电光源培训1.ppt

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1、,第一章光色彩和视觉,员工系列培训课程之一,电磁波谱,电磁波波长范围从波长到无线电波波长,光波只是其中极小一部分.,光谱光效率曲线,人眼对不同的颜色(波长)有不同的灵敏度。而这是产生不同灯有不同光效的基础。,明视觉,暗视觉,1.3光度量及其单位,照明单位,光线(可见电磁辐射),光波的能量内容,眼睛的视觉感受,两不相同事物 能量辐射的量子术语&视觉感受光是以人眼视觉感受为基准的辐射,光通量,光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量,单位 流明(lm)符号,光通量,某些实际例子,光强,I,w,I=光通量 立体角,d,w,光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量,单位:坎德拉 cd符号:I,=4 I

2、,光强,某些实际例子,光照度,照度,E=流明 x(设计系数)面积,流明,面积(m2),单位面积接受到的光通量,单位:勒克斯lx符号:E,1.4色 彩,色温,色温和相关色温 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的颜色温度Tc，简称色温（CT）,各光的色温值,色温(Tc),2700K炽白色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色,相同色温的光源有相同的颜色表现,色温,灯泡种类,Tc,TL 82系列,TL 84系列,TL 54系列,高压钠灯(SON),高压汞灯(HPL),金卤灯(MHN-T),2650K,4000K,

3、6500K,2300K,4000K,4200K,金卤灯(MHD-TD),5600K,uv色度图中黑体轨迹和等色温线LM,若光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光颜色最接近，即在均匀色度图上的色距离最小，则黑体的温度就称为该光源的相关色温（CCT）.,相关色温,10-Mar-99,16,trafficsignal,video screen,Automotive,brake/tail,turn/marker,InGaN,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,InGaN,InGaN,荧光灯颜色特性,为了使照明具有良好的效果，所选用的光源的色温必须与要求的照度相适应.,照度和

4、光源色温的关系,照度与色温关系,显色指数,显色指数-即用数字来表达演色能力,CIE 计算CRI值的,显色性,带有黄色滤片的白炽灯光照下的显色性,在低压钠灯光照下的显色性,典型灯泡的显色性,Ra,灯泡类型,白炽灯,100,荧光灯 33系列,荧光灯 54系列,荧光灯 84系列,荧光灯 94系列,高压钠灯(SON),高压汞灯(HPL),低压钠灯(SOX),66,77,85,93,26,45,(-44),1.6视觉光环境,照度水平,不同的工作需要不同的光线数量在大多数应用中，照度是确定光线数量大小的最实际参数只有在道路照明中，由亮度值来确定 照度的均匀性也是非常重要的,照度水平,照度水平由视觉任务水平

5、决定,照度水平,照度水平同样取决于人的年龄,六十多岁人所需的照明水平大约为十岁大小人员的15倍。,照度水平,照度水平同样取决于运动物体的速度和尺寸,英式足球:速度较慢，球体尺寸较大比赛照度:150 Lux,网球:高速，球体较小比赛照度:500 Lux,照度水平,在道路照明中，照明质量标准更多用亮度来表达,在同样照明条件下,因为路面的反射特性不同,亮度 水平和均匀度可以不同。,照度水平,左图是白天户外典型的照度水平,照度水平,某些典型的室内活动场所推荐照度,照度(lux),活动场所,100,300,500,750,1000,30,000,流通场所,粗加工工厂,演讲场所,实验室,电脑房,超级市场,

6、中等类型工厂,普通办公室,电子工厂,画图室,精密工厂,影剧院的投影光束,第二章照明光源,灯的种类,汞灯 金卤灯 钠灯,白炽灯标准型反射型PAR卤素灯LV 型卤素灯MV 型卤素灯,低压汞灯TLPLSL感应灯QL,高压汞灯HPL-NHPL ComfortML(blended light),金卤灯HPIMHDMHNCDM(Mastercolour)MHN/W,高压钠灯 SON(Plus)SON-HSon ComfortSON-T DecoSDW-T(White SON),低压钠灯SOXSOX-E,紧凑型 H.I.D.,白炽灯,气体放电灯,2.2白炽灯,玻壳 清光型,钠钙玻璃也有磨沙型，乳白型，彩泡型

