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第二章电光源光是电磁辐射谱中能够引起人眼视觉的部分2.1光的本质2.1光的本质电磁波:可见光部分的波长范围为380~780nm.由单一波长组成的光称为单色光,不同的单色光有不同的颜色.630～780600～630565～600500～565435～500380～4351nm(纳米)=10-9m(米)波长比红色光更长的电磁波部分780nm~10６nm(1mm),称为红外辐射(红外光,IR).再长为无线电波红外光主要产生热效应(红外加热).2.1光的本质另一个光的本质是光子,是一个个量子化的光子的传播.光子的不同频率对应于不同的颜色.光子的频率和电磁波的波长具有对应关系.光子频率和电磁波波长之间的关系式:λ=c/νλ:电磁波波长,ν:光子频率其中:光速C＝3x108m/s2.1光的本质相同频率的光子在不同的媒质中对应不同的波长(颜色)光子的频率越高,能量越高Q＝hν(Q为光子能量h为普朗克常数=6.6x10-34焦尔秒,ν为光子频率）光具有波粒二象性波动性:λ＝c/ν解释偏振,干涉,衍射等现象微粒性:Q＝hν解释光化学,光电效应等现象2.1光的本质波长比紫光更短的部分(1nm～380nm)称为紫外辐射,(紫外光UV).紫外光主要产生化学效应(光化学反应,皮肤病治疗,晒色效应,诱昆虫,杀菌).紫外光谱分区:380-315nm为UV-A,315-280nm为UV-B;280-100nm为UV-C.小于315nm的紫外光谱会产生红斑和灭菌两种特殊辐射现象,在297nm处红斑辐射效果最大;在260nm处灭菌辐射效果最大.2.1光的本质热辐射物体被加热到高温时产生的光辐射称为热辐射,辐射出来的能量是连续波谱.2.2光的发射光发射在光源中的应用热辐射~白炽灯/卤钨灯荧光~荧光灯/节能灯/荧光汞灯低气压放电~荧光灯/节能灯/低压钠灯/电磁感应灯高气压放电~高压汞灯/高压钠灯/金卤灯/超高压汞灯2.2光的发射气体放电(1)低气压放电~气体压力近似于0.01大气压时的电离放电.电离产生~电子碰撞产生等离子体放电性质~弧光放电放电谱~线状谱汞：253.7nm钠：589.3nm2.2光的发射气体放电(2)高气压放电~气体压力为1个到几十个大气压时的电离放电;电离产生~电子碰撞产生等离子体;放电性质~辉光到弧光放电;启动放电较困难；放电谱~线状谱.2.2光的发射荧光发光材料受紫外光、电子束、可见光的激发而发光.紫外激发荧光粉(光致发光):用于荧光灯管等.电子束激发荧光粉(阴极发光):用于显像管等.2.2光的发射选择性辐射体产生的线光谱例如:气体放电灯场致发光某些材料(荧光粉)在电场中直接把电磁场能转化为光能.粉质场致发光屏:如平面显示器(ELP)场致发光膜:如数字指示器(FEL)2.2光的发射半导体发光半导体p-n结发光二极管(LED),具有低压,耐振,长寿,高效等特点,有红,绿,蓝,琥珀,白等色.2.2光的发射近代照明光源主要采用电光源（即将电能转换为光能的光源），一般分为热辐射光源、气体放电光源和半导体光源三大类。一、电光源发展简史1802年英国科学家HumphryDavy显示了白炽现象1879年美国科学家爱迪生发明了第一只白炽灯1906年研制成功高压汞灯,1930年应用于照明1938年荧光灯问世60年代金属卤化物灯研制成功70年代发明了铝酸盐系列三基色荧光粉1979年PHILIPS发明了第一只节能灯二、电光源种类固体发光光源包括场致发光灯、半导体发光器件、热辐射光源（白炽灯、卤钨灯）气体放电发光光源包括辉光放电灯(氖灯、霓虹灯)和弧光放电灯[低压气放电灯(荧光灯、紧凑型荧光灯、低压钠灯)高气压放电灯(高压汞灯、高压钠灯高压氙灯、金属卤化物灯）三、选择与设计光源基本要素光通量照度色温显色性光效、眩光电磁干扰、电磁噪声平均寿命亮度对比概念光通量：光源每秒钟发出的可见光量之总和，简单说就是发光量。单位：流明（lm）照度：单位面积内入射的光通量，也就是光通量除以面积所得到的值。