光源基本知识

光源基本知识光源基本知识普通白炽灯普通白炽灯白炽灯是根据热辐射原理制成的白炽灯的主要部件为灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头普通白炽灯普通白炽灯灯丝灯丝:灯丝是白炽灯的发光部件,由钨丝制成采用双重螺旋灯丝的白炽灯,光效更高芯柱和支架芯柱和支架:芯柱是由铅玻璃制成电导丝由三部分组成:里面的部分即内导丝,用来与灯丝焊接(或夹接);玻璃中间的部分是杜美丝,与铅玻璃进行气密封接;电导丝的下部即外导丝,熔点较低,可起保险丝的作用泡壳泡壳:泡壳通常采用钠钙玻璃,大功率灯用耐热性能好的硼硅酸盐玻璃填充气体填充气体:为了减少灯丝的蒸发,从而提高灯丝的工作温度和光效,必须在灯泡中充入合适的惰性气体灯头灯头:灯头是白炽灯电连接和机械连接部分,按形式和用途主要可分为螺口式灯头、插口式灯头、聚焦灯头和各种特种灯头螺口灯头E插口灯头B聚焦灯头特种灯头几种灯头外形几种灯头外形白炽灯的类型白炽灯的类型Ø一般照明用白炽灯GLS(General Lighting Service Lamps)Ø反射型白炽灯 根据泡壳的加工方法: 分为吹制泡壳反射型白炽灯和 压制泡壳反射型白炽灯两类Ø其他的白炽灯Ø吹制泡壳反射型白炽灯泡壳的反射部分由真空蒸 镀的铝层形成,常称为薄玻璃射灯Ø压制泡壳反射型白炽灯其抛物形反射镜玻璃和 前面的玻璃透镜面都是压制成形的,在玻璃反射 镜内表面一般以真空蒸镀铝作为反射材料,这类 灯现在常称为PAR灯,PAR灯有聚光型和泛光型 两大类反射型白炽灯反射型白炽灯反射型白炽灯反射型白炽灯PAR灯与一般反射型灯配光性能的比较RF为泛光反射型,BRF为封闭泛光反射型; RS为聚光反射型,BRS为封闭聚光反射型PAR灯的集光性强其他的白炽灯其他的白炽灯管状白炽灯发光体都是长的单螺旋灯丝,一般有三种装饰灯泡如彩色灯泡大功率白炽灯影视用灯泡特殊灯泡 等等白炽灯的工作特性白炽灯的工作特性Ø发光效率:普通照明白炽灯,其光效为8~21.5lm/W,它的大部分能量都变成 红外辐射Ø色表和显色性:色温较低约2800K,一般显色指数Ra=100Ø灯的开关: 钨有正的电阻特性,一般白炽灯灯丝的热电阻是冷电阻的 12~16倍,当使用大批量白炽灯时,灯要分批启动Ø调光:普通白炽灯可以进行调光,调光灯的灯丝工作温度降低,从而使灯的 色温降低,灯的光效降低,但寿命延长Ø电源电压变化的影响:当电源电压变化时,白炽灯的工作电压要发生变化, 电源电压升高时,灯的工作电流和功率增大,灯丝工作温度升高,发光效率 和光通量增加,寿命缩短白炽灯电源电压变化时其他参数的变化白炽灯电源电压变化时其他参数的变化光电参数的变化寿命的变化卤钨灯卤钨灯Ø卤钨循环:从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤素反应,形成挥发性的 卤钨化合物,由于泡壁温度足够高(2500C),卤钨化合物呈气态,当卤钨化 合物扩散到较热的灯丝周围区域时又分解成卤素和钨,释放出来的钨部 分回到灯丝上,而卤素则继续参与循环过程Ø卤钨循环的作用:利用卤钨循环的原理消除灯泡发黑的现象Ø卤钨灯的泡壳要求:必须使用耐高温的石英玻璃或硬玻璃卤钨灯的类型卤钨灯的类型Ø市电压型:市电型的卤钨灯直接接在市电电压下工作,这类卤钨灯有双端, 单端和双泡壳之分,还可将卤钨灯封入抛物反射面泡壳内做成卤钨PAR 灯,效率比普通PAR灯更高管状卤钨灯管状卤钨灯有红外膜的单端卤钨灯有红外膜的单端卤钨灯双泡壳单端卤钨灯双泡壳单端卤钨灯卤钨灯的类型卤钨灯的类型Ø低电压型:MR型卤钨灯是低电压型卤钨灯的代表,它由灯泡和反射镜封在一 起, 抛物面是由玻璃压制而成,内表面涂多层介质膜,卤钨灯的可见光被反射 