汽车照明中的光源论文

汽车照明中的光源论文（精选7篇）

汽车照明中的光源论文 第1篇

汽车行驶时, 照明设备是不可缺少的。汽车照明设备主要的功能有两点:一是照明功能, 即照亮道路, 交通标志, 行人, 其他车辆等, 以识别标志和障碍物;二是信号功能, 即显示车辆的存在和传达车辆行驶状态的信号。

现在汽车制造的趋势是除设计外, 强调安全与舒适。制造更大更快的汽车并没有多大意义, 而使之更加安全与舒适才是最重要的。在过去, 汽车防滑刹车系统和安全气囊仅限于较为昂贵的轿车中使用, 如今几乎所有的轿车都在使用。但是这种进步并没有发生在汽车前照灯系统上。自从30多年前发明卤素灯以来, 汽车前照灯被看做与道路安全和驾驶员舒适程度无关的产品。目前, 很多的事故都发生在恶劣的视觉条件下, 如坏天气和黑暗。道路的情况越来越复杂, 需要驾驶员有更集中的注意力。随着驾驶员的平均年龄在上升, 年老的人在驾车时需要比年轻人多6倍的照度。

在汽车上使用照明光源大约开始于20世纪初, 最先使用的是煤油灯和乙炔灯, 接下来开始使用电光源, 经历了从真空白炽灯, 充气白炽灯, 卤钨灯到气体放电灯的发展过程, 目前LED由于具备小体积、寿命长、低耗电以及反应速度快等优点, 已成为备受瞩目的新一代车灯光源技术。

一、氙气大灯 (H I D) 前照灯

首先要知道什么是氙气灯。氙气灯是一和含有氙气的新型大灯, 又称高强度放电式气体灯, 英文简称HID Intensity Discharge Lamp。氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理, 在石英灯管内填充高压惰性气体—Xenon氙气, 取代传统的灯丝, 在两段电极上有水银和碳素化合物, 透过安定器以23000伏高压电流刺激氙气发光, 在两极间形成完美的白色电弧, 发出的光接近非常完美的太阳光。

其次了解氙气灯 (HID) 的发光原理。汽车HID氙气灯与传统卤素灯不同, 这是一种高压放电灯, 它的发光原理是利用正负电刺激氙气与稀有金属化学反应发光, 因此灯管内有一颗小小的玻璃球, 这其中就是灌满了氙气及少许稀有金属, 只要用电流去刺激它们进行化学反应, 两者就会发出高达4000K-12000K色温度的光芒。它采用一个特制的镇流器, 利用汽车电池2V电压产生23000V以上的触发电压使灯启动。启动时0.8秒的亮度是额定亮度的20%, 达到卤素灯的亮度, 并使大灯4秒以内达到额定亮度的80%以上。在灯稳定后镇流器向灯提供约80V供电电压保持灯以恒定功率运转。

使用氙气大灯的原因如下:

1、节电的需要——随着汽车电子化的发展, 汽车中用电的部件增加, 因此有必要降低单个装置的耗电量, 而前照灯是特别耗电的装置。

2、为了安全和经济, 希望有更长的使用寿命——随着高速道路网的形成, 夜间长距离行驶的机会增加, 前照灯的使用频率提高, 因而对光源使用寿命的要求也随之提高。很显然, 光源的寿命越长, 车辆的安全性越高。另外, 如果光源的寿命长到可以与整车的寿命相比拟, 也就是说在汽车的寿命期内无需更换光源, 免去了这方面的维修费用, 就更加经济。

3、驾驶人员老龄化和车速的提高, 希望车灯有更高的亮度——随着健康水平的提高, 驾驶人员有老龄化的趋向。最近我国已将驾驶员的年龄从60岁延长到70岁。与年轻人相比, 老年人视力下降很多。为了弥补老年视力下降以及反应迟钝等缺陷, 需要提高车灯的照明水平。另外, 在高速公路上行驶速度的提高也要求车灯能提供更好的照明, 以提高行车的安全性。

4、适应流线型车身的需要——为了改善汽车空气动力特性, 车身设计成流线型。由此引发了前照灯尺寸缩小和前照灯透镜面倾斜度增加。为了弥补由于这些原因造成的光量的降低, 有必要采用更亮的光源。

正是以上几方面的原因, 促成了HID汽车前照灯的开发。1984年时, 飞利浦公司首先提出将HID光源用于汽车前照灯的设想, 后来各公司便先后开始进行这方面的研究和开发。为了加速HID汽车前照灯的研发, 1988年包括Philips、Osram、Bosch和Hella在内的欧洲的七个大的光源、车灯和汽车厂联合, 执行欧洲的联合研发项目EUREKA 273, 开展汽车放电灯照明系统VEDILIS的研发工作。1990年, HID汽车前照灯进行了3个月15万公里的实车试验。1996年时正式批准了二个ECE法规, 即ECE No.98气体放电型前照灯和ECE No.99气体放电型光源。首先, HID光源功率小, 节能效果显著;其次, HID光源发出的光更强, 因而照明效果更好;再则, HID光源色温比卤钨光源高, 光色更白, 这对提高行车人员的夜间视见度有积极的作用。另外, HID光源还有一个可贵的优点。在供电电源电压变化时, HID光源的光输出几乎是恒定的。而卤钨光源的光输出要随电压大幅度的变化。

二、LED汽车灯

发光二极管LED是一种半导体光源, 它能产生光谱纯度很高的单色光。最早它被用作仪器仪表的指示光源。后来随着高亮度LED材料GaInN和Ga Al In P的发明, LED的光效以及单颗LED的功率都有了很大的提高。现在, 通过荧光粉技术和双色或多色光混合的方法又制成发白光的LED。这样, LED逐渐在光信号、显示技术和照明领域中得到广泛的应用。与其他光源相比, LED有许多杰出的优点。优点如下:

(1) 单色性好、色彩鲜艳丰富。LED的颜色丰富, 既有白色的LED;也有发各种单色光的LED, 而且颜色的饱和度高, 颜色饱和度达到130%全彩色, 使灯光更加清晰柔和。

(2) 寿命长、抗震性好。LED是半导体元件, 与白炽灯不同, 没有玻璃、钨丝等易损可动部件, 故障极低。LED的寿命很长, 据报道有10万小时。LED又十分坚实, 因此采用LED作为光源, 几乎可以免维护。

(3) 响应时间短, 只有60纳秒, 约是白炽灯的百万分之一。特别适合用于汽车灯具的光源, 这样, 当采用LED作为汽车尾灯时, 可以使后续汽车的驾驶员更早反应, 刹车或减速。

(4) 高效率、低能耗。LED光源不需要滤色就能直接产生汽车灯具需要的红色、琥珀色等颜色, 无损耗, 电能利用率高达80%以上。LED本身有反射镜和透镜等控光元件, 更使光的利用效率大为提高。

