一种基于光纤的分布式可调光系统及调光方法与流程

本发明涉及光纤照明与智能调光，尤其涉及一种基于光纤的分布式可调光系统及调光方法。

背景技术：

1、随着智能照明产业的发展，可调光系统在民用、工业与商业场景中的需求持续提升。当前主流调光方案多基于电信号控制实现：如采用led驱动芯片结合pwm脉宽调制或可控硅调压实现亮度调节，该类方案电路结构简单，但存在调光过程频闪、色温偏移、电磁辐射干扰等问题，在复杂电磁环境下工作稳定性差，且长距离传输时控制信号衰减明显，难以适配大面积分布式照明场景；另一类采用dali、dmx512等专用照明协议构建网络化调光系统，可实现多点精确控制，但系统架构复杂、部署成本高，且需独立布设控制线缆，布线与维护工作量大。

2、光纤技术凭借抗电磁干扰、低传输损耗、高安全性等优势，已在通信领域实现规模化应用，近年来也逐步向照明、传感领域延伸。但现有基于光纤的调光方案仍存在明显缺陷：其一，多采用集中式光强调制架构，仅在光源侧进行统一调光，无法对各分支出光节点进行独立调节，受不同链路光纤损耗差异影响，末端出光节点光强一致性差；其二，调光控制多依赖独立电信号线路，未充分利用光纤的传输能力，布线优势未能充分发挥；其三，缺乏区域化协同调控机制，无法针对同一照明区域内的多个节点进行光强均匀度协同优化，难以满足高品质照明需求；其四，多数方案无冗余链路设计，单路链路故障易导致对应区域照明失效，可靠性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于光纤的分布式可调光系统及调光方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的第一方面提供一种基于光纤的分布式可调光系统，包括光源模块、光纤传输单元、多个光强调制模块、控制模块以及多个终端出光单元。所述光源模块输出的恒定光束耦合进入所述光纤传输单元，经所述光纤传输单元的三级分光拓扑结构分路为多路分支光路并传输至对应出光节点；各所述光强调制模块分别对应设置于多路分支光路中，独立调节对应分支光路的传输光强；所述控制模块与各所述光强调制模块信号连接，按物理区域将相邻出光节点划分为至少一个邻居组，并根据组内光强均匀度需求向对应光强调制模块输出调光控制信号；各所述终端出光单元分别对应设置于各出光节点的输出端，将调制后的光束匀化扩散输出。

3、进一步地，所述光源模块包括可见光光源与光纤耦合单元；所述可见光光源输出光束的波长覆盖可见光波段，所述光纤耦合单元将可见光光源输出的光束耦合至所述光纤传输单元的输入端。

4、进一步地，所述光纤传输单元的三级分光拓扑结构包括依次级联的一级分光单元、二级分光支路组以及三级输出端口组；所述一级分光单元为平面光波导分光器，用于将入射光束分为至少两路互为冗余的传输光路；所述二级分光支路组包含与一级分光单元输出路数对应的多路分光支路，每路分光支路将单路传输光束拆分为多路并行的分支光路；所述三级输出端口组包含若干定向分光端口，各定向分光端口分别对应设置于各分支光路的末端，构成所述出光节点。

5、进一步地，所述光强调制模块为马赫-曾德尔干涉型电光调制器，设置于对应分支光路的末端、三级输出端口组的前端；所述电光调制器内部包含输入分支波导、两个干涉臂以及合波输出端，所述调光控制信号加载于干涉臂的调制电极，通过电光效应改变干涉臂波导的折射率，使两臂传输光束产生相位差，经合波干涉后实现输出光强的连续无级调节。

6、进一步地，所述控制模块包括光强采集子单元与协同调光运算子单元；所述光强采集子单元采集各出光节点的实际输出光强参数及对应照明区域的环境照度参数；所述协同调光运算子单元根据预设目标光强与实际输出光强的偏差，结合环境照度补偿量与邻居组内光强均匀度约束，生成对应各光强调制模块的调光控制信号，形成闭环调光控制。

7、进一步地，所述光纤传输单元的分支光路采用多模石英光纤作为传输介质；所述控制模块输出的调光控制信号通过波分复用方式与照明光束在同一光纤内共纤传输，无需单独布设电控制线缆。