到需要照明的物体上,而所发射的红外线绝大部分透过反射镜被滤掉了MR型卤钨灯型卤钨灯采用红外反射膜的卤钨灯的光谱功率分布采用红外反射膜的卤钨灯的光谱功率分布效率提高15%~20%卤钨灯的工作特性卤钨灯的工作特性Ø发光效率:卤钨灯的特点之一是光效较高,在寿命期内的光维持率几乎达 到100%Ø色表和显色性:色温约为2800K~3200K,一般显色指数Ra=100Ø调光性能:可以进行调光,但不主张进行过分调光气体放电灯气体放电灯气体放电灯的结构示意图B为泡壳,A和C为电极,G为填充气体A为阳极,C为阴极放电灯工作电路示意图荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极荧光灯的工作原理荧光灯的主要部件荧光灯的主要部件玻壳玻壳:普通荧光灯的玻壳由钠钙玻璃制成,玻璃中含氧化铁荧光粉涂层荧光粉涂层:决定荧光灯特性的最重要的因素是荧光粉的种类及其组分,荧光粉不仅决定了灯的色温和显色性,而且在很大程度上决定了灯的发光效率常见三类荧光粉常见三类荧光粉:1.卤磷酸盐荧光粉卤磷酸盐荧光粉:在红色区域的辐射少,使得灯的显色性差红波含量少红波含量少荧光灯的主要部件荧光灯的主要部件2.三窄带荧光粉三窄带荧光粉:稀土荧光粉,这些灯不仅光效高,而且显色性好,Ra可以达到80以上三种窄带荧光粉的发射光谱三种窄带荧光粉的发射光谱jY2O3:Eu3+kCeMgAl11O19:Tb3+lBaMg2Al16O27: Eu3+荧光灯的主要部件荧光灯的主要部件3.多带荧光粉多带荧光粉:显色性最好,Ra高达95~98附加涂层附加涂层:无启动器的电路中应用的荧光灯,在灯管的外部采用硅涂层 在反射型的荧光灯中采用氧化铝白色粉末做成弧形的反射涂层反射式隙缝式荧光灯的主要部件荧光灯的主要部件电极电极:是决定灯寿命的主要因素,电极通常由钨丝绕成双螺旋或三螺旋制成,在螺旋上涂以电子发射材料(一般为三元氧化物),电极产生热电子发射填充气体填充气体:荧光灯充入汞还必须充入适量的惰性气体,最常用的惰性气体为氪和氩,气压约为2500Pa,汞蒸气的压强约为0.8Pa灯头灯头:管状荧光灯两端各有一个灯头,环形荧光灯只有一个灯头荧光灯的主要类型荧光灯的主要类型直管型荧光灯直管型荧光灯:直管型荧光灯按其启动方式有预热启动式、快速启动式、瞬时启动式预热启动式荧光灯预热启动式荧光灯:电路中有一个辉光放电启动器或电子启动器快速启动荧光灯快速启动荧光灯:没有单独启动器,采用硅外涂层或外部导电带瞬时启动荧光灯瞬时启动荧光灯:电极设计得特别结实,这种灯常采用辅助电极荧光灯的主要类型荧光灯的主要类型紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯:分为一体化(I)和非一体化(NI)两种类型各种紧凑型荧光灯形状不尽相同,有U形、H形、P形、螺旋型等等,但其结构原理和性能是大同小异的荧光灯的工作特性荧光灯的工作特性能量平衡能量平衡:电能以不同的形式被消耗掉发光效率发光效率:荧光灯自身的光效除由采用的荧光粉所决定外,还与环境温度和电源频率有密切关系,当环境温度低于150C时,灯的光输出随温度的降低很快减少,温度高于最佳温度时,光输出也要减少,但速度较低,荧光灯在高频工作时光效能增加10%左右荧光灯光输出随环境温荧光灯光输出随环境温度的变化度的变化环境温度对荧光灯光电参数的影响Ind和cap分别表示采用感性和容性镇流器荧光灯的光效随电源频率的变化荧光灯的工作特性荧光灯的工作特性荧光灯的工作特性荧光灯的工作特性荧光灯的颜色特性荧光灯的颜色特性:一般照明用的荧光灯根据颜色主要分为四种:暖白色、白色、冷白色和日光色,各种管状荧光灯,具有不同的色表、显色性和光效,以满足各种不同的照明要求光输出维持特性光输出维持特性:在荧光灯的寿命期内,光通量逐渐下降.