(5) 体积小、重量轻。利用其特点可设计又薄、又轻、又紧凑的各种式样的灯具, 给汽车造型设计提供空间。

(6) 绿色照明光源。LED光谱中单色性好, 没有多余红外、紫外等光谱, 不含汞有害物质, 热量、辐射很少。

(7) 单个LED的光通量小。目前单个LED的光通量研究水平可达120lm/W, 产品水平≤60lm/W, 而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散热器, 所以LED光源一般采用LED阵列设计方法。

(8) 平面发光, 方向性强。它与点光源白炽灯不同, 视角度≤180°, 设计时一定要注意和利用LED光源有不同的视角度和不能大于180°这特点。

(9) LED的发光效率随温度升高而下降, 一般芯片温度超过120℃将失效。在灯具总成设计和制造的工艺设计一定要考虑热设计。

(10) LED属于多元化合物半导体元件。多元化合物半导体元件的特点是其电学、光学、热学和机械等的参数指标离散性很大。在设计时, 一定要充分考虑到这一特点, 并要求元件生产公司按汽车用LED光源要求, 对元件进行严格分类、分级。

正是由于以上这些原因, LED已成为人们最看好的新世纪的照明光源。为了加速LED的发展, 我国已正式启动了“国家半导体照明计划”。LED在汽车照明中有十分光明的应用前景。

摘要：汽车照明是汽车的重要安全部件。为了提高行车的安全性和舒适度, 许多新型的汽车灯正被开发出来。

关键词：汽车照明,HID前照灯,发光二极管

参考文献

[1]赵清泉.半导体发光二极管及其在照明的应用.光源与照明.2005, 3:18-19

汽车照明中的光源论文 第2篇

路灯是城市照明的重要组成部分。从17世纪中后期出现用于道路照明的油灯到19世纪初的煤气灯, 再到1879年, 美国人C.F.布拉什研制成实用的碳弧路灯, 在美国克利夫兰 (Cleveland) 正式投入使用, 并很快在其他城市得到推广, 由此开始了路灯使用电光源的历史。

目前, 广泛应用于城市路灯照明的是高压钠灯。随着国内掀起的城市亮化、美化工程热潮, 道路条件改善及国内城镇高级公路里程的增加, 户外道路照明工程量大幅增加。根据统计, 城市户外照明在我国照明耗电中占30%的比例。但在能源短缺的形势下, 环保节能已经成为一种共识。为了达到节能的目的, 寻找更为高效的照明光源是城市路灯照明的发展方向, LED光源作为一种新型照明光源走进人们的视野。

二、LED光源作为路灯照明的优势

大功率LED路灯与常规高压钠灯路灯不同, 它采用低压直流供电、由GaN蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管。发光二极管 (LightEmittingDiode, 简写为LED) 是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源, 在一定的正向偏置电压和注入电流下, 注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子, 将电能直接转化为光能。与传统路灯照明相比, LED路灯具有以下优点:

第一, LED是一种半导体二极管, 无明显的失效机理, 它的寿命非常长, 理论寿命可达10万小时。在泛光照明应用中, 通常约定LED输出光通量衰减到初始值的70%时即为寿命终点, LED路灯的光衰小, 一年的光衰不到3%, 使用10年仍达到道路使用照度要求, 照此现有LED寿命也有5万小时, 可大幅减少维护工作, 节约运行成本。而高压钠灯光衰大, 一年左右已经下降30%以上, 寿命是约12000小时。

第二, LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料, 放置在一个有引线的架子上, 然后四周用环氧树脂密封, 其结构既不象白炽灯有玻璃泡、灯丝等易损坏部件, 也不象荧光灯有体积大的灯管和附件, 它是一种全固体结构, 能经得起震动、冲击而不至损坏, 而且体积也相对较小, 重量也轻, 成本低。

第三, 白光LED的光色比高压钠灯好。在中间视觉水平下, 人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物。白光LED的显色性也比高压钠灯好很多, 高压钠灯的显色指数只有20右左, 而白光LED可以达到65~80。从视觉心理角度考虑, 达到同等亮度, LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上。

第四, LED能实现较完美的调光功能。LED响应迅速, 能在连续开关闪断状态工作, 轻松实现0~100%调光。我们可以通过以减小工作电流的方法来调光。也可以采用脉冲宽度调节的方法来, 通过调节电压的占空比和工作频率, 能够有效调节LED的发光强度。

第五, LED光源高效节能。LED路灯本身的特性——光的单向性, 没有光的漫射, 保证了光照效率。而且LED路灯有独特的二次光学设计, 将LED路灯的光照射到所需照明的区域, 进一步提高了光照效率, 以达到节能目的。一个150W的LED路灯相当于一个300W的高压钠灯的光效, 节能效果显著。

第六, LED光源安全、环保。LED是低压器件, 驱动单颗LED的电压为安全电压, 系列产品单颗LED功率都为1瓦, 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源, 特别适用于公共场所 (例如:路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等) 。而且不含有害金属汞, 不象高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害。

最后, LED光源的安装、维修也非常方便。可以最大限度的利用现有的路灯照明系统, 只把LED光源安装在原有的灯座上就可以了。

综合上述原理, 大功率LED路灯的节能效果显著, 代替高压钠灯可节电60%以上。相对于传统路灯, LED路灯维护成本极低, 经过比较, 不到2年即可收回全部投入成本。

三、LED光源在路灯照明中应用现状

良好的路灯照明可以为行人和行车在夜间、阴天、雾天等提供适当的亮度, 使驾驶员能提前看到道路的方向诱导;可以带给行人和行车安全的感觉, 抑制犯罪, 提高治安;可以使城市美观等。据有关资料显示:按运行公里加权计算, 在美国夜间高速公路交通事故死亡率约为白天的2.5倍, 在英国约为1.8倍。交通工程学家通过对道路夜间照明和夜间交通事故的关系研究, 认为道路设置照明设施能有效降低交通事故数达30%以上。沿线照明设施对公路行车安全越来越起到至关重要的作用, 逐渐成为公路机电系统建设不可缺少的部分。

河北省高速公路主干线照明在石太高速公路山区线性复杂路段作为LED路灯照明试点, 在该路弯多坡急处单侧设置了55盏8米高的LED太阳能照明路灯, 总投资约144万元。路灯利用LED太阳能照明技术解决了石太高速公路山区路段取电和开挖电缆沟的条件限制, 在不敷设电力电缆的情况下, 利用太阳能技术, 来满足高速公路夜间照明问题, 以最大限度地减少交通事故的发生。