7、，镜面反射型起保护钨丝作用填充气体减少钨的蒸发率惰性气体(Ar,N2)灯丝钨丝,发光体灯座引线,GLS 灯,泡壳形状特殊吹制的泡壳碗状反射罩压制玻璃内置铝反射罩可选择光束角度在灯寿命期间，光输出维持特性较好,反射型灯泡,1、PAR灯有聚光型和泛光型两类，光束角为5度60度2、PAR灯前透镜也可以是彩色的，常用的有红、黄、绿、琥珀3、PAR灯集光性强，利用率高,反射型灯泡,白炽灯(PAR/GLS),安装，工作较为容易简单无需辅助电气元件 初期投入较少显色性较好Ra=100产生暖色调光环境Tc=2800K存在不够明亮的可能,灯的光效较差:流明/瓦平均寿命较短(1000 hrs)产生大量 的热 灯寿

8、命易受电压波动影响,节能白炽灯,白炽灯的改进：1 如图2所示将传统的白炽灯丝从横向双螺旋(CC-6)改为纵向双螺旋(CC8，减少由灯头遮挡的灯向外辐射的光。同时减小导丝的直径。省去了省去了传统灯丝防下垂用支架，减少了灯丝的热传导损失该类灯可节电510。,节能白炽灯,2 将双螺旋灯丝的线径、长度和螺据距按最佳化设计。玻壳采用扩散性好透光性好的二氧化硅膜的涂敷技术，二氧化硅的粒度最佳化在光量相寿命相同的情况下可节电510。3 填充气体由氩气改用氪气。可使灯壳体积缩小，重量减轻50，光效提高10，寿命达2000小时，且灯具可小型化。节省；材料和资源该灯在日本已大批量生产和应用。,低压汞蒸气放电灯-荧

9、光灯,荧光灯和低压汞蒸气放电工作原理,fluorescent powder,mercury atom,electrons,electrode,紫外辐射,可见光,荧光粉,汞原子,电子,电极,荧光灯发光效率,Topt,Tambient,Relative values%,140,Tamb 太低,Tamb 太高,250 C,1、光输出与环境温度的关系,荧光灯发光效率,1、光输出与频率的关系,高频工作时光效可以增加10,荧光灯颜色特性,荧光灯光维持特性,导致光衰的因素：1、荧光粉劣化2、吸光薄膜的形成3、阴极溅射,改进措施：1、三基色荧光粉2、保护膜技术3、阴极及发射材料,荧光灯附件,电气附件镇流器和启

10、辉器,荧光灯:分类,细管径荧光灯荧光灯,近来荧光灯的细管径化开发日趋活跃，除现已大量生产上市的T8(26mm)灯外，又先后研制了T5(16，5mm)、T2(7mm)的超细管径荧光灯。表3为日本松下生产的T5直管型荧光灯(4000K)的主要参数。,双重环形荧光灯荧光灯,原单环的环形荧光灯管径为29mm，现开发出用管径为20mm的两根不同环径的灯管利用桥接的方式封接在同一平面上制成了双重环形荧光灯，采用高频点灯，由于加长了放电电路可以得到更大的光通量和光效，管径虽变细，但灯电路仍为单环形灯的电流没有改变，这样由于管径细化使得在管壁附近的荧光粉层受激主体254nm的正柱区的辐射功率变为最大。因此，光

11、效比单环灯提高1.2倍,双重环形荧光灯荧光灯,高压汞蒸气放电灯(HPMV),高压汞灯:概要,高压钠灯和低压钠灯,低压钠灯(SOX),低压钠灯:概要,高压钠灯,白色高压钠灯,特性优点-CRI 80,有较好的红光成分 光色较好-可较好的显示红色-Tc 2500 K-与白炽灯一样可产生暖色环境-光效达到55 lm/W-相对于白炽灯更节能 紧凑型尺寸-视觉舒适-前聚焦灯座-高聚光性-燃点位置不受限制-应用不受限制-适合于开放式灯具,白色高压钠灯新结构形式,特性优点-寿命增加25%达到-减少维护费用10000小时-光色质量不受影响-减少损坏率-减少损坏+降低费用-再次热点燃较快-当电压波动时减少人的不安

12、全感,高压钠灯:,光色质量，光效，和流明输出之间的比较关系,SON-T Deco,White SON,SON(-T)Comfort,SON(-T),SON(-T)Plus,低光输出,高光输出,功效,光色质量,金卤灯,添加物为金属卤化物和汞 提高颜色特性金属离子产生辐射汞元素调节电弧电压和温度,金卤灯,金卤灯的三种主要类型,三波段辐射,多波段辐射,分子辐射,In Ti Na,Dy Ho Tm,Ti Na,Dy Ti Na,SnCl/SnI,HPI,HPIT,MHD,MHWTD,MHNTD,SN500W,金卤灯,典型工作电路,外置电子触发器用以启动热重启装置用于瞬间启动,金卤灯应用,高棚照明(工业