光通量下降的主要原因是荧光粉的效率逐渐降低,另一个原因是由于电子发射材料的沉积,使灯管管壁(尤其是灯管端)发黑,影响了光输出高压汞灯高压汞灯高压汞灯的典型结构高压汞灯的典型结构:电弧管由石英玻璃制成,内充一定量汞和少量的惰性气体(通常为氩气)以帮助启动,外泡壳除保温之外还可防止环境对灯的影响,外泡壳内表面还可涂荧光粉 高压汞灯的启动借助于辅助电极,电压加在辅助电极和相邻的主电极之间,由于产生辉光放电,这一辉光放电很快过渡到两个主电极之间的弧光放电,放电时产生的热量使管壁温度逐渐升高，汞蒸气压和灯管电压逐渐升高,放电向高气压放电过渡,高压汞灯从启动到正常工作需要4-10min左右,高压汞灯的汞蒸气压在2*105-15*105Pa的范围内高压汞灯的工作原理高压汞灯的工作原理高压汞灯的启动高压汞灯的启动特性电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头高压汞灯的主要部件高压汞灯的主要部件明泡高压汞灯带荧光粉涂层的高压汞灯反射型高压汞灯自镇流高压汞灯高压汞灯的主要类型高压汞灯的主要类型q金属卤化物灯在结构上与高压汞灯十分相似,两种灯最主要的区别在于前 者的电弧管中除充入定量的汞外,还充入一些金属卤化物。

这些金属卤化 物在灯达到正常工作温度时部分气化,参与放电、辐射q金属卤化物灯的光谱主要是由所添加的金属的辐射光谱所决定,汞的辐射 光谱的贡献很小,根据辐射光谱的特性,金属卤化物灯可以分成四大类:Ø选择几种发出强线光谱的金属的卤化物,将它们加在一起,得到白色的光源, 如钠-鉈-铟灯(HPI);Ø利用在可见光区能发射大量密集线光谱的稀土金属,得到类似日光的白光, 镝灯就是典型的例子(MHN/MHD);Ø利用超高气压的金属蒸气放电或分子发光产生连续辐射,获得白光,如超高 压铟灯和锡灯(SN)Ø利用具有很强的近乎单色辐射的金属产生色纯度很高的光,如鉈灯产生绿 光,铟灯产生蓝光(彩色灯)金属卤化物灯金属卤化物灯金属卤化物灯的主要部件金属卤化物灯的主要部件电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头单泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳单端型陶瓷电弧管金属卤化物灯 金属卤化物灯的主要类型金属卤化物灯的主要类型陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长高压钠灯采用半透明的多晶体氧化铝(PCA)陶瓷管,在高压钠灯电弧管中,充入氩气或氙气作为启动气体,还要充入汞,钠和汞常以钠汞齐的形式充入灯内.高压钠灯高压钠灯低压钠灯低压钠灯低压钠灯是现今光效最高的人造光源,其光效高达200lm/W,低压钠灯的放电管由套料抗钠玻璃制成,弯成U型,外壳内抽成真空,内壁涂以氧化铟红外反射层,U形放电管上每隔一定的距离有一个隆起的小窝,其作用是储藏钠,放电管中除充入高纯钠外,还充入氩-氖混合气体作为启动气体,灯的显色性极差.无极荧光灯无极荧光灯无极荧光灯的放电管是一个内涂荧光粉的玻璃球泡,放电管内也充以汞和氩等惰性气体,汞在放电时产生的紫外辐射经过荧光粉转变为可见光,飞利浦的QL灯由于采用分离式结构,电子元器件能充分散热,灯的寿命达到60000h以上.微波硫灯微波硫灯微波硫灯也是一种无极放电灯,它的工作频率更高,为2450MHz,处于微波波段.发光二极管由III-V族元素在IV族元素中搀杂而形成.发光二极管具有省电,寿命长(几万小时),工作电压低,抗震耐冲击,冷光,光响应速度快,以及利于环境保护等优点,因而有着十分广泛的应用前景.