杭州恩迪照明科技有限公司自主开发制造并申请专利的大功率LED隧道灯, 目前已经在河北省保定满城县境内的张石高速公路一期大娄庄隧道应用, 它采用美国科锐原装进口大功率LED光源, 隧道入口加强照明灯选用LED隧道灯100W功率, 隧道内基本照明灯具选用LED隧道灯72W双侧排布灯方式, 在使用节能型灯具进行隧道照明方面进行了大胆的尝试和探索。

目前, LED照明技术日趋成熟, 特别是大功率LED路灯, 正以迅猛的速度冲击传统的路灯市场。

四、LED光源在路灯照明中的前景展望

金无足赤, 由于现行技术的因素以及LED行业的特殊性, 其自身的特点和现阶段尚不能完善的种种问题也成了LED路灯行业发展的瓶颈和根本性障碍。

第一, 成本高:目前由于LED本身的单价比较高, 所以整个LED的成本比较贵, 过高的造价不利于LED路灯推广普及。

第二, 照明效果不佳:由于LED有很强的方向性, 大功率LED路灯由很多粒子组成, LED路灯的配光不应是简单的叠加, 应由光源的光学设计和崭新的灯具设计来达到均匀的光强分布, 不同的应用需有不同的光学设计。目前有些路灯生产厂家生产的LED道路灯仅仅是原始灯具与LED光源的简单叠加, 达不到很好的照明效果。

第三, 散热难:无论是单点还是多点光源的LED路灯都存在着散热难的问题。LED的能量一部分转为光能, 还有很大一部分转为热能。在大功率LED中, 散热是个不容忽视的问题。

第四, LED路灯射程短:LED路灯还需要进一步加强如何在较高高度下工作的研究。此外, 制定国家LED道路照明标准也是普及推广LED路灯非常有力的手段。

第五, 光效低、光衰大:LED理论光效是400LM/W, 但目前国内的LED光效只能达到130LM/W左右, LED光效技术上还有待突破, 另外质量差的LED光衰很大。

第六, 配光设计难:LED路灯的配光设计, 是LED路灯的难点之一。路灯的配光有其特点, 首先为平衡良好的均匀度和经济性, 灯具的配光应较宽, 灯杆的间距应尽可能的宽, 而不只是打亮灯具下方的区域, 同时又必须严格控制炫光, 和考虑环境系数。

虽然现在LED路灯光源并没有明显的优势, 但是随着大功率的LED的问世, LED的封装技术, 驱动技术的提高, 新型散热方式的采用, 以及新型高效太阳能为LED提供供电, 将有利于LED光源降低成本, 尽早产业化和广泛使用。

参考文献

[1]王尔镇:《高效率白光LED的技术开发》, 《照明工程学报》, 2003年04期。

[2]彭万华:《我国超高亮度及白光LED产业的现状与发展》, 《激光与红外》, Laser&Infrared, 2005年04期。

[3]杨宝柱:《太阳能灯的结构与原理》, 《光源与照明》, Lamps&Lighting, 2007年01期。

[4]彭捷:《高功率LED应用中的主要问题》, 《光源与照明》, Lamps and Lighting, 2004年03期。

[5]吴淑梅、霍彦明:《灯与照明》, 2008年第32卷第3期。

汽车照明中的光源论文 第3篇

关键词：情境教学,光源与照明,教学方法

随着我国经济快速发展, 生活水平不断提升, 人们对物质及文化的审美要求也日益提高。以灯具为代表的光源照明在人们的学习、工作、生活中得到普遍应用, 在汽车、道路及景观照明方面也有着举足轻重的作用。在为人们生活提供方便的同时, 各类光源也为室内外环境增添了美丽的景观和色彩。由于照明光源的使用需求较大, 应用领域及环境复杂, 涉及知识非常广泛, 在实际设计及使用过程中需要有专业的知识才能使其在安全、可靠、舒适方面得到保障。光源与照明专业就是学习如何利用及制备传统光源, 创新性地制备和利用新型光源的专业, 通过学习, 学生能并把恰当的光源应用到各个领域, 能够使照明达到节能、环保、健康、安全及美观的要求。它是国际上是非常重要的专业, 并形成了非常庞杂的产业集群。

在现代社会的生活及工作中, 人们自小到大都在接触光源及照明, 包括白炽灯、荧光灯、金卤灯、钠灯、汞灯以及LED光源等, 对光源与照明的基本应用非常熟悉。然而如果没有经过系统的理论分析及学习, 本专业的学生很难较好地把握理论与应用之间的转换关系, 提升设计及应用水平, 妥善处理实际应用中包括光健康、光污染等问题。情景教学法的应用对于光源与照明专业教学有着特殊的意义, 可以把学生带入到丰富的多场景照明环境中, 直接感受各种灯具的应用、各种使用场所的布局和结构、各种装饰材料的组合关系, 加深对专业课程内容的理解, 完成理论和实践的对接, 同时在此基础上进行创新和改进。笔者对情景教学法在光源与照明专业教学过程中的应用进行了一系列研究。

1 情境教学法

情绪心理学研究表明, 个体的情感对认知活动至少有动力、强化和调节3方面的功能。动力功能是指情感对认知活动的增加或减少的效能, 即健康的、积极的情感对认知活动起积极的发动和促进作用;消极的不健康的情绪对认知活动起阻碍和抑制作用。情境教学法就是要在教学过程中引起学生积极的、健康的情感体验, 提高学生对学习的积极性, 使学习活动成为学生主动进行的、快乐的事情。情境教学法要求创设的情境要让学生感到轻松愉快、心平气和、耳目一新, 促进学生心理活动的展开和深入进行[1,2,3]。

从方法论看, 情境教学是利用反映论的原理, 根据客观存在对人们的主观意识进行作用来进行的教学方式。教学内容以直观形象的方式进入学生的意识之中, 意识是客观存在的反映。由于情境教学所创设的情境是人为有意识创设并经过优化的, 有利于学生学习和认知。这种经过优化的客观情境, 在教师语言的引导下, 使学生置身于特定的情境中, 不仅影响学生的认知心理, 而且调动学生情感主动参与学习, 从而引起学生本身的自我认知活动。情境教学法的一个本质特征是激发学生的情感, 以此推动学生认知活动的进行。与之相区别的是, 演示教学法只限于把实物、教具呈现给学生, 或者教师简单地做示范实验, 虽然也有直观的作用, 但仅有实物直观的展现效果。

光源及照明专业主要内容包括白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压气体放电灯、低压钠灯、大功率LED等光源与灯具的教学, 还包括室内照明、道路照明、景观照明、演艺照明、汽车电子照明等照明场所及情境教学, 实践性强。运用情境教学法, 以实物、图片、场景视频、现场情境等多种方式进行展示, 并且伴有教师的特定讲解, 会增进学生的情感体验, 促进学生产生积极学习的健康情绪, 从而对课程教学效果有显著的提高作用。

