01照明基础培训知识.docx
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01照明基础培训知识
照明基本术语
光通量Φ
单位:
流明[lm]
光源在单位时间内发出的光量总和称为光源的光通量。
光强l
单位:
坎德拉[cd]
光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度,简称光强。
注:
有人用烛光来表示发光强度,1968年以后烛光被废除。
亮度
单位:
坎德拉每平方米[cd/m2](尼特(nt)是旧的亮度单位名称,现已废除不用)
光源在某一方向的亮度是光源在同一方向的光强与发光面在该方向上投影表面积之比。
注:
亮度是人对光的强度的感受。
它是一个主观的量。
与亮度不同的,由物理定义的客观的相应的量是光强。
照度E
单位:
勒克司[lx]
照度是光源照射在被照物体单位面积上的光通量。
光效
单位:
流明/瓦(lm/W)
光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率(瓦)的比值,称为该光源的光效。
色温
单位:
开尔文[K]
当光源所发出的颜色与“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色温。
用绝对温度K(kelvim)表示。
注:
“黑体”的温度越高,光谱中蓝色的成份则越多,而红色的成份则越少。
黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的,所以白炽灯一类的热辐射光源的光谱功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近,都是连续光谱,用色温的概念完全可以描述这类光源的颜色特性。
例如,白炽灯的光色是暖白色,其色温为2700-2800K,荧光灯的色温是3000K。
标准日光大约在5200-5500K,蓝天为12000-18000K。
色温(或相关色温)在3300K以下的光源,颜色偏红,给人一种温暖的感觉。
色温超过5300K时,颜色偏兰,给人一种清冷的感觉。
通常气温较高的地区,人们多采用色温高于4000K的光源,而气温较低的地区则多用4000K以下的光源。
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接近时,黑体的温度就称为该光源的相关色温,单位为K。
注:
由于气体放电光源一般为非连续光谱,与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合,所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性。
显色指数(Ra)
光源对于物体颜色呈现的程度称为光源的显色指数。
即物体的真实颜色(其自身的色泽)与某一标准光源下所显示的颜色关系。
以标准光源为准,将其显色指数定为100,其余光源的显色指数均低于100。
显色指数用Ra表示,Ra值越大,光源的显色性越好。
注:
太阳光和白炽灯均辐射连续光谱,在可见光的波长(380nm-760nm)范围内,包含着红、橙、黄、绿、青、兰、紫等各种色光。
物体在太阳光和白炽灯的照射下,显示出它的真实颜色,但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下,颜色就会有不同程度的失真。
眩光
视野内有亮度极高的物体过强烈的亮度对比,则可以造成视觉不舒适,称为眩光。
眩光非为失能性眩光和不舒适性眩光,眩光是影响质量的重要因素。
平均寿命
指一批光源点亮后,百分之五十的数量损坏不亮时的小时数。
经济寿命
在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出至一特定比例的小时数。
此比例用于室外的光源为百分之七十,用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。
灯具效率
灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准,它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。
配光曲线
表示一个灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况。
它记录了灯具在各个方向上的光强。
间接照明
采用具有一定配光曲线的灯具进行照明,在不考虑工作面边界时使得直接到达工作面的光通不超过总光通的10%的照明方式。
视觉引导性
汽车司机必须接受到关于前方道路或建筑方向的信息以便及时作出反应。
户外照明的布置方式可传递此信息。
在户外照明的设计阶段就应该考虑视觉引导性以便提高交通安全。
环境系数SR
为保证户外使用者(司机、行人等)更清楚地看到障碍物,道路周围环境也需要有一定的亮度。
环境系数定义为:
路边环境5米宽区域平均亮度(Ls)与路边到路中心5米区域内平均亮度(Lr)的比值。
在路宽小于10米时,计算区域取道路的一般宽度。
艺术美及舒适性
户外照明的艺术美及舒适性在凸现城市功能及环境中起着越来越大的作用。
这是一个软指标,反映了户外照明的艺术附加值及城市文化建设功能的内涵和功底。
可见光
肉眼所能感觉到的光,即可见光,仅是电磁波中的一小部分,其波长约为380~760nrn(1nm=10-9m)之间.不同波长的光给人们以不同颜色的感觉,各种颜色是逐渐过渡的,没有截然分开的界线.波长大于760nm和小于380nm的电磁波不能引起视觉.在可见光中,人眼对不同波长的光的感觉,具有不同的灵敏度.在亮环境中,亮视觉对波长为555nm的黄绿光线最敏感.即各种辐射能量相同而波长不同的光,给人的感觉是黄绿光最亮,波长偏离555nm越远,则感觉越暗.在光线很弱的环境中,暗视觉对绿光最敏感,它与亮环境相比,最灵敏处向短波方向偏移.
