3) имеет три углубления: одно цилиндрическое углубление 15 с одной стороны кронштейна 12, где размещен продольный осевой выступ металлического профиля 13 предыдущего светодиодного модуля 10; другое цилиндрическое углубление 15 с противоположной стороны кронштейна 12, где размещен продольный осевой выступ металлического профиля 13 последующего светодиодного модуля 10; дополнительное углубление 16, где размещен источник внешнего воздействия 14. Продольный осевой выступ металлического профиля 13 последующего светодиодного модуля 10 жестко закреплен с источником внешнего воздействия 14, размещенным в дополнительном углублении 16.
Осветительное устройство работает следующим образом.
Электрическая схема 1 подает постоянное напряжение на СВЧ-генератор 2 и светодиодный модуль 10, а также переменное напряжение на роторный двигатель 3 и вентилятор 4. Вентилятор 4 предназначен для охлаждения СВЧ-генератора и электрической схемы 1. СВЧ-генератор 2 генерирует микроволны, которые через прямоугольный волновод 6 проникают внутрь резонатора 7, выполненного светопрозрачным и непрозрачным для сверхвысокочастотных колебаний. Внутри резонатора 7 в зоне пучности электрического СВЧ-поля размещена колба 8, закрепленная на ножке, которая соединена с роторным двигателем 3 для вращения колбы 8 с целью равномерного распределения температуры по поверхности колбы. Под действием СВЧ-энергии наполнитель, заполняющий колбу 8, возбуждается, образуя плазму. Плазма испускает оптическое излучение определенного спектра, которое отражается и направляется внешним отражателем 9 для освещения внешнего пространства. Одновременно, установленные снаружи периметра внешнего отражателя 9 светодиодные модули 10 испускают излучение определенного спектра, которое примешивается к излучению колбы 8, расширяя спектральный диапазон излучения и добавляя определенные спектральные линии к излучению. Сигнал от источника внешнего воздействия 14 оказывает влияние на светодиодный модуль 10, поворачивая его на заданный угол вокруг продольного осевого выступа 13 металлического профиля 18 для изменения направления излучения с целью изменения распределения цвета в световом пятне на освещаемом объекте.
Количество и размеры светодиодных модулей 10, а также конфигурация кронштейнов 12 различны в зависимости от области применения и использования источника внешнего воздействия. В разных системах освещения на основе осветительных устройств для получения различных эффектов освещения светодиодные модули 10 используются по-разному: светодиодные модули подбираются из светодиодов одного цвета, светодиодные модули подбираются из светодиодов различных цветов, включаются/выключаются светодиодные модули одновременно, а также по отдельности в разных комбинациях (независимо друг от друга).
Светодиодные модули обеспечивают возможность изменения спектрального диапазона осветительного устройства для регулирования его спектральной энергетической характеристики в широких диапазонах, а также изменения распределения цвета в световом пятне на освещаемом объекте.
Для использования в сельскохозяйственных объектах (теплицах, аэро- и гидропонных шкафах) в зависимости от вида выращиваемого растения, его стадии развития (прорастание, рост, цветение, созревание плодов), а также текущего фотопериода, требуется особый спектр, световая отдача и цветовая температура осветительного устройства. Известно, что синий свет способствует росту зеленой массы на первых стадиях развития растений, а красно-оранжевый свет способствует цветению и образованию плодов. При этом растениям требуется естественный дневной свет для нормального развития. Таким образом, управляя работой светодиодных модулей с помощью одного предлагаемого осветительного устройства, обеспечивается требуемый спектральный состав излучения на всем цикле роста растений.
В архитектурной и дизайнерской подсветке, а также в шоу-бизнесе требуется неравномерное распределение цвета в световом пятне на освещаемых объектах (например, получение полос, точек определенного цвета в световом пятне, а также создание эффекта мерцания с наперед заданной частотой полос и точек определенного цвета в световом пятне). Предлагаемое осветительное устройство применимо для указанных целей за счет поворота светодиодных модулей относительно внешнего отражателя для изменения направления их излучения, за счет использования светодиодов различных цветов в светодиодных модулях, а также за счет произвольного и независимого включения/выключения светодиодных модулей.
Добавление светодиодных модулей к осветительному устройству сохраняет такие характеристики, как долговечность, надежность, энергоэффективность, поскольку источники света в виде светодиодных модулей обладают низкой потребляемой мощностью, высокой светоотдачей и длительным сроком службы.
Предложенное техническое решение позволяет регулировать спектральную энергетическую характеристику осветительного устройства в широких диапазонах в реальном времени, а также изменять распределение цвета в световом пятне на освещаемом объекте, не усложняя конструктивные решения устройства, что делает предлагаемое осветительное устройство привлекательным для использования в различных системах освещения.
Исходя из вышеизложенного технический результат, заключающийся в изменении спектральной энергетической характеристики осветительного устройства в широких диапазонах в реальном времени, а также в изменении распределения цвета в световом пятне на освещаемом объекте за счет изменения его спектрального диапазона, достигнут, и техническая задача создания осветительного устройства с регулируемым спектром излучения для расширения области применения осветительного устройства решена.
Источники информации
1. Патент RU 2125322 C1, МПК: H01J 61/38, H01J 61/12, H01J 65/04, опубл. 20.01.1999.
2. Патент US 5866990 A, МПК: H05B 37/00, опубл. 26.01.1996.