2 应用方法及程序

2.1 DIAlux软件及半导体照明

在光源及照明学习中, 运用DIAlux等照明设计软件进行照明场景设计, 具有非常好的观察便利性以及设计方便性。DIAlux是一款灯光照明设计软件, 可免费获得, 适用于所有灯具厂家提供的灯具 (如图1所示) 。DIAlux也是当今市场上最具功效的照明计算软件, 它能满足目前所有照明设计及计算的要求。此外, 专业的照明设计软件还有:AGI 32, Light Star, Lumen micro, Autolux及Inspire等。

在照明应用中, 除了传统照明之外, 半导体照明是目前最重要的新型节能光源, 已经进入销售及应用, 在背光照明、便携照明以及室内外照明方面均已占据一定市场份额, 和荧光灯一起成为主要照明光源。在照明环境中, 如何充分考虑这些新型光源的特点、相互代替性以及新的灯具及环境搭配等问题, 都需要教师在教学中深入讲解, 如果能配合情境进行深入讲解, 教学效果将有大幅度的提高。

2.2 照明设计要求与企业实际分析

为了服务企业, 培养应用型中高工程技术人才, 照明专业课程教学内容应与企业需求相适应, 为此, 我们专程到全国各地的一些企业和公司进行调研。调研中发现, 现代照明中所用的灯具种类型号非常多, 在某一情境下可供选择的灯具不可胜数。对于一个公司来说, 灯具的设计除满足照明中的安全可靠、长寿命、照度、色温、显色性等基本需要之外, 还应考虑安装的方便性、造型的美观性、受众的特别关注点、灯具材料的新颖实用性以及节能环保等诸多特点。尤其需要关注的是创新, 以人为本、人文关怀的精神必须体现在产品设计之中, 从而提升环境与人之间的亲密度, 最终提升产品的附加值。

在调研中发现, 灯具制造企业最为关注的是灯具材料、灯具造型、光型设计以及与环境相匹配的材料光学反射特性。学生由于缺少工作经验及实践, 需要在教学过程中加强这些方面的培养。

2.3 情境法教学法的应用

照明应用中有许多不同的情境, 需要分别创设情境, 通常归纳为以下几种:

2.3.1 家居及工作间生活展现情境

室内照明中最主要的应用为家居照明和写字楼照明, 这两类室内照明需要考虑不同的情境。家居照明分小、中、别墅等不同户型, 侧重点根据主人喜爱的风格决定, 更多的是温馨安适;写字楼等室内照明属于工作照明, 主要以肃穆冷静为出发点。室内照明的设计把在现场的人们带入相应的场景, 或为放松, 或为紧张集中精力, 从而能够更好的生活和工作。从这些照明场景中选取一些典型场景, 采用不同照明灯具进行照明, 作为学生观察的客体, 并配以教师语言的描绘, 把这些情境展现在学生眼前, 增加学生对情境的基本认识, 教师再加以适当引导就可以增加学生的设计视野。

2.3.2 广场照明景观演示情境

设计广场及宏大的场所照明需要广阔的思维, 应以主要建筑物为中心, 设计必要的辅助背景, 考虑到白天及夜晚的不同, 形成白天风格的统一性和整体性, 夜晚景观则以轮廓性为主, 从而演示某一特定场所情境。由于情境的场景通常较大, 需要分析光源的应用种类、人们的生活习惯以及广场的应用性质, 一般以大功率的高压气体放电灯辅以局部照明的LED光源, 从主要照明和背景照明入手, 构建演示情境, 激起学生广远的联想。

2.3.3 博物馆再现情境

以博物馆及画廊等为代表的静态照明情境以静态美为主, 表现出历史、自然、内涵、时间的凝滞等概念。在这种情境中, 丰富的光线表现是展示形象的主要手段, 在课堂上用计算机软件再现实际及仿真情境, 实际上是把照明设计内容形象化, 并随之塑造个人的设计风格。

2.3.4 饭店酒吧情境

随着时代的进步, 人们对于生活的追求更加丰富多彩, 不同的生活节奏和交流需要不同的场景。中国人有着特定的文化, 通常以餐饮时的交流为商业交流的主要方式, 这时的照明设计以富丽堂皇、风格独特的文化格调, 配以辅助的照明, 使人处于放松及舒适的情境。由于与西方交流的增加, 以私人交流隐私为主的酒吧等也在逐渐增加, 这种情境下更多注重安静、隐私、不同空间的隔绝和共享, 给人以文雅的感觉。这些情境的照明更多地需要LED的多色照明辅助, 需要情境的表现力。

2.3.5 演艺表演情境

舞台表演中需要更多呈现动态的效果, 通常需要辅以不同的光影表现力, 此外还需要音乐音响的配合。音乐的语言是微妙的, 也是强烈的, 给人以丰富的美感, 往往使人心驰神往。它以特有的旋律、节奏, 塑造出音乐形象, 把听者带到特有的意境中。而用计算机控制的灯光照明与音乐配合, 一起渲染艺术表现情境。在这种情境中, 最为关键的是选取的乐曲与不同照明在基调上、意境上以及情境的发展上要对应、协调。这种动态表现需要更为精妙的灯光照明配合, 所以需要非常复杂的位置配光以及不同功率照度的光源。由于演艺剧目多种多样, 所以照明表现也应给予具体配合, 要求教师在教授课程内容时必须能够呈现出多种表演情境, 从而使学生能够对演艺照明情境有更为深刻的把握, 也对舞台照明的复杂要求有深入的了解, 从而很自然地加深内心的体验。

2.3.6 道路、工厂等公共照明情境

道路及工厂照明更多的是强调安全性、高效性以及节省成本等特点, 这些情境与以上情境不同, 其主要目的在于客观、简易、够用, 不需要更多的表现力。因此, 在这些情境教学中更多的是考虑照明标准规定, 包括国际国内的相关标准, 必须详细分析照明标准要求, 并用相应软件仿真, 通过情境教学方法表现出来, 使学生深刻理解相应的照明标准的设计原因及目的。在情境设计过程中, 把各种相应光源分别表现出来, 运用这种直观手段, 再辅以教师语言描绘, 对学生的认知活动起到一定的导向性作用。语言描绘提高了感知的效应, 情境展现更加鲜明, 并且带着感情色彩作用于学生的感官, 使学生主观的感受得到增强。

3 照明情境教学需要考虑的相关原则

为了更好地使照明理论和情境教学相结合, 需要考虑以下应用原则[4,5,6]:

3.1 有意识与无意识统一原则

人的认知规律要求我们在教学中需要考虑到如何使学生集中精力, 培养其刻苦学习和钻研精神, 使他们有意识地努力学习, 还要分析如何调动情感、兴趣、愿望及潜能等因素对智力活动的无意识促进作用。两者统一在一起, 会从两个方面同时积极促进学生的学习, 而情境教学在促进学生无意识学习方面具有非常好的影响力。无意识与有意识统一, 就是一种精神的集中与轻松并存的状态。人的学习思维与联想既有秩序, 又在自由驰骋, 这就达成了情境教学追求的目标。

3.2 快乐学习原则

根据人们认知思维活动, 其学习效率与心理激素水平是相关的。当教师在轻松情境或气氛中引导学生学习时, 能够使学生展开联想, 提出问题找出创新点, 从而完成学习的过程。照明设计中的情境教学能够很好地促进学生学习过程中的锻炼并最终达到目标, 并且尽可能减轻其学习的心理负担。

3.3 主导与自主并列原则

情境教学中需要考虑的是主体地位。在当前阶段, 可以安排部分时间以学生为主体, 其余多数时间应该遵循以教师为主体的原则。以教学内容为主线, 在完成理论及基础内容讲解后可以让学生自由交流及探讨, 需要注意的是, 必须考虑课程的性质以及学生的参与程度, 不能放弃教师的主导而完全以学生为主体, 在这一过程中既需要保持教师角色的权威性, 又能保证学生的自主性。教学中以学生为主体, 主要是考虑其学习接受能力, 但这种学习是一种接收后慢慢消化的过程, 大学的课程往往很难让学生在课堂上完全掌握所学的内容, 所以先主导后交流, 先引导后自主是大学学习的教学主线。这意味着教师必须充分了解学生, 学生也必须充分了解教师, 彼此形成一种默契。教师在情境教学中从学生的实际出发, 根据学生的基础情况调整教学内容的难度, 学生在教学中的自主性侧重于培养学生的主动精神和创新精神。

4 结束语

光源与照明是一个新兴的特色专业, 具有时代感和传统精神, 它和生活及工作息息相关, 要做好专业教学工作需要下大工夫, 从多种有益的教学方法入手。根据这一专业的特点, 应用情境教学能够促进学生对光源及照明环境的认识, 从感性上升到理性, 从模糊转变为精确和深刻, 从喜欢到专业。应从快乐精神、主体精神及意识培养等几个原则入手, 加强学生对专业知识的深入学习和掌握。

参考文献

[1]陈秀玲.建立动态生成的教学过程观—兼机制和特点分析[J].教育科学, 2003, 19 (5) :24-26.

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[5]张毅.案例教学的利与弊及其在教学中的应对策略[J].北京教育学院学报, 2009, 23 (6) :77-81.

《光源与照明》续订启事 第4篇

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公路隧道照明光源的比较 第5篇

我国照明用电量约占全社会用电量的12%, 道路照明用电约占其中20%~30%。随着国家高速公路网规划“7918”的实施, 迎来了山区高速公路建设的高峰, 隧道作为道路的一部分, 为了保证行驶的安全性和舒适型, 无论白天和夜晚都离不开照明。因此隧道照明用电电费在高速公路运营成本中占到了很大的比重。伴随全球能源供应日益紧张, 国家出台了相关政策鼓励在全社会范围内积极开展节能减排, 隧道照明作为高速公路运营能源消耗的重要部分, 如何选用高效能、低能耗的光源成为高速公路运营能否节能减排的关键。

2 公路隧道照明系统

公路隧道照明的特殊性体现在:隧道照明中出现的视觉现象与标准道路照明中所遇到的视觉现象有着明显差别, 主要反映在白天, 白天日光下, 隧道内、外亮度差别极大, 要完全消除这种差别, 从经济技术上综合考虑是不现实的, 只能根据人眼对光的适应特性进行合理的设计, 提供一个良好的视觉环境, 确保隧道交通环境舒适、安全。公路隧道照明分为基本照明与加强照明, 其中基本照明主要保证隧道内基本段的照明及夜间照明。而加强照明则是主要满足白天照明视觉适应性的需要。

隧道照明的目的就是通过设置灯具人为调节亮度将亮度的过渡变化控制在人的视觉适应曲线范围内, 减轻亮度急剧变化, 保证行车的安全性和舒适型。为此, 隧道照明通常分为引入段、过渡段、基本段和出口段 (见图1) 。

2.1 进入隧道时的黑洞效应及暗适应

白天由于隧道洞外洞内的亮度差别大, 从隧道外部观察隧道时, 隧道入口呈现出黑洞。汽车由明亮的外部驶入隧道的过程中, 环境亮度从n×103cd/m2在几秒钟的时间内降低至n×10-1cd/m2, 眼睛会出现短暂的失能, 生理适应要经过一段时间才能看清隧道内部情况, 即“适应滞后现象”。

2.2 隧道中间段照明

驾驶员驾车经过入口段和过渡段后, 驾驶员的视觉便完成了暗适应过程。接下来, 中间段照明的任务是保证隧道内的停车视距。中间段的照明水平与空气透过率 (即通风条件) 、行车速度以及交通量等因素有关。隧道内部作为一个封闭的结构, 为了行车的安全性, 需要一个合理的维持亮度, 既能保证行车的安全性, 又不过多的浪费电能。此外, 影响舒适性的因素除亮度之外还有许多其他因素, 如光色、灯具布置、点光源还是线光源等, 都会影响到驾驶员的主观感觉。

夜间没有白天那样强烈的暗适问题, 交通量也大大减少, 所以照明标准可以适当降低。其减少的程度以不发生交通事故为限, 一般折减系数可取0.5。夜间沿隧道全长按同一标准照明。

在保证路面亮度的同时, 还要保证侧墙有足够的亮度, 在侧墙2m高范围内宜铺设反射率不小于0.7的墙面材料。通过自行车和行人的隧道, 注意避免自行车和行人在暗道中通行和可能发生的危险。

2.3 隧道出口段照明

在单向交通的隧道中, 有时需要对出口段作适当处理, 以便缓和白洞现象带来的不利影响。例如, 出口洞外为空阔环境, 面向大海、面对雪山等高亮度并能形成眩光时, 出口则应加强照明, 否则无须作加强照明。

在双向交通隧道中, 两端均为入口和出口, 两端的照明情况完全相同, 因而不存在出口段照明处理问题。

出口段的眩光问题是指朝东或朝西的出口, 在日出或日落时阳光可能直接贯入隧道, 形成强烈直接眩光。为了避免发生这种现象, 出口应作适当处理, 其方法主要有两种:在洞内出口段设置曲线, 或在洞外没置曲线段并作遮挡。前者在出口段设曲线后阳光不会直接贯入隧道, 即使有射入的阳光也会照射在墙上, 经反射后可以增加出口段亮度, 使司机有明适应的亮度条件和时间。如果设置曲线后, 出口方向刚好正对一座山时最为理想。后者在出口引道上设置曲线, 并在曲线外侧设置挡墙、种植高大常青乔木等, 挡住直射的阳光。

