光源基本知識

1、1光源基本知識2普通白熾燈白熾燈是根據(jù)熱輻射原理制成的白熾燈的主要部件為燈絲、支架、泡殼、填充氣體和燈頭3普通白熾燈燈絲:燈絲是白熾燈的發(fā)光部件,由鎢絲制成采用雙重螺旋燈絲的白熾燈,光效更高芯柱和支架:芯柱是由鉛玻璃制成電導(dǎo)絲由三部分組成:里面的部分即內(nèi)導(dǎo)絲,用來與燈絲焊接(或夾接);玻璃中間的部分是杜美絲,與鉛玻璃進(jìn)行氣密封接;電導(dǎo)絲的下部即外導(dǎo)絲,熔點較低,可起保險絲的作用泡殼:泡殼通常采用鈉鈣玻璃,大功率燈用耐熱性能好的硼硅酸鹽玻璃填充氣體:為了減少燈絲的蒸發(fā),從而提高燈絲的工作溫度和光效,必須在燈泡中充入合適的惰性氣體燈頭:燈頭是白熾燈電連接和機(jī)械連接部分,按形式和用途主要可分為螺口式

2、燈頭、插口式燈頭、聚焦燈頭和各種特種燈頭4螺口燈頭E插口燈頭B聚焦燈頭特種燈頭幾種燈頭外形5白熾燈的類型一般照明用白熾燈GLS(General Lighting Service Lamps)反射型白熾燈 根據(jù)泡殼的加工方法: 分為吹制泡殼反射型白熾燈和 壓制泡殼反射型白熾燈兩類其他的白熾燈6吹制泡殼反射型白熾燈泡殼的反射部分由真空蒸 鍍的鋁層形成,常稱為薄玻璃射燈壓制泡殼反射型白熾燈其拋物形反射鏡玻璃和 前面的玻璃透鏡面都是壓制成形的,在玻璃反射 鏡內(nèi)表面一般以真空蒸鍍鋁作為反射材料,這類 燈現(xiàn)在常稱為PAR燈,PAR燈有聚光型和泛光型 兩大類反射型白熾燈7反射型白熾燈PAR燈與一般反射型燈配

3、光性能的比較RF為泛光反射型,BRF為封閉泛光反射型; RS為聚光反射型,BRS為封閉聚光反射型PAR燈的集光性強(qiáng)8其他的白熾燈管狀白熾燈發(fā)光體都是長的單螺旋燈絲,一般有三種裝飾燈泡如彩色燈泡大功率白熾燈影視用燈泡特殊燈泡 等等9白熾燈的工作特性發(fā)光效率:普通照明白熾燈,其光效為821.5lm/W,它的大部分能量都變成 紅外輻射色表和顯色性:色溫較低約2800K,一般顯色指數(shù)Ra=100燈的開關(guān): 鎢有正的電阻特性,一般白熾燈燈絲的熱電阻是冷電阻的 1216倍,當(dāng)使用大批量白熾燈時,燈要分批啟動調(diào)光:普通白熾燈可以進(jìn)行調(diào)光,調(diào)光燈的燈絲工作溫度降低,從而使燈的 色溫降低,燈的光效降低,但壽命延

4、長電源電壓變化的影響:當(dāng)電源電壓變化時,白熾燈的工作電壓要發(fā)生變化, 電源電壓升高時,燈的工作電流和功率增大,燈絲工作溫度升高,發(fā)光效率 和光通量增加,壽命縮短10白熾燈電源電壓變化時其他參數(shù)的變化光電參數(shù)的變化壽命的變化11鹵鎢燈鹵鎢循環(huán):從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在泡壁區(qū)域內(nèi)與鹵素反應(yīng),形成揮發(fā)性的 鹵鎢化合物,由于泡壁溫度足夠高(2500C),鹵鎢化合物呈氣態(tài),當(dāng)鹵鎢化 合物擴(kuò)散到較熱的燈絲周圍區(qū)域時又分解成鹵素和鎢,釋放出來的鎢部 分回到燈絲上,而鹵素則繼續(xù)參與循環(huán)過程鹵鎢循環(huán)的作用:利用鹵鎢循環(huán)的原理消除燈泡發(fā)黑的現(xiàn)象鹵鎢燈的泡殼要求:必須使用耐高溫的石英玻璃或硬玻璃12鹵鎢燈的類型市電壓型