单位：勒克司（lm），照度分为水平照度和垂直照度。水平照度为光通量入射水平表面的照度，垂直照度为光通量入射到垂直表面的照度。垂直照度≥1000lux色温：以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，湿度升高以一定程度时颜色开始由深红—浅红—橙黄—白—蓝，逐渐改变，某光源一黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对湿度称为该光源之色温。色温在3000K以下，光色偏红给人以温暖的感觉：色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，色温在4000K左右，人在此色调下，无特别明显的视觉心理效果，故称为“中性”色温。•采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对颜有现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳光的显色指数定为100，各类光源的显色指数各有相同，如：高压钠灯的显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60-90。光效：衡量光源节能的重要指标，就是光源发出的光通量除以光源所消耗的功率。单位：流明/瓦（lm/w）眩光：视野内的亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光。眩光分为失能性眩光和不舒适眩光。眩光是影响照明质量的重要因素。直射眩光反射眩光电磁干扰：气体放电灯镇流器在使用过程中，会通过幅射、传导等方式对周围电器产生干扰。电磁噪音：可能使周围电器工作导常甚至失控。平均寿命：灯50%损坏时的时间。亮度对比：被识别对象和其背景亮度之差与背景亮度之比称为亮度对比，对比影响物体的可见度。对比大的物体容易被观察到，并在视觉上产生近距离感和兴奋感。启燃与再启燃时间：电光源的启燃时间是指光源接通电源到光源达到额定光通量输出所需的时间。电光源的再启燃时间是指正常工作着的光源熄灭后再将其点燃所需要的时间。频闪效应：气体放电光源因交流电源周期性变化使光通量发生周期性变化，造成观察运动物体时造成错觉。四、几种常用电光源的介绍白炽灯卤钨灯荧光灯紧凑型荧光灯高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯氙灯白炽灯的工作原理电流流过灯丝，使灯丝产生热量，大量的热能将灯丝加热到高温状态，温度达2700多度，处于白炽状态，放射出可见光。1、白炽灯白炽灯的结构1、白炽灯白炽灯的种类透明泡磨砂泡乳白泡彩色泡1、白炽灯局部照明白炽灯局部照明白炽灯又称低电压安全灯。它适用于安全低电压6～36V的局部照明场合，如机床工作照明及其它类似要求的场所。行业标准QB/T2054-94适用于额定电压为6V，12V，24V和36V，直流或50Hz交流。1、白炽灯白炽灯优点•极低的初始成本•令人愉悦的暖色光•优异的显色性•多样的外形和涂层•简便的安装特性•需反复开启时能瞬间点燃•无频闪•廉价•点灭对寿命影响小1、白炽灯白炽灯的不足之处光效低（约10lm/W），运行费用高。寿命较短，平均寿命1000小时。表面温度较高1、白炽灯白炽灯适用范围：要求照度不高的场所，局部照明，事故照明；要求频闪小或经常开关的场所；避免气体放电对无线电或电子设备干扰场所；需调光场所。1、白炽灯2、卤钨灯•外形更紧凑•较低的初始成本•令人愉悦的暖色光•优异的显色性•比白炽灯更高的光效•比白炽灯更长的寿命•简便的安装特性卤钨灯的工作原理电流流过灯丝，使灯丝产生热量，大量的热能将灯丝加热到高温状态，温度达2700多度，处于白炽状态，放射出可见光。在高温下，从灯丝上蒸发出来的钨，在靠近玻壳的温度较低的部位，与灯内的卤素发生化合反应，形成卤化钨，并部分向钨丝扩散，使钨不至于粘到管壁上；在靠近钨丝的温度较高部位，化合物因高温而分解成钨与卤素，钨回到灯丝上，卤素又可参与下一次循环。