由于上述几种现象的存在, 这就给隧道照明提出了较高要求, 必须通过设置合理的分区、选择适当的光源, 采取合适的灯具布置方式等来最大限度地消除不良现象, 确保一个良好的行车环境。

3 隧道光源选择

公路隧道的照明, 是为了把必要的视觉信息传递给司机, 防止视觉信息不足而出现交通事故, 从而保证行车的安全性和提高舒适性。过去, 我国公路隧道很少, 长、大隧道更难见到, 隧道的照明设施更无从谈起, 对隧道照明缺乏深入研究。随着公路建设尤其是高速公路建设的发展, 公路隧道方案被广泛采用, 隧道照明设施的规模越来越大, 隧道运营电力费也越来越高;同时隧道照明质量跟不上高速发展的公路建设, 严重影响行车安全性, 隧道交通事故也日益增多。因此对隧道照明节约能源、提高照明效果、保证行车安全性和舒适性的要求进一步提高, 合理地选取电光源是实现绿色照明的关键。

隧道照明的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰减、寿命、光色和显色性、成本要求;同时还能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。隧道照明的效果必须依靠可靠的光源来实现。公路隧道一旦投入使用, 照明系统几乎就处于长期点灯状态。选择一种适宜的光源, 是隧道照明的重要环节。应综合考虑, 合理运用。

隧道照明中一般选用的光源是白炽灯、荧光灯、高压汞灯、低压钠灯和高压钠灯。随着科技的发展, 照明领域取得了一个又一个的进步, 随着LED新光源的推出以及电磁感应灯的问世, 人们也试图将这些新型电光源用于道路和隧道照明中。

3.1 高压钠灯

高压钠灯的发光特性与灯内钠蒸气压有关, 当灯内的钠蒸气压约为10kPa时, 其光效最高, 标准型高压钠灯就是工作于这一气压下, 此时, 灯所发出的光呈金黄色, 相关色温为1950K, 显色指数为23。增加灯内的钠蒸气压, 可以提高高压钠灯的色温, 改善灯的显色性, 但与此同时, 灯的光效要下降。

高压钠灯光效高, 桔黄色的光线透烟雾性强, 使用寿命长, 是实现隧道绿色照明的首选产品。在公路隧道的发展进程中, 高压钠灯发展空间广阔, 市场容量很大, 替代高压汞灯照明势在必行。上世纪90年代中期, 欧司朗公司已开发出脉冲式钠灯光源, 该光源除继续保持寿命长、高光效的特点外, 还显著改善了光色和显色性。

高压钠灯作为传统的隧道照明光源, 占据了隧道照明灯具的绝大部分市场, 其特性为:

(1) 高压钠灯发光颜色为黄色, 穿透烟雾能力较强, 但色温及显像指数较低。

(2) 钠灯灯泡结构决定了灯具的光源利用率低, 仅40%左右。灯管发光角度为360°, 大部分光需要通过反射器反射后才能照射到指定区域。

(3) 高压钠灯灯泡启动时间长, 再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5~10min左右的时间, 才能达到正常的亮度, 再次启动的时间间隔一般要大于5min。

(4) 高压钠灯光效较高, 一般为120lm/w左右。

(5) 技术非常成熟, 应用非常广泛, 功率大, 寿命较长, 约20 000h左右。

(6) 价格低廉, 但能耗较高。

3.2 无极荧光灯

无极灯是利用高频电磁场激发无极放电腔而发光的一种新型照明电源, 发光源理为高频电磁场能量以感应方式耦合进灯泡内, 激发灯泡内的稀有气体电离而形成等离子体, 等离子受激发原子返回基态而自发辐射出紫外线, 因而导致灯泡内壁的荧光粉受激发而发出可见光。无极灯根据其工作频率分为高频无极灯和低频无极灯。高频无极灯工作频率在2KHz以上, 其灯泡体为常规型, 内置耦合器。低频无极灯的工作频率在2kHz左右, 泡体多为环形, 外置耦合器。

无极荧光灯 (电磁感应灯) 采用的原理是先由电产生磁场, 再由磁场产生感应电流, 再应用耦合震荡原理将产生的高频电压将灯点亮。电磁感应灯的寿命可达到6~10万小时左右, 光效可达85~90lm/W, 显色性好, 高效节能。

无极荧光灯是一种电磁感应灯, 作为新型的隧道照明光源, 其特性为:

(1) 超长寿命, 灯内无灯丝和电极, 灯泡寿命仅取决于荧光粉的自然衰减, 寿命约4万小时。

(2) 目前光效65~80lm/w左右, 显示指数75左右。

(3) 辐射大, 电磁干扰明显, 无闪烁、无溅射、低眩光。

(4) 瞬间启动, 启动时间≤0.1s, 无需预热, 瞬间可启动照明。

(5) 电气性能好, 功率因数≥0.95, 电流谐波小。

(6) 扩展功能强, 能实现直流供电、定时开断等个性功能设计。

(7) 低色温时光效较低, 显色性差。

(8) 价格相对较贵, 约为钠灯的1.5~2.5倍, 但耗能低, 节约电费。

3.3 LED灯

LED隧道灯可称之为一种使用半导体发光二极管作为光源的用于隧道内道路照明的灯具。大功率LED光源是新近出现但技术水平发展很快的一种光源。主要特性为:

(1) 超长寿命, 寿命≥5万小时。

(2) 目前单颗1瓦光效90~110lm, 多芯片集成封装的光效只有55~70lm, 显示指数≥75。

(3) 无辐射, 无电磁干扰, 无闪烁、无溅射、低眩光。

(4) 瞬间启动, 启动时间≤0.01s, 无需预热, 瞬间可启动照明。

(5) 电气性能好, 功率因数≥0.95, 整灯效率≥90%, 电流谐波小。

(6) 延伸功能强, 可实现智能无极调光, 安全预警等辅助功能。

(7) 散热问题成为发展瓶颈, 如解决不好, 光衰很厉害, 严重影响光源使用寿命。

(8) 节能新技术, 但功率一般只能做到100多W。

(9) 价格比较昂贵。但后期运营费用 (电费) 较低。

4 结语

使用无极灯或大功率LED灯代替传统的高压钠灯照明, 可以大幅度减少照明耗电量;而且光源寿命长, 可以减少灯具的更换和维修次数, 降低管理费和维修人工费等, 从而降低了照明运行成本;其显色性好, 光色柔和。但无极灯、LED灯由于其发出的是白光, 在烟雾中的穿透性劣于钠灯的黄光, 因此在长及特长隧道的基本段、出口段的使用受到了一定的限制, 同时由于这些新技术仍处在高速发展阶段, 技术性能指标还不成熟, 还存在一些关键性技术问题没有解决。比如LED灯的光衰问题, 无极灯的辐射、抗干扰问题。而产品质量的稳定性也是影响产品普及的又一难题, 所以它们目前还无法完全替代传统的高压钠灯。不过我相信随着我国经济新一轮的快速发展, 这些新型光源一定能解决各种技术瓶颈, 使其逐步进入成熟的应用阶段。

参考文献

[1]刘宝川.隧道照明技术[M].中国照明电器2000 (3) .