5、:市電型的鹵鎢燈直接接在市電電壓下工作,這類鹵鎢燈有雙端, 單端和雙泡殼之分,還可將鹵鎢燈封入拋物反射面泡殼內(nèi)做成鹵鎢PAR 燈,效率比普通PAR燈更高管狀鹵鎢燈有紅外膜的單端鹵鎢燈雙泡殼單端鹵鎢燈13鹵鎢燈的類型低電壓型:MR型鹵鎢燈是低電壓型鹵鎢燈的代表,它由燈泡和反射鏡封在一 起, 拋物面是由玻璃壓制而成,內(nèi)表面涂多層介質(zhì)膜,鹵鎢燈的可見光被反射 到需要照明的物體上,而所發(fā)射的紅外線絕大部分透過反射鏡被濾掉了MR型鹵鎢燈AR70AR111單U2U3U16采用紅外反射膜的鹵鎢燈的光譜功率分布效率提高15%20%17鹵鎢燈的工作特性發(fā)光效率:鹵鎢燈的特點之一是光效較高,在壽命期內(nèi)的光維持率幾

6、乎達(dá) 到100%色表和顯色性:色溫約為2800K3200K,一般顯色指數(shù)Ra=100調(diào)光性能:可以進(jìn)行調(diào)光,但不主張進(jìn)行過分調(diào)光18氣體放電燈氣體放電燈的結(jié)構(gòu)示意圖B為泡殼,A和C為電極,G為填充氣體A為陽極,C為陰極放電燈工作電路示意圖19熒光燈的工作原理熒光燈的工作原理:燈內(nèi)包含有低氣壓的汞蒸氣和少量的惰性氣體,燈管的內(nèi)表面涂有熒光粉層,燈內(nèi)的低氣壓汞蒸氣放電將60%左右的輸入電能轉(zhuǎn)變成波長為253.7nm的紫外輻射,熒光粉能有效地將這一紫外輻射轉(zhuǎn)變成可見光紫外輻射可見光熒光粉汞原子電子電極熒光燈的工作原理20熒光燈的主要部件玻殼:普通熒光燈的玻殼由鈉鈣玻璃制成,玻璃中含氧化鐵熒光粉涂層:

7、決定熒光燈特性的最重要的因素是熒光粉的種類及其組分,熒光粉不僅決定了燈的色溫和顯色性,而且在很大程度上決定了燈的發(fā)光效率常見三類熒光粉:1.鹵磷酸鹽熒光粉:在紅色區(qū)域的輻射少,使得燈的顯色性差紅波含量少21熒光燈的主要部件2.三窄帶熒光粉:稀土熒光粉,這些燈不僅光效高,而且顯色性好,Ra可以達(dá)到80以上三種窄帶熒光粉的發(fā)射光譜jY2O3:Eu3+kCeMgAl11O19:Tb3+lBaMg2Al16O27: Eu3+22熒光燈的主要部件3.多帶熒光粉:顯色性最好,Ra高達(dá)9598附加涂層:無啟動器的電路中應(yīng)用的熒光燈,在燈管的外部采用硅涂層 在反射型的熒光燈中采用氧化鋁白色粉末做成弧形的反射涂

8、層反射式隙縫式23熒光燈的主要部件電極:是決定燈壽命的主要因素,電極通常由鎢絲繞成雙螺旋或三螺旋制成,在螺旋上涂以電子發(fā)射材料(一般為三元氧化物),電極產(chǎn)生熱電子發(fā)射填充氣體:熒光燈充入汞還必須充入適量的惰性氣體,最常用的惰性氣體為氪和氬,氣壓約為2500Pa,汞蒸氣的壓強(qiáng)約為0.8Pa燈頭:管狀熒光燈兩端各有一個燈頭,環(huán)形熒光燈只有一個燈頭24熒光燈的主要類型直管型熒光燈:直管型熒光燈按其啟動方式有預(yù)熱啟動式、快速啟動式、瞬時啟動式預(yù)熱啟動式熒光燈:電路中有一個輝光放電啟動器或電子啟動器快速啟動熒光燈:沒有單獨啟動器,采用硅外涂層或外部導(dǎo)電帶瞬時啟動熒光燈:電極設(shè)計得特別結(jié)實,這種燈常采用輔

