一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统

1.本发明涉及抑菌除霉技术领域，具体是一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统。


背景技术：

2.在南方空气湿度大，尤其是在碗筷间这种经常沾水的地方，很容易滋生细菌，大多数是采用紫外线灯来精准杀菌消毒或者对这方面置之不理。而太阳作为能源的宝库，太阳能对于人类来说取之不尽用之不竭。太阳光中不同波长的光有着不同的作用，红外线有着巨大的热效应与热辐射，可以用于太阳能热水器等；可见光波段大多被一些装置收集汇聚用于照明或者光伏发电；紫外波段由于其特殊的功能，有着杀菌消毒的功能。
3.因此利用太阳光的紫外线杀菌消毒是一种选择方式，但太阳光中紫外线被臭氧层吸收较多，到达地球表面的阳光中紫外线含量较少，单位面积的功率较低，为了杀灭细菌、遏制生菌发霉需要消耗较长的时间；同时还有光纤口径小、最终汇聚的紫外线总功率不如紫外线灯大的问题。而专利cn106186177a公开了一种利用阳光中紫外线进行消毒的净水器，主要由包括净水器主体，净水箱，进水管，水泵，滤芯，紫外线消毒室，出水管，聚光装置，传导光纤，放射装置，三棱镜，紫外线光柱组成。其虽然给出了一种太阳光紫外线的利用方案，但是该技术占地面积较大、体积大、且组分较多组装相对复杂，会导致成本增加，并且滤芯需要定期更换，水泵所需功率较大，也带来一定的电力损耗。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统，在较小的机械复杂性下完成低成本、高效汇聚阳光，实现橱柜的精准抑菌除霉，与此同时，做到节能减排。
5.为实现上述目的，本发明提供一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统，包括反射组件与导光组件，所述反射组件包括一级反射单元、二级反射单元与聚光单元；
6.所述一级反射单元上具有大口径抛物面型的第一反射面，所述二级反射单元上具有小口径的第二反射面；
7.所述第二反射面位于所述第一反射面的焦点附近且正对所述第一反射面，所述一级反射单元上正对所述第二反射面的位置设有通孔，所述聚光单元位于所述第二反射面与所述通孔之间；
8.所述导管组件包括阳光传导光纤、紫外分光楔片、照明光传导光纤与紫外光传导光纤；
9.所述阳光传导光纤的一端穿过所述通孔后位于所述聚光单元的焦点处，另一端与所述紫外分光楔片的输入端相接；
10.所述照明光传导光纤的一端与所述紫外分光楔片的可见光输出端相接，另一端接照明灯，用于室内照明；
11.所述紫外光传导光纤的一端与所述紫外分光楔片的紫外光输出端相接，另一端接
紫外灯，用于室内照明，用于对包括碗筷间在内的小型区域进行抑菌除霉。
12.作为进一步优选地技术方案，本发明中的导入式阳光照明与抑菌除霉系统还包括支撑组件与连接组件；
13.所述二级反射单元、所述聚光单元均通过所述连接组件与所述一级反射单元固定相连，所述一级反射单元设在所述支撑组件上，且所述一级反射单元在所述支撑组件上具有俯仰与旋转的自由度。
14.作为进一步优选地技术方案，所述支撑组件包括脚架、立轴、横轴、电缸与电机；
15.所述立轴的底端转动连接在所述脚架上，且与所述电机传动相连，所述立轴的顶端穿过所述通孔后位于所述第一反射面的前方；
16.所述横轴固定设在所述立轴上且与所述立轴垂直，所述一级反射单元转动连接在所述横轴上，所述电缸的一端与所述立轴铰接，另一端与所述一级反射单元铰接，且所述电缸的伸缩方向与所述横轴垂直。
17.作为进一步优选地技术方案，所述连接组件包括固定环与连接杆；
18.所述固定环的一端通过第一支杆与所述一级反射单元固定相连，另一端通过第二支杆与所述立轴的顶端铰接，所述聚光单元固定设在所述固定环上；
19.所述连接杆的数量为多个，多个连接杆的一端沿环形间隔连接在所述固定环上，另一端向远离所述一级反射单元的方向延伸并与所述二级反射单元固定相连。
20.作为进一步优选地技术方案，所述固定环上还设有红外滤光单元，以减少热效应对光纤的影响。
21.作为进一步优选地技术方案，所述二级反射单元上迎向太阳光的一端设有热电片，且所述热电片迎向太阳光的一侧上设有散热风扇，以维持所述热电片两侧的温差；
22.所述热电片分别与所述电缸、所述电机电连接。
23.作为进一步优选地技术方案，本发明中的导入式阳光照明与抑菌除霉系统还包括还包括控制组件，所述控制组件分别与所述电缸、所述电机电连接，以用于控制所述电缸、所述电机运行，使得所述第一反射面保持正对太阳光。