[2]汪建平, 等.道路照明[M].复旦大学出版社.

[3]赵振民.照明工程设计手册[M].

[4]JTJ026.1-1999, 公路隧道通风照明设计规范[S].2000.

[5]JTG/TD71-2004, 公路隧道交通工程设计规范[S].中华人民共和国交通部.

照明节能光源的选择分析 第6篇

关键词：照明节能设计,光源选择,问题分析,工程设计

节能减排工作是中国移动“正德厚生、臻于至善”核心价值观的内在体现,同时也是进一步推进高效、低成本运营的必然选择。国家对照明节能给予高度重视,在《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)中,明确规定了照度标准值及功率密度,同时将功率密度值列入了强制性条文[1]。但是,通过对多个工程的实际勘察,发现仍存在很多具体、细致的问题亟待解决和完善。

1 楼梯间照明光源的选择

1.1 现状

《民用建筑节能条例》中第19条要求“建筑的公共走廊、楼梯等部位,应当安装使用节能灯具和电气控制装置”[2,3]。在实际勘察的很多大楼内,楼梯间仍采用白炽或荧光灯等作为声控灯的光源,或者用普通开关控制,有人开启无人关闭,成为长明灯。

1.2 问题分析及解决方案

在设有电梯的楼内走楼梯间的人员较少,机房楼的走廊也是人员流动较少,比较适合采用声控灯。

白炽灯属于热辐射光源,它利用电能使钨丝加热到白炽状态而发光。它的优点是频繁开启对其寿命影响较小,缺点是光效较低。中国是生产和使用白炽灯最多的国家,仅楼梯间和走廊每年就用数亿只。澳大利亚宣布2010年全面禁用白炽灯,美国、日本、欧盟也先后宣布2010—2012年禁产、禁销、禁用白炽灯。

荧光灯属于气体放电光源,它是利用低气压汞蒸气弧光放电而发光。它包括直管荧光灯和紧凑荧光灯。与白炽灯相比,它的优点是光效较高,缺点是由于频繁开关,脉冲电压导致阴极物质溅射,频繁启动使光源的寿命大大缩短,荧光灯每启动1次大约相当于缩短寿命1个小时。另外,荧光灯每次启动工作2min才会稳定发光,作为声控灯时,没达到亮度灯就灭了。

LED灯是发光二极管的简称,是继白炽灯、荧光灯、高压放电灯之后的第四代光源。它是通过半导体二极管,利用场致发光原理将电能直接转变成可见光的新型光源[4,5]。它利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合,放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。LED灯具有体积小;耗电量低;使用寿命长;高亮度、低热量;环保;坚固耐用;使用安全等优点。由于LED灯的发光体是发光二极管,只要在额定电流和额定电压范围之内,就不会因为频繁起动而影响寿命。LED灯具与荧光灯及白炽灯功率对照,如表1所示。

1.3 结论

采用小功率的LED灯珠配合可靠的控制驱动电路,作为楼梯间声控灯是一种很好的光源。

2 直管荧光灯长度的选择

2.1 现状

在现有的工程中大多选用T5直管荧光灯,但长短不一。在办公楼内,很多敞开式大办公室的吊顶采用600*600的矿棉板,很多设计采用600*600的格栅灯,有的工程则采用1200*600的格栅灯。有些营业厅顶棚装修采用暗藏灯带,里面用的荧光灯也是长短不一。机房内的机架列间照明灯管也是有长有短。

2.2 问题分析及解决方案

不同长度直管荧光灯发光效率的比较,如表2所示。

通过以上比较可知:在色温、显色指数、寿命相同的情况下,长管荧光灯的发光效率高于短管荧光灯。

2.3 工程案例

房间条件:办公室,房间长19.4m,宽3.1m,高3.6m,工作面高度0.8m,顶棚反射系数70%,墙面反射系数70%。按利用系数法计算最小照度值为

E=(FNn)/(KZS)(Lx),

式中F为灯泡光通量;N为灯具数量;n为光通利用系数;K为减光补偿系数;Z为最小照度系数1.0;S为房间面积(m2)

光源分别采用1 200mm长度和600mm长度的直管荧光灯具,计算结果,如表3所示。

通过比较,选用1200mm长的荧光灯比选用600mm长度的荧光灯节约用电16.7%,并且灯具的数量减少,节约了投资。

2.4 结论

长管荧光灯的发光效率高于短管荧光灯,工程设计中尽量选用长管荧光灯替代短管荧光灯。

3 紧凑型荧光灯的选择

3.1 现状

在营业厅、大堂、会议室等场所大量采用的筒灯,有些采用螺旋头一体式节能灯作为光源,有些采用插拔分体式节能灯作为光源。

3.2 问题分析及解决方案

紧凑型荧光灯又称为节能灯,使用直径9~16 mm细管弯曲或拼接成(U型、H型、螺旋型等),缩短了放电的线型长度。一般分为两类:A、带镇流器一体化紧凑型荧光灯。这种灯自带镇流器、启辉器等全套控制电路;并装有爱迪生螺旋灯头或插式灯头,可用于使用普通白炽灯泡的场所,可用来取代白炽灯;B、与灯具中电路分离的灯管(PLC)(分体式)。用于专门设计的灯具之中,借助与灯具结合成一体的控制电路工作。分体式和一体式节能筒灯的的比较,如表4所示。

从初期投资看分体式节能灯要高于一体式,但当灯具使用到50000h,包括更换光源的全部价格为:

一体式节能灯为:19(灯具的价格)+179(光源的价格)*50000/6000(光源的数量)=1510(元);

分体式节能灯为:28(灯具的价格)+101(光源的价格)*50000/6000(光源的数量)+56(镇流器的价格)=927(元);

分体式节能灯比一体式节能灯节约投资38.6%。

比较可知:虽然分体式节能灯在初期投资略高,但从长期投资看来,要比一体式节能灯节省费用。插拔式节能灯管和横插筒灯配套使用,灯管与镇流器分体式安装设计,避免了因灯管损坏而造成镇流器浪费。