9、助電極25熒光燈的主要類型緊湊型熒光燈:分為一體化(I)和非一體化(NI)兩種類型各種緊湊型熒光燈形狀不盡相同,有U形、H形、P形、螺旋型等等,但其結(jié)構(gòu)原理和性能是大同小異的26熒光燈的工作特性能量平衡:電能以不同的形式被消耗掉發(fā)光效率:熒光燈自身的光效除由采用的熒光粉所決定外,還與環(huán)境溫度和電源頻率有密切關(guān)系,當(dāng)環(huán)境溫度低于150C時,燈的光輸出隨溫度的降低很快減少,溫度高于最佳溫度時,光輸出也要減少,但速度較低,熒光燈在高頻工作時光效能增加10%左右熒光燈光輸出隨環(huán)境溫度的變化27環(huán)境溫度對熒光燈光電參數(shù)的影響Ind和cap分別表示采用感性和容性鎮(zhèn)流器熒光燈的光效隨電源頻率的變化熒光燈的工

10、作特性28熒光燈的工作特性熒光燈的顏色特性:一般照明用的熒光燈根據(jù)顏色主要分為四種:暖白色、白色、冷白色和日光色,各種管狀熒光燈,具有不同的色表、顯色性和光效,以滿足各種不同的照明要求光輸出維持特性:在熒光燈的壽命期內(nèi),光通量逐漸下降.光通量下降的主要原因是熒光粉的效率逐漸降低,另一個原因是由于電子發(fā)射材料的沉積,使燈管管壁(尤其是燈管端)發(fā)黑,影響了光輸出29高壓汞燈高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu):電弧管由石英玻璃制成,內(nèi)充一定量汞和少量的惰性氣體(通常為氬氣)以幫助啟動,外泡殼除保溫之外還可防止環(huán)境對燈的影響,外泡殼內(nèi)表面還可涂熒光粉 30高壓汞燈的啟動借助于輔助電極,電壓加在輔助電極和相鄰的主電極之

11、間,由于產(chǎn)生輝光放電,這一輝光放電很快過渡到兩個主電極之間的弧光放電,放電時產(chǎn)生的熱量使管壁溫度逐漸升高，汞蒸氣壓和燈管電壓逐漸升高,放電向高氣壓放電過渡,高壓汞燈從啟動到正常工作需要4-10min左右,高壓汞燈的汞蒸氣壓在2*105-15*105Pa的范圍內(nèi)高壓汞燈的工作原理高壓汞燈的啟動高壓汞燈的啟動特性31電弧管和支架電極外泡殼填充氣體燈頭高壓汞燈的主要部件32明泡高壓汞燈帶熒光粉涂層的高壓汞燈反射型高壓汞燈自鎮(zhèn)流高壓汞燈高壓汞燈的主要類型33金屬鹵化物燈在結(jié)構(gòu)上與高壓汞燈十分相似,兩種燈最主要的區(qū)別在于前 者的電弧管中除充入定量的汞外,還充入一些金屬鹵化物。這些金屬鹵化 物在燈達(dá)到正常

12、工作溫度時部分氣化,參與放電、輻射金屬鹵化物燈的光譜主要是由所添加的金屬的輻射光譜所決定,汞的輻射 光譜的貢獻(xiàn)很小,根據(jù)輻射光譜的特性,金屬鹵化物燈可以分成四大類:選擇幾種發(fā)出強(qiáng)線光譜的金屬的鹵化物,將它們加在一起,得到白色的光源, 如鈉-鉈-銦燈(HPI);利用在可見光區(qū)能發(fā)射大量密集線光譜的稀土金屬,得到類似日光的白光, 鏑燈就是典型的例子(MHN/MHD);利用超高氣壓的金屬蒸氣放電或分子發(fā)光產(chǎn)生連續(xù)輻射,獲得白光,如超高 壓銦燈和錫燈(SN)利用具有很強(qiáng)的近乎單色輻射的金屬產(chǎn)生色純度很高的光,如鉈燈產(chǎn)生綠 光,銦燈產(chǎn)生藍(lán)光(彩色燈)金屬鹵化物燈34金屬鹵化物燈的主要部件電弧管和支架電極