发光二极管发光二极管 影响光源寿命的因素选选 择择 光光 源源 的的 因因 素素使用方环境温度工作电压开关频率振动冲击燃点位置镇流启动装置制造方灯丝发射物质充气及气压荧光材料照明器件所符合的品质与标准1.IEC标准标准(International Electromechanical Commission)(1)灯泡灯泡规范编号规范编号种类种类IEC188高压水银灯高压水银灯(汞灯汞灯)IEC192低压钠灯低压钠灯IEC662高压钠灯高压钠灯IEC1167金属卤化物灯金属卤化物灯IEC81低压水银灯低压水银灯(2)控制元件控制元件IEC61灯头灯头,灯座灯座IEC920镇流器镇流器(管形荧光灯管形荧光灯)IEC922,923镇流器镇流器(HID)IEC926,927启动器启动器IEC1048,1049电子镇流器电子镇流器(3)灯具灯具IEC598灯具灯具2.欧洲国家标准(European Standards)EN61000-3-2谐波谐波(Harmonics)EN55015干扰干扰(EMI)VDE德国德国NEC荷兰荷兰BSI英国英国UTE法国法国KEMA荷兰检定协会荷兰检定协会3.其它重要标准UL美国美国CSA加拿大加拿大4.电光源产品中国国家标准目录国家标准号GB 10681-1989GB 10682-1989GB/T13259-1991GB/T13434-1992GB/T14904-1993GB 14196-1993GB/T15041-1994GB/T15043-1994GB/T17262-1998GB/T17263-1998标准名称普通照明灯泡普通照明用管形荧光灯高压钠灯泡高压钠灯泡特性的测试方法卤钨灯普通照明灯泡的安全要求高压短弧氙灯白炽灯泡光电参数的测量方法单端荧光灯性能要求普通照明用自镇流荧光灯性能要求对应的代号 IEC81-84IEC662-87IEC662-88IEC357IEC432-84 IEC901-96IEC969-98采用程度 NEQNEQNEQNEQEQV NEQNEQ发布日期1989.031989.031991.101992.041993.021993.031994.041994.041998.031998.03实施日期1989.111989.111992.081992.121993.081993.081994.121994.121998.091998.09对应飞利浦类别GLSTLSONSONHalGLS GLSCFLCFL-I备注:1 国家标准号中,GB为强制标准,GB/T为推荐标准;2 IEC系国际电工委员会;3 采标程度为:IDT－直接采用,EQV－等效采用,NEQ－参照采用. 电电 参参 数数Ø启动电压使气体放电灯能正常启动并维持燃点的最低电源电压.荧光灯 一般为180V一体化节能灯 一般为170V高压汞灯 一般为180VØ端电压和灯电流灯在正常燃点时,灯两端的电压和流过灯的电流值.气体放电灯的端电压不包括镇流器等附件的压降.端电压灯电流60W白炽灯220V0.27A36W荧光灯103V0.43A 150W高压钠灯100V1.80A 电电 参参 数数u绝缘电阻以绝缘件(塑料、玻璃等)分隔的绝缘金属件或 电极在一定湿度下的最低电阻. 荧光灯灯头环和插脚 间的绝缘电阻应不小 于20MΩ(65%湿度) 电电 参参 数数u功率因数用电回路的有功功率和视在功率之比.功率因数在0～1之间.低功率因数被认为是不利的:*不必要地增加了供电的千伏安量;*增加了用户用电的危险性，增大了回路的负荷.可以并联一个或几个电容器来校正功率因数使其接近 1 . 电电 参参 数数功率因数的计算功率因数的计算功率因数P.F=消耗功率/(电压 x 电流)例:TLD36W灯管P.F=(36W+8W)/(220V x 0.41A)=0.5ILcos ILsin Ic VLVbVm说明:Vm:主电压VL:灯管电压IL:灯管电流Vb:镇流器电压Ø 谐波含量 一个非正弦波电流对于正弦波 电流的偏离性可用各次谐波分量 与灯基波电流的百分比表示. 