13、照明/商业照明)体育场馆照明 泛光照明 区域照明/天棚照明,陶瓷金卤灯 CDM:技术创新,卤钨灯技术白光色及高光效,PCA*技术光色稳定及可靠的长寿命,CDM陶瓷金卤灯,*PCA:多晶铝,已经应用在钠灯和白钠灯上,寿命期间光色的稳定性,色温趋向红色色温,色温趋向兰绿色色温,Colour temperature(癒),普通金卤灯,陶瓷金卤灯CDM:色温 Tc 对电源电压变化的敏感性较石英管MH灯的弱,注意:要想得到灯满意的特性,则电源电压的偏差不能超过正常值的+/-3%,Tc in%,电源电压(常规镇流器),CDM-TD 70W,MHW-TD 70W,陶瓷金卤灯分类,Tc3000K 4200K类

14、型CDM-TC CDM-T CDM-TD CDM-R CDM-R CDM-T CDM-TD PAR20 PAR30L/830/830/830/830/830/942/94235W39W70W150W,10?40,10?30,10?30,陶瓷金卤灯性能改进,光效,光效m/W,石英管MHW,陶瓷管金卤灯,白钠灯,卤钨灯白炽灯,光效,光色,颜色特性(CRI+光色稳定性+光色评估),陶瓷管金卤灯特性,陶瓷金卤灯 CDM 应用领域,1.商店照明一般照明和重点照明,特别是商店的一般照明照度水平为250500lux时的重点照明2.办公室照明和公共场所照明替代卤钨灯用于大厅和走廊的重点照明和一般照明3.室外泛

15、光照明用于要求白光色、高光效、聚光光源的场所,汽车用小型金卤灯,由于交通运输飞速发展，汽车用小功率金卤灯需求猛增。该灯具有色温高，对标志辨识性好的优点,2.4QL 无极感应灯,无极感应灯,原理：高频电源通过感应线圈耦合，在放电管中产生交变电磁场，从而使放电管中气体电离和激发，频率足够高时，放电管无需电极存在，放电能持续，稳定进行。,高频发生器,荧光球泡,高频耦合棒,三大部件高频发生器高频耦合棒荧光球泡,无极感应灯,QL 系列,QL 55WQL 85WColours/827/830/840光通量lm35006000系统效率 lm/W6570寿命hrs 80000QL 165W 12klm in

16、development,2.6微波硫灯,3.4k微波硫灯结构示意图,在发光体内填充硫元素和氩气，在2450hz微波能量下使硫蒸汽放电，硫分子振动能与转动能变化辐射出连续光谱。,2.7LED 21世纪照明新光源,本节内容,LED用作照明光源的可行性单色光LED的发展单色光LED的应用举例白色LED的开发 LED照明与节能和环保,10-Mar-99,77,单色光LED的发展(2)Super Bright LED Material Efficacy,0.1,1,10,100,Quantum Efficiency(lumen/watt),镓砷磷,磷化镓,磷化镓,镓砷磷,铝镓砷 SH,碳化硅,铝镓砷 D

17、H,铝镓砷 DDH,Incandescent,Flourescent,R,R,HO,YG,Y,R,R,R,R,O,Y,R,O,Y,铝铟镓磷-AS,铝铟镓磷-TS,氮化镓,氮化铟镓,氮化铟镓,white,FilteredIncandescent,R,O,Y,单色光LED的发展LED(1)Lamp Spectrum vs Material System,UV,350,700,600,500,磷化镓,铝铟镓磷,380,540,580,640,660,570,IR,氮化铟镓,铝镓砷,InGaN on SiC 蓝、绿LED最近效能发展,单色光LED的发展(3)单颗 LED功率,*Trademark of

18、 LumiLeds,单色光LED的应用举例(1),汽车高位第三煞车灯(CHMSL)室外全彩显示屏-红、绿、蓝交通号志灯背光-汽车仪表,手提电话,消费产品匙扣式微形电筒,单色光LED的应用举例(2)2000年全球高亮度 LED市场分布,单色光LED的应用举例(3),10-Mar-99,84,单色光LED的应用举例(4),trafficsignal,video screen,Automotive,brake/tail,turn/marker,InGaN,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,InGaN,InGaN,LED新科技应用的进程Economics of Techn