人眼视觉
在周围环境明暗变化时,人眼的视觉状态也随之变化。
在亮度大于3cd/m2的明亮环境下,锥状细胞起主要作用,能分辩物体的细节,也有色彩的感觉。
这时是明视觉。
当亮度小于0.001cd/m2时是暗视觉的情况,只有杆状细胞起作用,虽然能看到物体的大致形状,但不能分辩细节,也不能辨别颜色。
在亮度处于0.001~3cd/m2时,两种感光细胞同时起作用,称之为中间视觉。
频闪效应
当气体放电灯由交流50赫电源供电时,随着交流电压和电流的周期性变化,气体放电灯的光通量和工作面上的照度也产生频率为100赫的脉动,这种现象称为频闪效应(或闪烁现象)。
频闪效应包括两个概念,一是频闪:
即电光源光通量波动的深度,波动深度越大,频闪深度越大。
二是频闪效应:
即电光源频闪在人视觉上产生的负效应。
白炽灯高压汞(钠)灯直管型日光灯(配电感镇流器)
频闪深度 50% 65% 55%
频闪频率100Hz 100Hz 100Hz
注:
电子镇流器日光灯发的光,它的频闪频率非常高(大约40千赫)。
对人眼来说几乎感觉不到日光灯的频闪,可以说对人的肉眼没有不适的地方,和自然光(连续光,即没有频闪光)很接近。
采用高频镇流器生产的护眼灯,其频闪波动深度在7.27%至24.03%的范围,与白炽灯相比没有显著差异,而严格意义上的无频闪是指频闪波动深度小于5%。
而电感镇流器日光灯发的光,频闪频率非常底(100赫),人眼可以看出明显频闪,对人眼有较大的影响。
IP防护等级
IP(International Protection)是由IEC所起草。
将灯具依其防尘、防止外物侵入、防水、防湿气之特性加以分级。
这里所指的外物包含工具、人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分,以免触电。
IP防护等级是由两个数字所组成,第一个数字表示灯具防尘、防止外物侵入的等级;第二个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度。
数字越大,表示其防护等级越高,两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。
第一个标示特性号码(数字)所指的防护程度
第一个标示数字 :
0 无防护 对外界的人或物无特殊之防护 IP0-
1 防止大于50mm的固体物体侵入 ,防止人体(如手掌)因意外而接触到灯具内部之零件。
防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入 IP1-
2 防止大于12mm的固体物体侵入,防止人的手指接触到灯具内部之零件。
防止中等尺寸(直径大于12mm,长度大于80mm)的外物侵入 IP2-
3 防止大于2.5mm的固体物体侵入,防止直径或厚度大于2.5mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件 IP3
4 防止大于1.0mm的固体物体侵入,防止直径或厚度大于1.0mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件 IP4-
5 防尘,完全防止外物侵入。
虽不能完全防止灰尘侵入,但侵入的灰尘的量并不会影响灯具的正常操作 IP5-
6 尘密 完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘侵入 IP6-
第二个标示特性号码(数字)所指的防护程度
第二个标示数字:
0 无防护 对外界的人或物无特殊之防护 IP-0
1 防止滴水侵入, 垂直滴下的水滴(如凝结水)对灯具不会造成有害影响 IP-1
2 倾斜15°时仍可防止滴水侵入 ,当灯具由垂直倾斜至15°时,滴水对灯具不会造成有害影响 IP-2
3 防止喷洒的水侵入,防雨或防上与垂直的夹角小于60°之方向所喷洒的水进入灯具造成损坏 IP-3
4 防止飞溅的水侵入 ,防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损坏 IP-4
5 防止喷射的水侵入 ,防止来自各方向由喷嘴喷射出的水进入灯具造成损坏 IP-5
6 防止大浪的侵入 ,装设于甲板上的灯具,防止因大浪的侵袭而浸水造成损坏 IP-6
7 防止浸水时的水侵入 ,灯具浸在水中一定的时间或水压在一定的标准以下能
确保不因进水而造成损坏 IP-7
8 防止沉没时的水侵入 ,灯具无限期的沉没早指定水压的状况下,能确保不因进水而造成损坏 IP-8
防水测试(IP_5)的测试方法和主要的测试条件定义