通常以三次谐波含量为标志. 高谐波含量的光源集中使用将造成对电网的干扰并可能使 中线电流失控. 电电 参参 数数Ø 电磁干扰(EMI) 荧光灯等气体放电灯照明设备在使用过程中,通过 辐射、传导等方式产生的电磁噪音. 电磁干扰可能使周围电器工作异常甚至失控. 电电 参参 数数v 初始光通量 灯燃点100小时时测得的光通量,单位为流明(lm). 光光 参参 数数u 光通维持率 灯在寿命中特定时间的光通量 与该灯初始光通量的百分比. 时间 光通维持率 白炽灯750小时 >=80% 荧光灯 2000小时 >=78% 节能灯 2000小时 >=78% 光光 参参 数数Ø 光效 光源发出的光通量和光源所消耗的功率之比光源发出的光通量和光源所消耗的功率之比. 单位单位:lm/w 光效是衡量光源节能的重要指标衡量光源节能的重要指标. 光光 参参 数数u 色温 用黑体的开氏温度(单位K)表示的光源颜色. 光光 参参 数数Ø 色表不同色温的灯有不同的色表,分别对应于光谱色度图上的一个位置 光光 参参 数数色坐标(x,y)不同色表的灯在色度图上应有一个确定的位置, 用x,y值表示,称为色坐标. TLD x y /54 0.313 0.337 /330.372 0.375 /290.440 0.403 光光 参参 数数Ø色度容差(色度宽容量)色度坐标容许一定的容差表示最小可辨色差, 表示为围绕色坐标的一个MacAdam椭圆. 把人眼能分辨的最小色差 单位称为SDCM,则色度容 差一般不得大于5 SDCM. 光光 参参 数数Ø显色指数 Ra 灯发射的光谱特性 对于被照物体表面 的颜色的真实度的反 映。

以符合太阳光显 色性的指数称为100. 光光 参参 数数Ø 中心光强射灯类中轴线方向射出的发光强度称中心光强.通常灯的功率越高, 聚光越好,中心光强就越大.型号 光束角 中心光强(cd)R63/60W30o 960PAR38/80W12o5400PAR56/300W12o 4000014594/50W36o 1800 光光 参参 数数Ø 光束角射灯发射光的空间分布,以中心最强,向四周逐渐减弱到中心光强50%强度的圆锥角为光束角，但用平面角来表示.分类定义例聚光<=18o8o,10o,12o泛光18o~36o20o,25o,30o宽泛光>=36o36o,40o,80o 光光 参参 数数Ø 灯头牢固度 规定加在灯头上的扭矩力应不使灯头松动. 灯头抗扭矩力 E27,B223牛顿米(3Nm) E405牛顿米 (5Nm) G134牛顿米(4Nm) G50.6牛顿米(0.6Nm) 机机 械械 参参 数数Ø 同轴度偏差 灯头、玻壳(玻管)或灯芯(灯丝)的同轴度必 须在一定的偏差范围内.白炽灯：灯头－玻壳偏差<=4.2mm白炽灯：灯丝－玻壳偏差<=3.5mm荧光灯：灯头－玻管偏差<=3.15mm 机机 械械 参参 数数Ø 启动时间 灯接通电源直到完全 启动并维持稳定燃点所需 要的时间.电子式荧光灯类<= 4秒电感式荧光灯类<=10秒 时时 间间 参参 数数 光源寿命的定义:＊有效寿命有效寿命: 灯到不能工作(不亮/不起动/颜色失效)的时间;＊经济寿命:灯的光通量衰减到一定比例(室内80％,室外70％）所用的时间;＊平均寿命:一组灯中50％失效的工作时间称为平均寿命平均寿命. 时时 间间 参参 数数Ø 其中平均寿命是 一批灯燃点到有50%的灯的光通维持率达不 到规定的百分比的时间.燃点在规定条件下进行,例如荧光灯每燃点165分钟断电10分钟以上. 时时 间间 参参 数数Ø 电压特性光源各参数强烈地依赖于电源电压. 常常 用用 特特 性性Ø 温度特性 光源输出和环境温度有明显的关系. 常常 用用 特特 性性Ø 光谱特性 不同光源有不同的光谱分布. 常常 用用 特特 性性。