光源介绍.docx

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1、光 源 介 绍一、描述光源的参数l 电参数l 光参数l 色参数l 几何参数l 寿命二、电光源分类l 白炽灯l 卤钨灯l 荧光灯l 荧光高压汞灯l 高压钠灯l 金属卤化物灯编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第24页 共24页一、描述光源的参数1. 1电参数electric parameter1.1.1电源电压supply voltage 也称额定电压，指使灯能够正常工作的额定供电电压，单位V。如220V、380V。1.1.2工作电压（灯电压）lamp voltage灯稳定工作时降落在灯两端的电压，单位V。1.1.3额定电流rated current 灯在额定电压下

2、的设计电流，单位A。 1.1.4工作电流（灯电流）lamp current 灯稳定工作时流经灯的电流，单位A。1.1.5启动电流starting current 灯启动时流经灯的电流，单位A。对热辐射光源，由于钨的电阻温度特性，启动电流可以高达工作电流的10倍；对气体放电光源，依不同的镇流器，启动电流可以高达工作电流的2倍。1.1.6额定功率rated wattage指灯在额定电源电压下稳定工作时所消耗的电功率，单位为瓦（W）。 对热辐射光源，灯为纯电阻元件，具有正的伏安特性，灯功率即为灯两端的电压和流经灯的电流的乘积：P=UI； 对（交流）气体放电光源，灯具有负的伏安特性，灯功率为灯两端的电

3、压、流经灯的电流及其相位差余弦的乘积： P=UIcos，cos称为灯的功率因数。1.2光参数optical parameter1.2.1光通量luminous flux 光源单位时间内发出并被人眼接收的光量的总和称为光通量。光通量的单位为流明（lm），通常用符号表示。1.2.2光通维持率lumen maintenance 光源燃点至规定时间的光通量与初始光通量的比值。1.2.3光源发光效率luminous efficacy指一个光源所发出的光通量与该光源所消耗的电功率P之比，是衡量光源能源效率的重要指标。单位为lm/W。1.2.4光强度luminous intensity光源在特定方向的单位立

4、体角中发射的光通量定义为光源在该方向的光强度。光强度的单位为坎德拉（cd），通常用符号I表示。1.2.5光亮度（亮度）luminance 从某一特定方向观察到的某一个面上的单位投影面积在该方向上的光强。亮度的单位为cd/m2（或称尼特，nt= cd/m2），即在1平方米表面上在其法线方向的光强度为1cd的面光源，它在该方向的光亮度为1cd/m2，通常用符号L表示。1.3色参数color parameter1.3.1色温color temperature 当光源发出的的光的颜色与完全辐射体（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。色温用绝对温度来表示，单位为开尔文（

5、K）。色温的高低可以直观地体现光的颜色。1.3.2光色color temperature 光色实际上就是色温。大致分为三大类： 暖 色：5000K 常用字母D表示1.3.3显色性/显色指数color rendering index 光源的显色性是指光照射到物体上时，物体真实颜色（其自身的色泽）的呈现程度，颜色呈现程度越高说明光源的显色性越好。通常用显色指数来评价光源的显色性，国际照明委员会（CIE）规定用8种试验色在标准照明体（显色指数为100）和被测光源下作比较，来确定被测光源的一般显色指数Ra，光源的一般显色指数值愈高，其显色性就愈好。级 别1A最优1B优2A较好2B好3差4较差指数Ra9

6、0-10080-8970-7960-6940-5920-39 光源的色温和显色性从根本上说是由其光谱能量分布决定的。光源的光谱能量分布情况确定之后，它的色温和显色性也就定了。但不能倒过来认为由光源的色温可以确定光源的光谱能量分布。光谱能量分布截然不同的光源可以产生相同的色温，但显色性却可能不同。一般来说光谱分布为连续谱的光源，其显色性较好。1.4几何参数geometry parameter1.4.1外形尺寸dimension 用于描述灯体积的大小，主要包括：长度（length）、直径（diameter）、光中心高度（height of light center）等。1.4.2灯头base/ca

7、p灯头是将灯固定在灯座上，使灯与电源相连接的灯的部件。灯头的型号由表征灯头结构特征的英文字母和表征灯头主要配合尺寸的数字组成。表征灯头种类的字母为：E：螺口式灯头 R：凹式灯头F：单插脚灯头 G：双插脚或多插脚灯头表征灯头的接触点和插脚数的字母为：s：1个 d：2个 q：4个表征插脚灯头不同形式灯脚的字母为：a：圆柱形插脚 c：特殊形状的插脚例如： E 27 螺纹外圆直径螺口式灯头 E27（IEC 7004-21） R 7 s 灯头接触点数目 灯头绝缘部分的最大横向尺寸 凹式灯头 R7s（IEC 7004-92） G 4 d 插脚数（d=2，通常省略） 对双插脚表示插脚间的中心距 对多插脚表示