24.作为进一步优选地技术方案，所述控制组件包括控制器与四个光敏机构；
25.四个所述光敏机构呈十字对称结构分布在所述第一反射面的边缘位置，所述光敏机构包括四个挡板与光敏电阻模块，所述挡板紧贴所述光敏电阻模块靠近所述第一反射面中心的一侧安装；
26.每一所述光敏电阻模块均与所述控制器电连接，所述控制器分别与所述电缸、所述电机电连接。
27.作为进一步优选地技术方案，所述控制组件的控制过程为：
28.追光启动判断：采集四个光敏电阻模块输出的模拟信号，基于四个模拟信号判断当前光照强度是否达到追光阈值，若是则进行追光操作，否则停止追光并经过第一预设时段后再次进行追光启动判断；
29.追光操作：将四个模拟信号中相对位置的光敏电阻模块输出的模拟信号两两作差，判断是否有差值大于误差阈值，若是则控制电缸和/或电机运行，直至所有差值均小于或等于误差阈值，并在经过第二预设时段后追光操作，否则直接进行追光操作，其中，在每一次追光操作之间进行一次追光启动判断。
30.作为进一步优选地技术方案，本发明中的导入式阳光照明与抑菌除霉系统还包括还包括防护罩，所述反射组件、所述支撑组件均位于所述防护罩内。
31.相较于现有技术，本发明提供的一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统，不仅实现了大量阳光低成本汇聚，而且具有占地面积小、组分简单的特点，采用的大多都是市场上可以常见的标准件，进而有效的控制成本。并且在优选方案中由热电片提供追光所用的电能，无需外接电源供应，达到节能减排效果；分离出来的可见光还可以实现室内照明功能，功能多样化；作用的区域较小，使得紫外线的强度值较高，杀菌效果更好。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例中导入式阳光照明与抑菌除霉系统的整体结构示意图；
34.图2为本发明实施例中采光组件与支撑组件的第一轴测图；
35.图3为本发明实施例中采光组件与支撑组件的第二轴测图；
36.图4为本发明实施例中一级反射单元的反射光路示意图；
37.图5为本发明实施例中二级反射单元的反射光路示意图；
38.图6为本发明实施例中聚光单元的汇聚光路示意图；
39.图7为本发明实施例中导光组件的导光分光示意图
40.图8为本发明实施例中光敏机构在一级反射单元上的分布示意图；
41.图9为本发明实施例中光敏机构在一级反射单元上的剖视图。
42.附图标号：一级反射单元1、第一反射面101、通孔102、连接环103、连接板104、第一连接架105、二级反射单元2、第二反射面201、聚光单元3、脚架401、立轴402、横轴403、电缸404、电机405、第二连接架406、伸缩轴407、第三连接架408、固定环501、连接杆502、第一支杆503、第二支杆504、防护罩6、挡板701、光敏电阻模块702、热电片8、散热风扇801、导光组件9、阳光传导光纤901、紫外分光楔片902、照明光传导光纤903、紫外光传导光纤904、照明灯10、扩光板11。
43.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
46.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为
指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
49.如图1-9所示为本实施例公开的一种导入式阳光照明与抑菌除霉系统，其主要包括反射组件与导光组件9，
50.反射组件包括一级反射单元1、二级反射单元2与聚光单元3。一级反射单元1为大口径抛物面型的金属板，且一级反射单元1的凹面具有镀铝聚酯膜，作为第一反射面101，以使得一级反射单元1能够尽可能收集更大面积的太阳光。二级反射单元2为一小口径的凹面反射镜，其凹面为第二反射面201，第二反射面201位于第一反射面101的焦点附近且正对第一反射面101，以用于反射经由一级反射单元1反射后的太阳光。一级反射单元1上正对第二反射面201的位置设有通孔102，聚光单元3为位于第二反射面201与通孔102之间的菲涅尔透镜。