13、外泡殼填充氣體燈頭35單泡殼雙端型雙泡殼雙端型雙泡殼單端型陶瓷電弧管金屬鹵化物燈 金屬鹵化物燈的主要類型陶瓷管能耐更高溫度,化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定,因而做成的金屬鹵化物燈不僅光效更高,光色更好,而且顏色穩(wěn)定,燈的壽命更長36高壓鈉燈采用半透明的多晶體氧化鋁(PCA)陶瓷管,在高壓鈉燈電弧管中,充入氬氣或氙氣作為啟動氣體,還要充入汞,鈉和汞常以鈉汞齊的形式充入燈內(nèi).高壓鈉燈37低壓鈉燈低壓鈉燈是現(xiàn)今光效最高的人造光源,其光效高達(dá)200lm/W,低壓鈉燈的放電管由套料抗鈉玻璃制成,彎成U型,外殼內(nèi)抽成真空,內(nèi)壁涂以氧化銦紅外反射層,U形放電管上每隔一定的距離有一個隆起的小窩,其作用是儲藏鈉,放電管中除充

14、入高純鈉外,還充入氬-氖混合氣體作為啟動氣體,燈的顯色性極差.38無極熒光燈無極熒光燈的放電管是一個內(nèi)涂熒光粉的玻璃球泡,放電管內(nèi)也充以汞和氬等惰性氣體,汞在放電時產(chǎn)生的紫外輻射經(jīng)過熒光粉轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?飛利浦的QL燈由于采用分離式結(jié)構(gòu),電子元器件能充分散熱,燈的壽命達(dá)到60000h以上.39微波硫燈微波硫燈也是一種無極放電燈,它的工作頻率更高,為2450MHz,處于微波波段.40發(fā)光二極管由III-V族元素在IV族元素中攙雜而形成.發(fā)光二極管具有省電,壽命長(幾萬小時),工作電壓低,抗震耐沖擊,冷光,光響應(yīng)速度快,以及利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點,因而有著十分廣泛的應(yīng)用前景.發(fā)光二極管41 影響光源壽命

15、的因素選 擇 光 源 的 因 素使用方環(huán)境溫度工作電壓開關(guān)頻率振動沖擊燃點位置鎮(zhèn)流啟動裝置制造方燈絲發(fā)射物質(zhì)充氣及氣壓熒光材料42照明器件所符合的品質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)1.IEC標(biāo)準(zhǔn)(International Electromechanical Commission)(1)燈泡規(guī)范編號種類IEC188高壓水銀燈(汞燈)IEC192低壓鈉燈IEC662高壓鈉燈IEC1167金屬鹵化物燈IEC81低壓水銀燈(2)控制元件IEC61燈頭,燈座IEC920鎮(zhèn)流器(管形熒光燈)IEC922,923鎮(zhèn)流器(HID)IEC926,927啟動器IEC1048,1049電子鎮(zhèn)流器(3)燈具IEC598燈具2.歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)

16、(European Standards)EN61000-3-2諧波(Harmonics)EN55015干擾(EMI)VDE德國NEC荷蘭BSI英國UTE法國KEMA荷蘭檢定協(xié)會3.其它重要標(biāo)準(zhǔn)UL美國CSA加拿大434.電光源產(chǎn)品中國國家標(biāo)準(zhǔn)目錄國家標(biāo)準(zhǔn)號GB 10681-1989GB 10682-1989GB/T13259-1991GB/T13434-1992GB/T14904-1993GB 14196-1993GB/T15041-1994GB/T15043-1994GB/T17262-1998GB/T17263-1998標(biāo)準(zhǔn)名稱普通照明燈泡普通照明用管形熒光燈高壓鈉燈泡高壓鈉燈泡特性的測試

17、方法鹵鎢燈普通照明燈泡的安全要求高壓短弧氙燈白熾燈泡光電參數(shù)的測量方法單端熒光燈性能要求普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈性能要求對應(yīng)的代號IEC81-84IEC662-87IEC662-88IEC357IEC432-84IEC901-96IEC969-98采用程度NEQNEQNEQNEQEQVNEQNEQ發(fā)布日期1989.031989.031991.101992.041993.021993.031994.041994.041998.031998.03實施日期1989.111989.111992.081992.121993.081993.081994.121994.121998.091998.09對應(yīng)飛利