8、插脚所在圆的直径 双插脚或多插脚灯头 G4 （IEC 7004-72） F c 2 插脚直径 插脚形状 单插脚式灯头 Fc2 （IEC7004-63）1.4.3灯座lampholder 灯座是保持灯的位置和使灯与电源相连接的器件。灯座必须与灯头相匹配。对于高强气体放电灯，由于灯点燃或热启动时产生高电压，必须使用耐高压灯座。1.5寿命1.5.1光源的寿命life of light sources 根据某种技术要求，光源变成无效或被认为无效之前，光源的累计燃点时间称为光源的寿命。光源的寿命有全寿命和有效寿命之分。全寿命是指将灯燃点到不能再燃点的累计时间；有效寿命是指将灯燃点至其光通维持率为70%时

9、的累计燃点时间。1.5.2平均寿命average life是指同型号或同批试验灯的寿命的算术平均值。实际平均寿命因点灯条件（如供电电压、镇流器特性、环境温度等）而异，而且开关次数越多，寿命越短。二、电光源分类 电光源按其工作原理可分为两大类，即固体发光光源和气体放电发光光源。这里只介绍几种我们常用的光源。2.1白炽灯Incandescent lamps2.1.1基本原理basic principle 白炽灯由灯丝、支架、引线、泡壳和灯头等几部分组成（分真空泡和充气泡）。电流通过灯丝时放出的焦耳热，将灯丝加热至很高的温度，使灯丝产生很强的热辐射，其中一部分辐射处在可见光区，从而把电能转变为光。2

10、.1.2基本参数basic parameter白炽灯的功率一般在40150W，色温为25002900K，其显色性特别好（Ra=100），使用方便，直接接入线电压即可。但光效低，只有815lm/W，且寿命较短。白炽灯常用灯头为E27、B22d。2.2卤钨灯Tungsten halogen lamps2.2.1基本原理basic principle 是利用卤素与钨的循环原理而制成的一种白炽灯。即在热辐射光源中充入某种卤素，并保持适当的温度条件，使得从炽热灯丝上蒸发出来的钨与卤素在泡壳附近发生化学反应，生成挥发性的卤钨化合物。这些卤钨化合物在泡壳附近有较高的浓度，因而向浓度相对较低的区域扩散。当扩散

11、到较热的灯丝周围时被分解为卤素和钨，释放出来的钨沉积在灯丝上或重新向泡壁扩散，游离的卤素则向温度较低的泡壳扩散，再与泡壳上沉积的钨化合，这一循环过程用方程表示为： W + nX WXn W钨原子 X卤素原子 n原子数目 由于卤钨循环作用有效的防止了泡壳的发黑，可允许泡壳有极小的尺寸，这样可提高泡壳的机械强度和充气压力，而使灯的光效和寿命大大提高。根据形状的不同，卤钨灯可以分为： 双端卤钨灯 单端卤钨灯 卤钨PAR灯卤钨PAR（Parabolic Aluminium Reflector抛物面镀铝反光镜）灯是将卤钨灯密闭于抛物面反射器内，形成具有一定光束角的高亮度光源。 反光灯杯是将单端卤钨灯置于

12、镀有介质膜的反光碗中，介质膜只反射可见光（反射率大于95%），而大量的红外线则透过膜层，使被照物体表面的温度升高很小，故也称为冷光灯。反光镜为多棱面玻璃压制，可做成窄、中、宽等不同光束角，亮度高、光分布十分均匀。也称为MR16、MR11。2.2.2基本参数basic parameter 卤钨灯的功率一般在102000W，色温为27003200K，光效为1228lm/W，其显色性特别好（Ra=100），使用方便，直接接入市电即可工作，不需要其他附件。 卤钨灯的常用灯头为： E27(IEC 7004-21) G4(IEC 7004-72) G6.35(IEC 7004-59)GU4(IEC 700