测试方法 –喷嘴的喷水口内径为6.3mm,放于距离测试样品2.5-3m之处。
水流速率 – 12.5 l/min ±5%
测试持续时间 – 1 min/m2 但是 至少持续3分钟。
测试条件 – 从每个可行的角度对测试样品喷射。
电光源类型
1、白炽灯(Incandescentlamp)
1.1普通照明白炽灯(generallightingincandescentlamp)
将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源。
特点:
显色性好(Ra=100)、开灯即亮、可连续调光、结构简单、价格低廉,但寿命短、光效低。
用途:
居室、客厅、大堂、客房、商店、餐厅、走道、会议室、庭院。
运用方式:
台灯、顶灯、壁灯、床头灯、走廊灯。
1.2卤钨灯(tungstenhalogenlamp)
在白炽灯的充填惰性气体中加入微量卤素或卤化物而制成的电光源。
具有普通照明白炽灯的全部特点,光效和寿命比普通照明白炽灯提高一倍以上,且体积小、发光效率高、色温稳定、几乎无光衰、寿命长等优点。
用途:
会议室、展览展示厅、客厅、商业照明、影视舞台、仪器仪表、汽车、飞机以及其它特殊照明。
2、气体放电灯(dischargelamp)
2.1低气压放电灯(lowpressure(vapor)dischargelamp)
2.1.1荧光灯(fluorescentlamp)
荧光灯俗称日光灯。
主要是由放电产生的紫外辐射激发荧光粉层而发光的放电灯。
日光灯两端各有一灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气。
特点:
光效高、寿命长、光色好。
2.1.2低压钠灯(lowpressuresodium(vapor)lamp)
低压钠灯是用钠蒸气放电产生可见光的电光源。
放电稳定时,灯内钠蒸气的分压强不超过几个帕斯卡。
在玻璃外壳内有一个特种玻璃制成的放电管,其管内充有适量的钠,汞滴和惰性气体,放电管和玻璃壳之间抽成真空,以减少环境温度对灯的影响。
特点:
发光效率特高、寿命长、光通维持率高、透雾性强,但显色性差。
2.2高强度气体放电灯(highintensitydischargelamp-HID)
高强度气体放电灯有:
荧光高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯。
2.2.1荧光高压汞灯
特点:
寿命长、成本相对较低。
用途:
道路照明、室内外工业照明、商业照明。
2.2.2高压钠灯
钠灯是用钠蒸气放电产生可见光的电光源。
放电稳定时,灯内钠蒸气的分压强达到106Pa。
工作原理:
当灯泡启动后,电弧管两端电极之间产生电弧,由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电在向阳极运动过程中,撞击放电物质有原子,使其获得能量产生电离激发,然后由激发态回复到稳定态;或由电离态变为激发态,再回到基戊无限循环,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。
由于气体放电灯泡的负阻特性,如果把灯泡单独接到电网中去,其工作状态是不稳定的,随着放电过程继续,它必将导致电路中电流无限上升,最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
2.2.3金属卤化物灯
主要由金属混合蒸气(如汞)和各种卤素化合物(如铊,铟,钠的卤化物)受激发而产生辐射的光源。
金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料,金属卤化物以固体形态存在灯内。
因此,灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙,以便点燃灯泡。
灯点燃后,首先工作在低气压弧光放电状态,此时灯两极电压很低,约18~20V,光输出也很少,这时主要产生热能,使整个灯体加热,引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发,成为金属卤化物蒸气,在热对流的作用下,不断向电弧中心流动,一部分金属卤化物被电弧5500~6000K高温分解,成为金属原子和卤素原子,在电场的作用下,金属原子被激发发光;另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解,在高温和电场双重作用下,直接激发形成分子发光。
特点:
寿命长、光效高、显色性好。
用途:
工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明以及道路照明等。
2.2.4陶瓷金属卤化物灯
具体为一种陶瓷金属卤化物灯的电弧管结构,其放电腔由直管型多晶氧化铝陶瓷管和两端的陶瓷塞整体烧结而成。
陶瓷塞伸入放电腔的顶端内侧部份呈锥状或圆锥状,可起到提高光效和显色指数的作用;陶瓷塞的后端部分通过圆锥过渡筒连接有一个中间有小孔的细管,伸入细管中的一对电极通过玻璃焊料的方式实现和陶瓷腔体的气密封接。
放电腔内填充有启动气体、汞和根据不同光谱要求的若干种金属卤化物。
特点:
性能优于一般金卤灯。
用途:
商场、橱窗、重点展示及商业街道照明。
3、其他电光源(others)
3.1高频无极灯(electrodelesslamp)
采用荧光灯气体放电和高频电磁感应两个原理结合的一种新型光源,具有高发光率、高显色性、无频闪、低能耗的优点。
主要由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成。
发光原理:
在输入一定范围的电源电压后,高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给功率耦合器,由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场,对放电空间内的大气进行电离,并生产强紫外光,玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。
在电源设计上,由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术,一方面使得电源的功率因数高达0.95以上;另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。
所以,输入的电源电压在一定范围内波动时,其发光亮度均不变。
特点:
长寿命(40000~80000小时)、无电极、瞬间启动和再启动、无频闪、显色性好。
3.2LED(lightemittingdiode)
LED是电致发光的固体半导体光源。
其基本结构是一个半导体的基础单元P-N结。
在P-N结加上正向偏压,当电子和空穴克服P-N结壁垒的时候,会分别迁入P层和N层,他们之间的能量就会以光子的形式释放,从而发出可见光。
电光源性能指标
光源种类
光效(lm/W)
显色指数(Ra)
色温(k)
平均寿命(h)
普通照明白炽灯
12/15
100
2800
1000
卤钨灯
25
100
3000
2000~5000
普通荧光灯
70
70
全系列
10000
三基色荧光灯
93
80~98
全系列
12000
紧凑型荧光灯
60
85
全系列
8000
高压汞灯
50
45
3300~4300
6000
金属卤化物灯
75~95
65~92
3000/4500/5600
6000~20000
高压钠灯
100~120
23/60/85
1950/2200/2500
24000
低压钠灯
200
1750
28000
高频无极灯
55~70
85
3000~4000
40000~80000
注:
以上参数受电光源技术差异和发展水平的影响化,故只代表其某一时间段的大致数据范围。
LED技术
1、LED结构与工艺流程
底座-支架-芯片-荧光粉-环氧
芯片检验-扩片-点胶(备胶)-自动装架(手工刺片)-烧结-压焊-点胶封装(点胶、灌封、模压)-固化与后固化-测试-包装
2、白光LED的合成
三基色的原理:
红色+绿色+蓝色=白色
如下1931年的CIE色度图,根据三基色的原理:
红色+绿色=黄色
红色+蓝色=紫色
绿色+蓝色=青色
可推出:
红色+绿色+蓝色=黄色+蓝色=白色
故有3种方式:
A、R:
G:
B=1:
2:
0.38
B、InGaN+YAG(黄绿)
C、紫外光+荧光粉(RGB)
3、主要厂家参数比较
光通量电流电压光效色温热阻Tjmax
NICHIA
083A:
72-813003.6115
083B:
90-100300K:
2.8-3.2C1:
4600-510010120
100-110L:
3.2-3.6C2:
5100-5600
183B:
2007003.7500010135
OSRAM:
LUWW5AM-LX-7P7R
GOLDENDRAGON:
112-1303503.27P7R:
5000-600011/9125
PLUS
CREE
XLAMP1073503.38145
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