18、浦類別GLSTLSONSONHalGLSGLSCFLCFL-I備注:1 國家標(biāo)準(zhǔn)號中,GB為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),GB/T為推薦標(biāo)準(zhǔn);2 IEC系國際電工委員會;3 采標(biāo)程度為:IDT直接采用,EQV等效采用,NEQ參照采用.飛利浦照明器件所符合的品質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)44 電 參 數(shù)啟動電壓使氣體放電燈能正常啟動并維持燃點的最低電源電壓.熒光燈 一般為180V一體化節(jié)能燈 一般為170V高壓汞燈 一般為180V45端電壓和燈電流燈在正常燃點時,燈兩端的電壓和流過燈的電流值.氣體放電燈的端電壓不包括鎮(zhèn)流器等附件的壓降.端電壓燈電流60W白熾燈220V0.27A36W熒光燈103V0.43A 150W高壓鈉燈100V1

19、.80A 電 參 數(shù)46絕緣電阻以絕緣件(塑料、玻璃等)分隔的絕緣金屬件或 電極在一定濕度下的最低電阻. 熒光燈燈頭環(huán)和插腳 間的絕緣電阻應(yīng)不小 于20M(65%濕度) 電 參 數(shù)47功率因數(shù)用電回路的有功功率和視在功率之比.功率因數(shù)在01之間.低功率因數(shù)被認(rèn)為是不利的:不必要地增加了供電的千伏安量;增加了用戶用電的危險性，增大了回路的負(fù)荷.可以并聯(lián)一個或幾個電容器來校正功率因數(shù)使其接近 1 . 電 參 數(shù)48功率因數(shù)的計算功率因數(shù)P.F=消耗功率/(電壓 x 電流)例:TLD36W燈管P.F=(36W+8W)/(220V x 0.41A)=0.5ILcosILsinIcVLVbVm說明:Vm

20、:主電壓VL:燈管電壓IL:燈管電流Vb:鎮(zhèn)流器電壓49 諧波含量 一個非正弦波電流對于正弦波 電流的偏離性可用各次諧波分量 與燈基波電流的百分比表示. 通常以三次諧波含量為標(biāo)志. 高諧波含量的光源集中使用將造成對電網(wǎng)的干擾并可能使 中線電流失控. 電 參 數(shù)50 電磁干擾(EMI) 熒光燈等氣體放電燈照明設(shè)備在使用過程中,通過 輻射、傳導(dǎo)等方式產(chǎn)生的電磁噪音. 電磁干擾可能使周圍電器工作異常甚至失控. 電 參 數(shù)51 初始光通量 燈燃點100小時時測得的光通量,單位為流明(lm). 光 參 數(shù)52 光通維持率 燈在壽命中特定時間的光通量 與該燈初始光通量的百分比. 時間 光通維持率 白熾燈7

21、50小時 =80% 熒光燈 2000小時 =78% 節(jié)能燈 2000小時 =78% 光 參 數(shù)53 光效 光源發(fā)出的光通量和光源所消耗的功率之比. 單位:lm/w 光效是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo). 光 參 數(shù)54 色溫 用黑體的開氏溫度(單位K)表示的光源顏色. 光 參 數(shù)55 色表不同色溫的燈有不同的色表,分別對應(yīng)于光譜色度圖上的一個位置 光 參 數(shù)56色坐標(biāo)(x,y)不同色表的燈在色度圖上應(yīng)有一個確定的位置, 用x,y值表示,稱為色坐標(biāo). TLD x y /54 0.313 0.337 /330.372 0.375 /290.440 0.403 光 參 數(shù)57色度容差(色度寬容量)色度坐標(biāo)容

22、許一定的容差表示最小可辨色差, 表示為圍繞色坐標(biāo)的一個MacAdam橢圓. 把人眼能分辨的最小色差 單位稱為SDCM,則色度容 差一般不得大于5 SDCM. 光 參 數(shù)58顯色指數(shù) Ra 燈發(fā)射的光譜特性 對于被照物體表面 的顏色的真實度的反 映。以符合太陽光顯 色性的指數(shù)稱為100. 光 參 數(shù)59 中心光強(qiáng)射燈類中軸線方向射出的發(fā)光強(qiáng)度稱中心光強(qiáng).通常燈的功率越高, 聚光越好,中心光強(qiáng)就越大.型號 光束角 中心光強(qiáng)(cd)R63/60W30o 960PAR38/80W12o5400PAR56/300W12o 4000014594/50W36o 1800 光 參 數(shù)60 光束角射燈發(fā)射光的空間分布,以中心最強(qiáng),向四周逐漸減弱到中心光強(qiáng)