13、4-109) GU5.3(IEC 7004-108) R7s-7(IE7004-92)2.3荧光灯Fluorescent lamps2.3.1基本原理basic principle 荧光灯由电极、玻管和灯头等组成，玻管内壁涂有荧光粉层，管内充有惰性气体和汞。在通常情况下，气体是良好的绝缘体，但在强电场作用下，惰性气体发生电离，产生可自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流。随着灯管内温度的升高使水银汽化，逐渐代替了惰性气体的放电，电子撞击汞原子使其处于激发态，然后又自由回到基态，释放出波长为253.7nm的光子，这种紫外线光子激发管内壁的荧光粉而发射出可见光来。荧光灯的光效、光色和显色性与所

14、用荧光粉的特性有关，不同的荧光粉具有不同的辐射光谱。常用的荧光粉有卤磷酸盐荧光粉和三基色荧光粉。卤磷酸盐荧光粉价格便宜，可以做成25007500K的各种色温荧光灯,但在波长大于600nm的红色区域辐射较少,这使得灯的显色性较差。为改进灯的显色性，可掺加一些发红光的荧光粉，做成高级光色灯，但光效要下降。即用卤磷酸盐荧光粉所做的灯，光效高则显色性差，显色性好则光效低。而且，卤磷酸盐荧光粉耐受离子轰击能力差，只能用在较粗管径的荧光灯中。三基色荧光粉即以450、540、610nm附近的波长为峰值的三个比较狭窄的波长区域，如果光源的可见辐射集中在这些区域，就能在具有高光效的同时具有很好的显色性。三基色荧

15、光粉解决了卤磷酸盐荧光粉存在的光效与显色性的矛盾，而且三基色荧光粉耐受离子轰击能力强，可以用在较细管径的荧光灯中，但价格较贵。荧光灯为气体放电光源，具有负的伏安特性，所以荧光灯的使用需要相应的镇流器和启辉器。根据结构的不同，荧光灯分为直管形和紧凑型。2.3.2直管形荧光灯linear fluorescent2.3.2.1分类 根据管径粗细的不同分为： T12，即38mm T8，即26mm T5，即16mm T12、T8灯所用灯头为G13T5灯所用灯头为G5 G13（IEC 7004-51）2.3.2.2基本参数： 直管荧光灯一般分为标准型光色：Ra=50-79、Tc=30006500、=55-

16、80lm/W、P=18-100W型号为 W/760、W/740、W/730（日光色、自然白、暖色）；高显色性光色：Ra=80-89、Tc=2700-6500K、=70-90lm/W、P=15-100W型号为 W/860、W/840、W/830（日光色、自然白、暖色）。2.3.3紧凑型荧光灯compact fluorescent 紧凑型荧光灯分为电子式节能灯和插拔式节能灯。2.3.3.1电子式节能灯self-ballasted 即镇流器与灯管作为一体的荧光灯，也称自镇流式荧光灯。这种灯不适合连接直流电源、调光器或电子按钮。一般使用螺口灯头。这种灯必须使用三基色荧光粉，所以显色性较好。基本参数：R

17、a=80-89、Tc=2700-6500K、=48-60lm/W、P=5-28W型号为 W/860、W/840、W/830、W/827（日光色、自然色、暖色）2.3.3.2插拔式节能灯镇流器与灯管分离，分为内启动式和外启动式。内启动式：灯头插脚为两针，有单管（S）、双管（D）、三管（T）式，可以与普通电感式或电子式镇流器配合使用，灯管型号中有“/E”表示配电子镇流器。灯头型号为： G23 G24d-1 G24d-2 G24d-3 GX24d-1 GX24d-2 GX24d-3 外启动式：灯头插脚为四针，有单管（S）、双管（D）、三管（T）式，使用电子式镇流器效果更佳，供电电源可以为交流电源、直

18、流电池，也可使用调光电子镇流器，灯管型号中有“/E”表示配电子镇流器。灯头型号为： 2G7 G24q-1 G24q-2 G24q-3 2G11 GX24q-1 GX24q-2 GX24q-3基本参数：Ra=80-89、Tc=2700-6500K、=50-90lm/W、P=5-55W型号为 W/860、W/840、W/830、W/827（日光色、自然色、暖色）2.3.3.3紧凑型荧光灯的典型光谱能量分布为： 860-高显色性日光色 840高显色性冷白色 高显色性暖白色830 827高显色性暖色2.4荧光高压汞灯High pressure mercury discharge lamps2.4.1基

