照明光学基础知识培训篇课件

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1、,光学基础知识培训,照明的基础知识,1.1光的本质 人们通常所说的光是指“可见光”，它是由光源发出的辐射能中的一部分，并能产生视觉效应。从量子物理的观点，光具有二重性：粒子性和波动性。单个光子呈粒子性，密集光子的集合衍射便呈现出波动性。所以，光是一种电磁辐射能，即电磁波，光线的方向也就是波传播的方向。将各种电磁波按波长依次排列，就成为电磁波谱，如图1-1所示： 图（1-1）电磁波谱及可见光光谱（光波只是其中极小一部分）,1.2可见光谱 人类视觉能感受到的电磁波可见部分的波长范围大约在380nm至780nm之间，1nm=10 -6mm，而不同波长的光给人的颜色感觉也不同。波长从380nm向780

2、nm递增时，光的颜色从紫色开始，按蓝、青、绿、黄、橙、红的顺序逐渐变化，两种颜色之间没有明显的分界。将全部可见光波混合在一起就形成日光，即白色光。,1.3紫外和红外辐射 太阳光和光源在发出可见光的同时，都会有紫外和红外辐射，只是眼睛视觉反应不出来而已。太阳光谱中，波长大于1400nm的光波被大层中的水蒸气和二氧化碳强烈吸收；波长小于290nm的光波被大气层中的臭氧所吸收。人类在进化过程中紫外光和红外光对眼睛不产生视觉反应。 波长小于320nm的紫外辐射对生物组织有损害。 波长在260nm处的紫外辐射灭菌效应最大。 波长253.7nm的紫外线作用于三基色粉或荧光粉会产生发光效应。 波长大于780

3、nm的近红外光谱会产生热。对光源来说，由于红外线的存在而损失了光效能，产生了不需要的热。 白炽灯因钨丝加热时产生太多看不见的红外光，所以光效低。 低压汞蒸气放电灯会产生253.7nm的紫外辐射，因此，提高发光效率，控制紫外辐射的泄漏分量十分重要。,光的基本度量单位,2.1光通量 光通量是视觉响应的计量。定义为：光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通，符号，单位为流明（LM）。 光通量的测量必须在积分球内进行；,2.2发光效率 定义：指电光源每消耗1W电功率所发出的光通量，单位为Lm/W；消耗的电功率是从市电输入端测量的，称系统光效；,人眼对不同波长的光的灵敏度不一样，对波长为

4、555nm的黄、绿光最灵敏，波长离555nm越远，灵敏度越低,而这是产生不同灯有不同光效的基础；对某一特定的光源来说，不仅要测量它的光通量，而且要展示它的频谱分布，评价它的视觉效果。,光谱光效率曲线,2. 3发光强度 光源在空间某一特定方向上单位立体角内辐射的光通量空间密度，称为光源在该方向上的发光强度，简称光强 。 浅释：桌子上方有一盏无罩的白炽灯，在加上灯罩后，桌面显得亮多了。而同一灯泡不加罩与加灯罩，它所发出的光通量是一样的，只不过加上灯罩后，光线经灯罩反射，使光通量在空间的分布状况发生了变化，射向桌面的光通量比未加罩时增多了。因此，在电气照明技术中，必须了解光通量在空间各个方向上的分布

5、情况。,2. 4 照度 定义为：投射到被照面上的光通量与被照面的面积之比称为该面的照度。 照度的单位为勒克斯（Lx），1L=1Lm/m2 感性认识：1只40W白炽灯1米远处的照度约为30Lx,加一搪瓷罩后增加到73 Lx。上海12月份上午10时正对太阳光的照度为465X102 Lx525X102 Lx；单边高楼阴影下的照度约为825012000 Lx；树荫下的照度约为20502280 Lx。大马路14.5米高的双泡路灯（400W高压钠灯+250W金卤灯）垂直地面照度为5568 Lx。由此可见，人造光源与太阳光相比实在太渺小。,2. 5 亮度 定义：发光体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物