19、ology Adoption,光度/效率 per LED Chip/Package,市场接受价钱 per Chip,$,讯号灯,全彩屏,照明,指示灯,显示器,初步用LED作照明的范畴,建筑-外墙,轮廓,招牌安全照明-油站,矿坑,货仓室内装饰-可变色照明手电筒背光-计算机显示器,汽车仪表,白色LED的开发(1),白色LED的开发(2),萤光粉,LED,白色LED的开发(3-1),白色LED的开发(3-2),白色LED的效能进展,白色LED的应用,澳大利亚首都堪培拉,Anzac Parade的街道照明实景示例,LED照明与节能和环保,LED能否成为光源的重要参数,效能(电转光):Lumen/Wat

20、tInternal Quantum EfficiencyExternal Quantum Efficiency(with light extraction)放光功率:Lumen(per LED chip/package)Input Power,Light Output Power(LOP),Thermal Dissipation limit成本效益:$/LumenCost Performance ratio-芯片+封装,LED发光效能的提升(1)封装设计中的热分析:LED Chip Junction Temp,LED发光效能的提升(2)芯片发光效能,Die shaping提高出光效率,LED光

21、源代替白炽灯照明时的盈亏平衡点,性能比较,注：设卤粉灯管9元/支，三基色灯管21/支。双管荧光灯灯具350元/台，电费0.6元/度。,注：Pulse Start形也是钪钠灯，无辅助电极，（电感镇流器+触发器）工作，初始光通量增加 20%，寿命延长50%。Venture Lighting开发出Uni-Form Pulse Start灯，性能更为优越。,无极荧光灯参数,第三章灯 具,灯具,CIE 定义:灯具是这样一种器具，它对从一个或多个光源发出的光线进行重新分配,滤光或转换。它除包含灯泡外，还包含固定和保护灯泡所必备的元件，连接灯泡和供电线路的辅助电路设备等。,3.1灯具的控光功能,要想按照我们

22、的意志控制光线（滤光，转换，重新分配），就必须要有光控元件 下列为灯具中常用的光学器件反射器件折射器件漫射器件滤光器件屏蔽器件,光线的不同分布,反射器件最普通的光学器件,三种基本类型的反射器件,定向反射遵守所有的反射定律精确的光学分布镜面铝是最常用的材料,反射器件,不同镜面材料的反射率,材料 加工 反射率铝面 磨光和电镀 0.7镀铝金属面:高纯铝 磨光和电镀 0.8银面 磨光和电镀0.9玻璃和塑胶 覆铝0.85-0.88铬 磨光 0.65不锈钢 磨光 0.60,反射器件,散反射无光源的镜面象适度的视觉控制:光束柔和锤打，腐蚀，刷漆的普通镜面反射通常为散反射,反射器件,漫反射任何方向都有散射光无

23、精确的光线控制无光泽的磨光金属或油漆面是最普通的漫反射表面发射器外型不是很重要反射器越深,光线间的相互作用以及吸收作用越大，效率越低。,外形各异的反射器件,反射器件的形状决定了光束图案,平面反射器:通常用于装饰型灯具，主要用于图象的反射而非光线的控制,外形各异的反射器件,反射器件的形状决定了光束图案,抛物线反射器,点光源放置在焦点位置将产生平行光束,外形各异的反射器件,点光源从焦点位置外移将产生会聚性光束，内移将产生发散性光束,有具体尺寸的光源位于焦点将产生不同的散射光束，其决定于入射点到光源的距离,外形各异的反射器件,要达到精确的光束控制,灯泡在反射器中的相对位置非常重要。如果位置有偏差，则

24、光分布将完全不同,外形各异的反射器件,平滑面反射器和小平面反射器平滑面反射器:窄光束小平面反射器:光束较宽,外形各异的反射器件,球形反射器和抛物线反射器的结合将产生非对称光束分布,外围光束强度将比中心光束强度要高,折射器件,利用光的折射原理将透光材料做成灯具元件，改变光线前进方向，获得合理的光分布。,透镜（a）凸透镜（b）凹透镜,折射器件,菲涅耳透镜原理（a）平凸透镜（b）菲涅耳透镜,折射器件,通过光折射产生光分布材料通常为聚苯乙烯或丙烯酸聚合物,遮光器件,遮光装置的作用是减少眩光,遮光装置:挡板和百叶:通常用于荧光灯灯具遮光角:是指照明器出光沿口遮蔽光源体使之完全看不见的方位与水平线的夹角.