如此周而复始，就延长了灯丝的寿命。2、卤钨灯卤钨灯的结构2、卤钨灯卤钨灯的种类卤钨灯按型状和结构常有以下种类：管型卤钨灯（双端卤钨灯）单端卤钨灯GU10单端卤钨灯2、卤钨灯管型卤钨灯（双端卤钨灯）2、卤钨灯单端卤钨灯2、卤钨灯GU10单端卤钨灯2、卤钨灯MR11、MR16卤素灯杯注：卤钨灯的国家标准为GB/T14094-932、卤钨灯PAR灯--冷反射定向照明卤钨灯2、卤钨灯冷光束卤钨灯由卤钨灯泡和介质膜冷光镜组合而成，具有体积小、造型美观、工艺精致、发光效率高、使用寿命长、光线柔和舒适等特点。应用于商业橱窗、舞厅、宾馆、展览厅、博物馆等室内照明，是最佳装饰照明光源。冷光束卤钨灯的介质膜冷光镜对可见光反射比达0.95，对红外线可过滤约80％，因此被称为冷光灯。2、卤钨灯卤钨灯的型号LZG灯管额定功率灯管额定电压管形照明卤钨灯2、卤钨灯卤钨灯的型号FY——表示放映电影用的卤钨灯FJ——表示冷反射放映卤钨灯HD——表示幻灯、投影用幻灯卤钨灯Z——表示照明用卤钨灯2、卤钨灯卤钨灯优缺点优点：光谱连续，显色性好，体积小，功率大，发光效率高，可调光，能瞬间点燃。无频闪，寿命长（平均寿命可达1500小时）。缺点：对电压波动比较敏感，灯管表面温度很高(600℃)，耐振性差。2、卤钨灯荧光灯的结构3、荧光灯荧光灯的工作原理灯丝上的电子发射材料，在电流流过灯丝时，受到灯丝加热，发射出电子；电子在运动过程中，碰撞汞原子，使汞原子由稳态进入激发态，激发态的汞原子会跃迁回稳态，同时放射出汞的特征谱线——253.7nm紫外线。紫外线照射到荧光粉上,使荧光粉发出可见光。此过程稳定保持下去，于是，荧光灯便能稳定地发光了。3、荧光灯荧光灯的基本工作电路荧光灯的基本工作电路如下：日光灯的光谱3、荧光灯荧光灯优点高光效发光均匀光色柔和结构简单安装方便温度低光效高（比白炽灯高2-3倍）寿命长（3000小时以上）电子镇流无频闪（20K-100KHZ）。3、荧光灯荧光灯缺点电压特性：对电压不十分敏感；灯管电流、灯管电功率和光通量基本与电源电压成正比，而灯管电压却与电源电压近似成反比。缺点：不宜开关频繁，低温度难以启动，频闪明显，功因低（0.5左右），需辅助电路，启动慢（3-5s）。3、荧光灯荧光灯的种类和变形荧光灯按其形状来分，有以下一些种类：直管荧光灯；环形荧光灯；U形荧光灯；平面形荧光灯（如2D、Y型、M型）；螺旋形荧光灯；3、荧光灯荧光灯的种类荧光灯通常按管径来分类，有以下一些种类：T12---------Φ38mm最早采用此管径T10---------Φ32mm国内曾大量采用T9---------Φ30mm国内曾大量采用T8---------Φ26mm目前最通用T5---------Φ15mm未来发展趋势3、荧光灯荧光灯的型号（第一部分）YZ——表示直管荧光灯YU——表示U形荧光灯YH——表示环形荧光灯YZZ——表示自镇流荧光灯YHG——表示黑光荧光灯ZW——表示紫外线灯管3、荧光灯荧光灯的型号（第二部分）第二部分表示灯管功率第三部分表示灯管颜色特征RR——表示日光色（6500K）RZ——表示中性白色（5000K）RL——表示冷白色（4000K）RB——表示白色（3500K）RN——表示暖白色（3000K）3、荧光灯荧光灯的种类荧光灯按其材料和功能来分类，有以下一些种类：普通卤粉荧光灯（普通照明用）三基色荧光灯（普通照明用）紫外荧光灯（保健、消毒用）彩色荧光灯（装饰用）其它特殊荧光灯（如暗室胶片冲洗用、生物生长用等）3、荧光灯荧光灯的种类和变形荧光灯按其电极结构分类，有以下种类：热阴极荧光灯（如普通直管荧光灯）；冷阴极荧光灯（如装饰用的冷极管）无极荧光灯•无极荧光灯的基本发光机制与荧光灯相似，但是无极荧光灯的放电腔内不需要电极，通过高频工作的感应线圈发出电磁波，激发气体发出紫外能量。•瞬时启动，关灯后可以立即重新启动。•无极荧光灯的寿命非常长。3