8、进一步地，所述终端出光单元包括准直透镜组与匀光扩散件，调制后的光束经准直扩束后由匀光扩散件输出，形成照度均匀的照明光斑；所述系统还通过所述光纤传输单元传输可见光通信信号，兼具照明调光与短距离数据传输功能。

9、本发明还提供一种基于光纤的分布式可调光方法，基于上述系统实现，包括如下步骤：

10、s1、光源模块输出恒定光束，耦合进入光纤传输单元，经三级分光拓扑结构分路为多路分支光路，分别传输至对应出光节点；

11、s2、控制模块按物理区域将相邻的出光节点划分为至少一个邻居组，配置各邻居组的目标光强参数与组内光强均匀度阈值；

12、s3、控制模块向各分支光路中的光强调制模块分别输出调光控制信号，独立调节对应分支光路的传输光强；

13、s4、各终端出光单元将对应分支光路中调制后的光束匀化扩散输出，实现多节点分布式协同调光。

14、进一步地，所述s3还包括闭环调节步骤：

15、实时采集各出光节点的实际输出光强与对应区域的环境照度参数，计算实际输出光强与目标光强的偏差量，结合环境照度前馈补偿量生成基础调光信号；再根据邻居组内的光强均匀度阈值，对组内各光强调制模块的调光控制信号进行协同微调，使组内各出光节点的光强相对偏差满足预设阈值要求。

16、进一步地，所述调光控制信号通过波分复用方式与照明光束在同一光纤介质中同向传输，在对应出光节点处解耦后加载至对应光强调制模块。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1.本发明采用三级分光拓扑的光纤传输架构配合分布式部署的光强调制模块，结合基于邻居组的区域协同调光机制，在实现多节点分布式照明灵活扩展的同时，可对每一路分支光路的光强进行独立精准调节，并保障同一照明区域内各出光节点的光强均匀性；同时依托光纤介质传输照明光束，具备强抗电磁干扰、低传输损耗与长距离稳定传输的特性，解决了传统电调光系统稳定性不足、多节点光强一致性差、长距离传输衰减明显的技术问题。

19、2.本发明采用波分复用技术实现照明光束与调光控制信号的共纤传输，无需单独布设电控制线缆，简化了分布式系统的布线结构，降低了部署与维护成本；同时三级分光架构配置一级主备冗余光路，提升了系统运行的可靠性，且可依托同一光纤介质拓展可见光通信功能，实现照明与数据传输的一体化集成。

1.一种基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，包括光源模块、光纤传输单元、多个光强调制模块、控制模块以及多个终端出光单元；

2.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述光源模块包括可见光光源与光纤耦合单元；所述可见光光源输出光束的波长覆盖可见光波段，所述光纤耦合单元将可见光光源输出的光束耦合至所述光纤传输单元的输入端。

3.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述光纤传输单元的三级分光拓扑结构包括依次级联的一级分光单元、二级分光支路组以及三级输出端口组；

4.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述光强调制模块为马赫-曾德尔干涉型的电光调制器，设置于对应分支光路的末端、三级输出端口组的前端；所述电光调制器内部包含输入分支波导、两个干涉臂以及合波输出端，所述调光控制信号加载于干涉臂的调制电极，通过电光效应改变干涉臂波导的折射率，使两臂传输光束产生相位差，经合波干涉后实现输出光强的连续无级调节。

5.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述控制模块包括光强采集子单元与协同调光运算子单元；

6.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述光纤传输单元的分支光路采用多模石英光纤作为传输介质；所述控制模块输出的调光控制信号通过波分复用方式与照明光束在同一光纤内共纤传输。

7.根据权利要求1所述的基于光纤的分布式可调光系统，其特征在于，所述终端出光单元包括准直透镜组与匀光扩散件，调制后的光束经准直扩束后由匀光扩散件输出，形成照度均匀的照明光斑。

8.一种基于光纤的分布式可调光控制方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1至7任一项所述的系统，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的分布式可调光控制方法，其特征在于，所述s3包括：

10.根据权利要求8所述的分布式可调光控制方法，其特征在于，所述调光控制信号通过波分复用方式与照明光束在同一光纤介质中同向传输，在对应出光节点处解耦后加载至对应光强调制模块。