6、体表面的亮度。 在同一位置上并排放置一个黑体和一个白色体，虽然它们的照度一样，但人眼看起来白色体要亮得多。这是因为人眼的视网膜上的照度是被视物体在沿视线方向上的发光强度造成的，而白色体的反光要比黑色体强得多，所以感到白色体比黑色体亮得多。,3. 1额定电压和额定电流 定义:指电光源按预定要求工作所需要的电压和电流。偏离额定值工作会影响电光源的效能和寿命。,电光源的特性,3. 2额定功率 定义：指电光源工作在额定电压和额定电流时所消耗的有功功率。,3. 3光衰 定义：电光源在额定工作条件下，随着使用时间的延长，额定光通量和光效都会逐渐降低。,3. 4色温 定义：黑体被加热到不同温度时，人眼所看到

7、黑体所呈现出的不同颜色，以此表达一个光源的光色，称为光源的色温。色温以绝对温标K为单位。 色温与感觉： 大于5000K为冷色； 33005000K为中间； 小于3300K为暖色。,常用电光源的色温,3. 5显色性 定义：指在光源照明下，与具有相同或相近色温的黑体或日光的照明相比，各种颜色在视觉上的失真程度。显色指数以Ra表示。 光源的色温与显色性之间没有必然的联系，具有不同光谱能量分布的光源可能有相同的色温，但显色性却可能差别很大。,常用电光源的显色指,3. 6 频闪效应 定义：电光源的光通量随交流电源电压相位周期性变化而变化，且使人眼产生视觉疲劳或视觉错误的现象称为频闪效应。 频闪除引起人的

8、疲劳、头昏眼花等不适外，在工场工作环境中，当被照物体处于转动状态，且转动速度刚好是电源频率的整数倍时，则转动物体（例为机床加工件）看上去好像没有转动一样。这种错觉容易造成事故的发生。 特别要指出的是近十多年来青少年近视眼的比例越来越高。这一令人担忧的趋势虽不能全部归罪于灯下做作业的光污染，但从统计规律看来，它的确与长期浸染在电光源下的频闪效应直接相关。在点蜡烛和煤油灯的时代，书生们近视的比例就远没有当今那么高。,各类电光源光通量波动深度比较,3. 7 眩光 定义：任何引起视觉不适的光称为眩光。眩光常常是电光源与灯具的共同产物。眩光也是对过亮亮度的一种感受，常常与过分的对比相伴在一起，引起视觉不

9、适，造成注意力分散。 通常眩光可分为“感觉到”、“能接受”、“不舒服”、“不能忍受”。虽然它们比较接近实际，但“感觉”的概念却因人而异。,3. 8 配光曲线 定义以极坐标来表示光源在各个方向上发光强度的曲线，称为该光源的配光曲线。如图所示。 发光强度在空间的2分布和配光曲线,对一种电光源特性优劣的评价必须全面、综合考虑，不能只突出单项指标，光效、寿命、显色性、色温、光衰等基本指标都要同时顾及。目前能全部兼顾上述各项指标要求的电光源只有电磁感应灯。,光源的种类,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 TL PL SL 感应灯 QL,高

10、压汞灯 HPL-N HPL Comfort ML (blended light),金卤灯 HPI MHD MHN CDM (Mastercolour) MHN/W,高压钠灯 SON (Plus) SON-H Son Comfort SON-T Deco SDW-T (White SON),低压钠灯 SOX SOX-E,紧凑型 H.I.D.,白炽灯,气体放电灯,4.1白炽灯（B）,灯具设计、生产简便 安装维护方便 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,光效低 :6.519流明/瓦 平均寿命较短( 1000 hrs) 产生大量的热 使用