51.导光组件9包括阳光传导光纤901、紫外分光楔片902、照明光传导光纤903与紫外光传导光纤904，其中，阳光传导光纤901的一端穿过通孔后位于聚光单元的焦点处，另一端与紫外分光楔片902的输入端相接。照明光传导光纤903的一端与紫外分光楔片902的可见光输出端相接，另一端接照明灯10，用于室内照明。紫外光传导光纤904的一端与紫外分光楔片902的紫外光输出端相接，另一端接扩光板11作为紫外线灯使用，用于室内照明，用于对包括碗筷间在内的小型区域进行抑菌除霉。考虑到光纤口径较小、一级反射单元1上的集光面积有限，汇聚后的紫外光总功率仍然达不到紫外线灯的强度，为了获取较大的杀灭、抑制细菌的辐射强度，选择将传输后的紫外线导入碗筷柜等小型的密闭空间中，充分发挥该总功率下汇聚的紫外线的优势，提高了辐射强度，实现小空间精准杀菌。
52.本实施例中太阳光的光路为：太阳光照射到一级反射单元1后，经由第一反射面101的反射后射向第二反射面201，即图4所示；再经由第二反射面201的反射后以平行光的形式射向菲涅尔透镜，即图5所示；随后菲涅尔透镜将平行的太阳光汇聚并射入阳光传导光纤901，即图6所示；最后如图7所示经由紫外分光楔片902将太阳光分为可见光与紫外光，分别用于室内照明与碗筷柜等小型的密闭空间的抑菌除霉。
53.本实施例中，采光装置还包括支撑组件与连接组件。二级反射单元2、聚光单元3均通过连接组件与一级反射单元1固定相连，一级反射单元1设在支撑组件上，且一级反射单元1在支撑组件上具有俯仰与旋转的自由度，以使得第一反射面101的朝向可调，进而可以实时的保持正对太阳光。
54.在具体实施过程中，支撑组件包括脚架401、立轴402、横轴403、电缸404与电机
405。立轴402的底端通过轴承或联轴器转动支撑连接在脚架401上，且与电机405传动相连，立轴402的顶端穿过通孔102后位于第一反射面101的前方。横轴403固定焊接在立轴402上且与立轴402垂直，一级反射单元1转动连接在横轴403上，电缸404的一端与立轴402铰接，另一端与一级反射单元1铰接，且电缸404的伸缩方向与横轴403垂直。具体地，一级反射单元1的凸面上焊接有与第一反射面101同轴的连接环103，该连接环103的左右两侧设置有与横轴403相连对应的连接板104，横轴403的两端转动连接在对应的连接板104上；同时连接环103的上侧或下侧设置有第一连接架105，立轴402上位于横轴403下方的位置设有第二连接架406，电缸404的一端通过第一连接架105与连接环103铰接，另一端通过第二连接架406与立轴402铰接。当电缸404伸缩时，连接环103带动一级反射单元1绕横轴403转动，即实现了一级反射单元1在支撑组件上的俯仰自由度；当点击启动时，立轴402带动横轴403与一级反射单元1绕立轴402转动，即实现了一级反射单元1在支撑组件上的旋转自由度。
55.本实施例中，连接组件包括固定环501与连接杆502，固定环501的一端通过第一支杆503与一级反射单元1固定相连，另一端通过第二支杆504与立轴402的顶端铰接，聚光单元3固定设在固定环501上。连接杆502的数量为多个，多个连接杆502的一端沿环形间隔连接在固定环501上，另一端向远离一级反射单元1的方向延伸并与二级反射单元2固定相连。具体地，立轴402顶端同轴滑动连接有伸缩轴407，该伸缩轴407的顶端设有第三连接架408，第二支杆504的端部与第三连接架408铰接，通过设置结构设计，使得一级反射单元1同时与立轴402、横轴403相连，保障整个装置的安装稳定性与承载均匀性。
56.作为优选地实施方式，固定环501上还设有红外滤光单元，且有红外滤光单元位于二级反射单元2与聚光单元3之间，以滤除太阳光中的红外线，减少热效应对光纤的影响。
57.作为优选地实施方式，采光装置还包括防护罩6，防护罩6由透明材质制成，本实施例中采用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，pmma)制备防护罩6。反射组件、支撑组件均位于防护罩6内，以有效地减少自然环境对光学、电子部件的损害，同时也可以挡下雨水、灰尘的影响。
58.需要注意的是，在采光装置的实际应用过程中，针对不同规格的产品，可设计不同的光学器件参数，使用zemax原件可较为容易得出一级反射单元1、二级反射单元2、聚光单元3、光纤接口等元件的相对安装位置。
59.需要注意的是，本实施例中的采光装置不仅仅局限于上述实施结构，一级反射单元1、二级反射单元2与聚光单元3也不局限与采用铝膜金属板(抛物面型)、凹面反射镜与菲涅尔透镜，也可以使用具有相同功能的其他光学器件替代。