25、内置格栅:位于灯泡上方的小水平平面，用于泛光灯。,采用一些遮光器件，附加到灯具上去，从而达到增大灯具保护角，达到减少眩光的目的。,常用的遮光器的结构,光导纤维和导光管光导纤维的结构原理如图所示.其芯体由透明材料制成，外包层材料的折射率比芯体稍低.光线经过多次的全反射可从光纤的一端传到另一端.,在光导纤维中的全反射,用于照明的光导纤维的发光形式有两种，如图所示.图(a)为端发光，图(b)为侧发光.,光导纤维的两种发光形式(a)端发光；(b)侧发光1 光发生器；2 光纤；3 终端发光头,无论采用哪种光纤照明，都需有一个光发生器.光发生器的原理如图所示.,光纤光发生器的结构原理,导光管也是一种远程传

26、光系统，而且可以用来传输大的光通量.现在常用的导光管有两种，一种是有缝导光管，另一种是棱镜导光管.,棱镜导光管结构示意图(a)OLF的结构；(b)OLF卷成的导光管,3.2灯具的分类,灯具有成千上万种，分类方法也多种多样.如按其用途来分类，有民用灯具、工矿灯具、舞台灯具、车船灯具、防爆灯具和路灯灯具等.倘若按其安装方式来分类，则有嵌入式、吸顶式、悬挂式、落地式和移动式等.下面介绍几种根据灯具的防护性能和光分布情况进行分类的方法.,按防触电保护方式分类,灯具的防触电保护分类,灯具防尘放水等级目前采用特征字母IP后面跟两个数字来表示灯具的防尘、防水等级.第1个数字表示对人、固体异物或尘埃的防护能力

27、，第2个数字表示对水的防护能力，见下表：,防护等级特征字母IP后面数字的意义,续上表,按光束角分类,投光灯按光束角分类,投光灯光束角（本例中光束角60）,投光灯的NEMA分类,3.3灯具光强的空间分布,定义灯具的光通量在它周围空间不同方向上的分布,光分布,决定光束形状和光分布的因素反射器的轮廓形状种类(椭圆形,抛物面形等,光滑面或小平面)灯泡相对于反射器的位置灯泡尺寸,外形和种类光束形状和光分布决定了灯具的应用范围。这是灯具设计的精髓,光分布,旋转对称在所有平面上的光分布相同通常为圆形或杯形灯具,光分布,二维对称灯具光分布由两相对独立垂直平面上光分布决定典型例子为荧光灯灯具和路灯灯具的光分布,

28、光分布,不同类型的光束角(特别是相对于泛光灯具),光束角:光束轴平面上光强度下降到峰值的50时的两光线间的夹角,光分布:光束形状,窄光束,中光束,宽光束,蝙蝠翼分布,灯具光度学中空间坐标系统,灯具照明时分为两类1.灯具光度参考轴垂直向下；用A-,B-,C-坐标系表示2.灯具光轴成水平状态；用X-Y,V-H光度系统表示,灯具光度学中空间坐标系统,A-,B-,C-坐标系统（a）A-坐标,(b)B-坐标,（c）C-坐标,灯具光度学中空间坐标系统,（a）X-Y坐标系统，（b）V-H坐标系统，（c）无相应坐标系统,空间等照度曲线,定义：在一个垂直平面内的照度分布曲线称为空间等照度曲线，如下图：,光学参数

29、,通常用的光强分布(极坐标/笛卡尔坐标)利用系数表眩光控制图表均匀性表特性图表光强表格视觉图表视觉效果图表,光强图表:极坐标,光分布形状眩光控制区域照明区域距高比s/h整体效率 空间瞬间光分布设计师进行光强逐点计算的工具,主要应用于路灯和室内灯具,光强图表:直角坐标,区域内光线照射范围泛光灯具任何方向的光通量都存在最大值最大光强设计师进行光强逐点计算的工具,光强图表:直角坐标,对于泛光灯具,当灯轴垂直于灯具前置玻璃,光强曲线在通过灯轴的一个平面上测量得出,对于泛光灯具,当灯轴平行于灯具前置玻璃,光强曲线分别在通过灯轴的两个相互垂直的平面上测量得出,泛光照明灯具:光束外形,泛光照明灯具:光束外形,利用系数表,利用系数表,表明了灯具的效率室空指数 表面反射系数在设计师用光通量方法计算灯具数量时非常重要,