19、本原理basic principle荧光高压汞灯由放电内管、硬质玻璃外壳和灯头等组成。放电内管做成管状，由石英玻管、电极、引线等构成，管内充有一定量的汞和惰性气体；硬质玻璃外壳内表面涂有荧光粉。当气体电离发生放电时，由于汞蒸汽压较高，使汞的一系列特征谱线（基本为篮紫光）辐射出来并激发荧光粉而发出可见光来。荧光高压汞灯的使用需要相应的镇流装置，据此将其分为：2.4.2外镇荧光高压汞灯 灯泡与镇流器分离，使用时需串接镇流器。基本参数：以OSRAM为例，外镇型号为HQL，灯头为E27、E40。Ra40、Tc=3600-4100K、=40-55lm/W、P=80-400W2.4.3自镇荧光高压汞灯 将

20、一定电阻值的灯丝与放电内管串联，并置于外泡壳内，可以直接接入市电使用。基本参数： 以OSRAM为例，自镇型号为HWL，灯头为E27、E40。Ra60、Tc=3600-4100K、=20-30lm/W、P=125-450W2.5高压钠灯High pressure sodium discharge lamps2.5.1基本原理： 高压钠灯由多晶氧化铝放电内管、玻璃外壳和灯头等组成。放电内管中充有钠、汞和惰性气体，发光物质为金属钠，其他为辅助启动气体。当放电发生时，主要辐射为钠D线（589.0、589.6nm），所以钠灯的光效是目前电光源中最高的，但显色性较差。为使光线柔和，也可将外泡壳内壁加涂层，

21、但要损失一部分光通量。点燃高压钠灯需要专用的镇流器和触发器。2.5.2基本参数：以OSRAM为例，管形透明泡壳型号为NAV-T， 椭圆形涂层泡壳型号为NAV-E，灯头为E27、E40。 Ra20、Tc=2000K、=80-120lm/W、P=70-1000W 为满足对光色要求较高场合的需要，也有显色性改进型高压钠灯和高显色性高压钠灯，显色指数可提高到6585，但要损失部分光效。2.6金属卤化物灯Metal halide discharge lamps2.6.1基本原理：金属卤化物灯放电内管由石英玻管、电极和引线等组成，管内充有金属卤化物、汞和惰性气体。当灯管工作时，所有灯中的汞都蒸发形成管壁稳

22、定电弧，金属卤化物在管壁的高温下蒸发，并因浓度梯度而向电弧中心扩散，在电弧中心的高温区域（约6000K），金属卤化物分子分解为金属原子和卤素原子，金属原子参与放电并产生辐射，发出金属的特征谱线。卤素原子和金属原子由于浓度又向管壁扩散，在接近管壁的低温区域重新复合成金属卤化物分子。就这样，靠着这种循环，不断向电弧提供足够浓度的金属原子，同时又避免了金属在管壁的沉积。 MXn M + nX M金属原子 X卤素原子 n原子数目由于每种金属都有其特征谱线，所以同时添加几种金属卤化物就可改善灯的光谱分布情况，而实现高光效、高显色性。金属卤化物灯色温和显色性的差别就是因为添加的金属卤化物种类不同。金属卤化

23、物灯的发光物质是金属，而添加的却是金属卤化物，这一方面是由于金属的蒸汽压太低，另一方面是由于金属卤化物不与石英玻璃发生化学作用。金属卤化物灯之所以需要一定的时间才能稳定工作，是因为金属卤化物的蒸发扩散需要一定的时间。由于工艺上的难度，石英玻璃放电管存在光色一致性差，寿命期内色偏移大等缺点，对小功率灯尤其如此。陶瓷（多晶氧化铝）放电管的出现很好的解决了这一问题。根据功率和用途的不同，金属卤化物灯的外形结构可以有多种，如单端、双端、双端双石英、管形透明泡、椭圆形透明泡、椭圆形涂层泡、PAR灯等。 点燃金属卤化物灯需要专用的镇流器和触发器。2.6.2基本参数（以OSRAM为例）： HQI-T （石英放电管）单端金属卤化物灯（管形）HQI-TS（石英放电管）双端金属卤化物灯（管形）HQI-E （石英放电管）泡形金属卤化物灯HCI-T （陶瓷放电管）单端金属卤化物灯（管形）HCI-TS（陶瓷放电管）双端金属卤化物灯（管形）/D日光色Tc5000K、Ra90、=70-100lm/W、P=70-2000W/N自然色3300KTc5000K、Ra60、=85-100lm/W、P=400-2000W/NDL自然色高显3300KTc3300K、Ra80、=85-100lm/W、P=70-250W金属卤化物灯常用灯头为: E40 E27 G12 RX7s Fc2第 24 页 共 24 页