11、了限制光源寿命的必然组 件灯丝或电极。 光源寿命易受电压波动影响,4.2 荧光灯（Y）,荧光灯工作原理,fluorescent powder,mercury atom,electrons,electrode,紫外辐射,可见光,荧光粉,汞原子,电子,电极,荧光灯附件,电气附件 镇流器和启辉器,荧光灯特性,光衰快 不适合用于全密闭灯具内 使用了限制光源寿命的必然组件灯丝或电极。 源寿命易受电压波动影响 使用了不可回收的汞剂，造成环保方面的问题 不宜安装在高处,荧光灯种类,4.3高压(自镇流）汞灯(G/Z),光效低 :31.552.5流明/瓦 平均寿命较短( 6000/3000 hrs) 功率因素0

12、.44 0.67 频闪明显，有眩光 使用了限制光源寿命的必然组件灯丝或电极。 产生大量的热 光源寿命易受电压波动影响 使用了不可回收的汞剂，造成环保方面的问题 启动时间慢,高压汞灯电气附件：镇流器,4.4高压钠灯（N）,光效高 :72120流明/瓦 平均寿命较长(18000 hrs) 功率因素0.44 频闪明显，有眩光 使用了限制光源寿命的必然组件灯丝或电极。 产生大量的热 光源寿命易受电压波动影响 使用了不可回收的汞剂，造成环保方面的问题 启动时间慢,电气附件：镇流器、触发器,4.5金卤灯（J/L）,光效高 :6480流明/瓦 平均寿命较长(10000 hrs) 功率因素0.4 0.6 频闪

13、明显，有眩光 使用了限制光源寿命的必然组件灯丝或电极。 产生大量的热 光源寿命易受电压波动影响 使用了不可回收的汞剂，造成环保方面的问题 启动时间慢,电气附件：镇流器、触发器,4.6关于LED,1、LED（发光二极管）属国际新光源，由于电器部分散热难以解决，2006年前国外单个功率较稳定的只能做到5W以内，国内单个功率较稳定的只能做到3W以内； 2、08年开始市场上已经生产出大功率200W的LED，但散热问题还是没能彻底解决： 3、光衰很严重； 4、有眩光； 5、理论寿命可长达510万小时； 6、常用于霓虹灯、红绿灯、手电筒等； 7、属未来电光源发展的一大方向； 8、价格较高，目前工业照明大功

14、率很少用到；,灯具,5.1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，有防爆灯具、三防灯具、工矿灯具、民用灯具、舞台灯具、车船灯具和路灯灯具等。倘若按其安装方式来分类，则有嵌入式、吸顶式、管吊式、护栏式、法兰式和移动式等。倘若按其照射面来分类，则有广照型和深照型之分。倘若按其功率大小来分类，则有小功率灯具和大功率灯具之分。,5.2按防触电保护方式分类,灯具的防触电保护分类,5.3中国防爆照明灯具的发展史,5.3.1防爆外壳的制作及生产工艺的介绍 1、铸铁外壳：傻大笨粗 、散热性能差 、现在主要使用于矿用防爆 ； 2、翻砂铸铝外壳：散热有所提高、依旧傻大笨粗、表面粗糙、

15、有气孔，现在非标产品还有使用 ； 3、铝合金压铸外壳：外表相对美观、基本没气孔、牢固度高，现在防爆行业大量采用； 4、全自动铝合金压铸外壳：外表美观精致、无气孔、壳体牢固、成品率高、生产效率高； 5、全塑系列：外表美观、轻巧、生产成本低。但工程塑料不易降解有害环境、且在户外长期使用容易老化变型导致进水及危险混合气体侵入（详细情况在下面的全塑荧光灯介绍）； 6、不锈钢外壳：外表美观精致，制造成本偏高，特殊环境防腐存在问题。,5.3.2 灯具配套光源的介绍 1、第一代光源，热辐射光源 ：白炽灯、卤钨灯； 2、第二代光源，弧光放电灯 ：荧光灯、紧凑型荧光灯； 3、第三代光源，气体放电灯：高压汞灯、高压钠灯、金卤灯； 4、第四代光源：发光二极管（LED）、电磁感应灯（无极灯）。,