60.作为优选地实施方式，二级反射单元2上迎向太阳光的一端设有热电片8，且热电片8迎向太阳光的一侧上设有散热风扇801。二级发射单元2传热给热电片8，导致热电片8两侧出现温差，散热风扇801的存在，使得外侧的热电片8的温度不至于过高，维持了热电片8两侧的温差，进而产生电流。热电片8与蓄电池电连接，且蓄电池分别与电缸404、电机405、散热风扇801电连接，用于提供追光过程与散热风扇801运行所需的电能，使得整套系统并不需要外接电源，在合理利用自然资源的同时，也真正做到了节能减排。
61.进一步优选地，采光装置还包括控制组件，控制组件分别与电缸404、电机405电连接，以用于控制电缸404、电机405运行，使得第一反射面101保持正对太阳光。具体地，控制组件包括控制器与四个光敏机构，四个光敏机构呈十字对称结构分布在第一反射面101的
边缘位置，光敏机构包括挡板701与光敏电阻模块702，挡板701紧贴光敏电阻模块702靠近第一反射面101中心的一侧安装，且挡板701正对第一反射面101的中心，且与第一反射面101的轴线垂直，即图9所示。每一光敏电阻模块702均与控制器电连接，控制器分别与电缸404、电机405电连接，其中，控制器采用arduino主板。
62.当采光装置未正对太阳光时，挡板会产生阴影，光敏电阻模块接收到光照强度不同，使得光敏电阻模块输出模拟信号大小不同，arduino主板处理后控制电机405和/或电缸404运行，当采光装置正对阳光时，四个光敏电阻模块接收到光照强度相同，电机405和/或电缸404停止转动。同时，由于太阳相对地球运动角速度较慢，因此本实施例将追光过程设计为间歇启动，可有效减少耗电。热电片8产生多余电能储存在蓄电池可供他处使用，例如用于阴雨天气的补充照明。同时还可以在arduino主板上添加物联网模块可实现远程对追光系统的间歇启动时间调整，也可远程手动调整采光装置角度，从而改变导入式阳光照明系统的照明亮度。基于此，本实施例中控制组件的控制过程为：
63.追光启动判断：采集四个光敏电阻模块输出的模拟信号，基于四个模拟信号判断当前对日误差是否达到追光阈值，若是则进行追光操作，否则停止追光并经过第一预设时段后再次进行追光启动判断，其中，追光启动判断过程中，四组模拟信号中任意两组信号差值达到阈值即认为当前对日误差达到追光阈值；
64.追光操作：将四个模拟信号中相对位置的光敏电阻模块输出的模拟信号两两作差，判断是否有差值大于误差阈值，若是则控制电缸和/或电机运行，直至所有差值均小于或等于误差阈值，并在经过第二预设时段后追光操作，否则直接进行追光操作，其中，在每一次追光操作之间进行一次追光启动判断；相对位置的光敏电阻模块指的是挡板相互平行的两个光敏机构中的光敏电阻模块。
65.需要注意的是，本实施例中系统在具体应用于之前先通过zemax进行光路模拟，以确保光路准确。
66.下面结合具体的计算示例对本实施例中的采光装置作出进一步的说明。
67.1、本实施例通过橘子皮对照试验，发现相同时间内，未被照射的那一组橘子皮先发霉长毛；
68.2、同时，为了证明本实施例的可行性，另外还做了相关计算，考虑到pmma对紫外线透过率为72％，铝膜材质的第一反射面101反射率为97％，凹面反射镜上第二反射面201的反射率为80％，具体计算过程如下：
69.紫外指数为6时，太阳光中的紫外线功率为0.15w/m2，第一反射面101面积为s＝4.523m2，由上述数据可得，可得接收的总紫外线功率为：
70.w
t
＝0.97
×
0.8
×
72％
×
150
×s×
72％＝0.272w
71.以达到国家标准的30w紫外线灯为例，其在1m处的理论辐射强度为2.38w/m2，但实际测得50％-80％的紫外线灯在1m处的辐射强度为0.7w/m2，效率为29.4％，主要原因在于能量转换所带来的损失。
72.由于光纤口径较小，为达到较好的杀菌消毒作用，本系统更多应用于小空间的精准除菌杀毒，如在适当的橱柜中，紫外线光的辐射强度可高于0.414w/m2，达到了国家规定的杀菌标准，并且本系统不经过能量转换，效率可以达到40.2％，高于紫外线灯的29.4％的转化效率，并且本系统的口径可以随着实用而改变，消毒效果可以大于30w紫外线灯；同时，
人类长期的进化已经适应了太阳中的紫外线，适应了此光谱的紫外线，而现有的紫外线灯的紫外线光谱与太阳中的并不一致，这就使得使用紫外线灯会有一些潜在的风险，而本装置利用太阳中的紫外线，人体对这种紫外线有着较高的适应性。
73.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。