3.3 结论

在有专人维护的场所,采用插拔式紧凑荧光灯优于一体化紧凑荧光灯。

4 金卤灯的应用

4.1 现状

营业厅的设计一般参见《中国移动通信VI执行手册》中,只是给出了灯具的种类,而没有光源。比如格栅射灯,而没有确定其光源。实际上格栅射灯可以配灯杯、斗胆射灯、金卤灯和紧凑节能灯等几种光源,每种光源的光效差别较大。一般工程通常由设计院完成土建设计后,再由建设单位委托装修公司进行二次装修,而一些装修公司的建筑设计人员对照明光源了解较少,对照明节能问题考虑的就更少了。所以很多营业厅装修设计中大量采用了卤钨灯等非节能灯光源,耗电量大,发热量大。

4.2 问题分析及解决方案

卤素灯与白炽灯相同,均属于热辐射光源,由于加入卤素的原因,灯的寿命大大的提高。其发光效率很低,但有极好的显色性能,比较适合局部重点照明。金属卤化物灯属于气体放电灯,光辐射是通过激发金属原子产生的,通常包括多种金属元素。金属元素是以金属卤化物的形式引入的,能发出具有很好显色性的白光。放电管由石英或陶瓷制成,与高压钠灯相似,放电管装在玻璃泡壳或长管形石英外壳内。广泛应用在需要高发光效率、高品质白光的场合。典型应用包括上射照明、下射照明、泛光照明和聚光照明。紧凑型金属卤化物灯在需要精确控光的场合尤其适宜。

4.3 工程案例

某省网管中心的演示大厅,长14m,宽10m,高度跨两层,灯具安装高度为7.15m。二次装修由装修公司设计采用卤素灯,照度低,耗电量大,发热量大,进行灯具改造设计。照度采用利用系数法计算,采用紧凑荧光灯及金卤灯比选,计算数据,如表5所示。

由表5可知,金卤灯的光源效率高,节能效果好。

为避免眩光,金卤灯适用于高度较高的场所,灯具最低安装高度,如表6所示。

4.4 结论

在高度超过4.5m及以上的场所,优先选用金卤灯。

5 结语

综上所述,在照明系统的节能设计中应充分熟悉掌握光源的性能和使用范围,在设计中予以细致明确,以便于用户进行招标选用,缩小节能设计与实际应用之间的距离,实现节能目标。所以,在满足国家规范和行业规范的基础上,建议在今后的设计中增加以下具体节能措施:(1)选用小功率的LED灯作为楼梯间声控灯;(2)优先选用长管荧光灯替代短管荧光灯;(3)采用分体式紧凑荧光灯比一体化紧凑荧光灯节约投资、减少浪费;(4)在高度超过4.5m及以上的场所,优先选用金卤灯。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB50034-2004建筑照明设计标准[S.]北京:中国建筑工业出版社,2004:10-12.

[2]北京照明学会照明设计专业委员会.最新照明设计手册[M.]北京:中国电力出版社,2010:16-17.

[3]照明学会.照明手册[M.]北京:科学出版社,2005:10-11.

[4]LED照明推进协会.LED照明设计与应用[M.]北京:科学出版社,2009:6-7.

机器视觉照明光源技术要点分析 第7篇

1 机器视觉照明光源系统概述

机器视觉系统对图片的处理需要依赖图片处理系统, 而图片处理系统的运行状况可能会受到实际运用中各种因素的影响, 如视觉对象周围光线的变化以及对象的材质和位置等。机器视觉系统能否高效运行的重要依据是否为其配备良好的光源和照明方案。而优秀的照明光源方案不仅能够对物品的主测量面进行有效的突出, 还能在物体的重要和不重要部分之间进行一个对比强烈的区分。

在20世纪90年代以后, 一些研究图像处理的公司相继出现, 图像处理方面的产品也逐渐面世, 但产品还存在着很多方面的问题, 很多企业在这些设备的应用上也没有相应的概念。不同的光源设备有其自身的特点和优势, 也有其适应的相关领域。在这些种类多样的照明光源当中, LED光源因其使用寿命长和高稳定性得到了普遍的认可, 在照明光源领域的地位越来越重要。

2 机器视觉照明光源及LED光源

照明光源对整个机器视觉系统有着重要的影响。照明光源的类型主要包括以下几种类型:白炽光源、荧光光源、LED光源、闪光光源、X射线光源。目前, LED光源最为常用, 而且已在机器视觉光源领域占主导地位, 已成为机器视觉的首选光源。

LED光源是新的光源类型, 以其特有的特点能够取代很多类型的传统光源。LED光源有着不同的颜色和多样化的形状、材质、亮度。LED光源的特点和优势主要包括: (1) LED光源可以高频率操作, 响应速度快, 且耗电量非常低, 仅是白炽光源的万分之一。 (2) LED光源可以使用低压电源, 相比使用高压电源的光源就安全多了。 (3) LED光源在散热设计良好的情况下可以使用10万小时, 有着很长的使用寿命。 (4) LED光源的单元体积很小, 使用得LED光源结构设计更加灵活。 (5) LED光源能够对光线进行高效的管控, 有着较强的方向性, 大大提高了其照明效果。 (6) LED光源是绿色光源, 可回收, 无污染, 且其颜色能够多变。

LED光源以其特有的优点被广泛应用于社会生产各领域中。在机器视觉领域中的应用种类非常的多, 主要有均匀背光源、条形光源、环形光源、同轴光源、高亮线型光源等等。

3 机器视觉照明技术

机器视觉照明的主要目标是选择合适的光源以某种方式将光线投射到被测物体上, 突出被测特征部分与背景的对比度。好的照明能够改善整个系统的分辨率, 简化软件的运算, 提高系统精度与稳定性;不适合的照明, 则会引起很多问题, 比如花点、眩光、曝光过度会隐藏许多重要信息;阴影会引起边缘的误检;而信噪比过低、均匀性不够导致图像阈值选择困难, 系统稳定性下降等等。

怎样才能选择到一个最佳的照明方案呢?需要考虑很多因素, 比如光源的类型、光源的颜色、光的强度等, 还有工作距离、物体大小、发光器件、源控制方式等都需要考虑。

从以往的经验中来看, 对于每种不同的检测样品, 通常需要采用不同的照明方式才能得到理想的特征, 甚至有时需要采用组合光源的方式才能得到理想的特征, 因此除了必须的理论知识外, 平时的经验积累也是相当的重要的。

机器视觉照明技术主要分为以下几类:

(1) 前向照明技术。前向照明技术是将照明光源系统放置在相机和被测量物体的前面, 以对物体的表面情况和相应细节做一个清晰的探照, 看是否存在缺陷、划痕等问题。前向照明光源主要有条形光源, 环形光源、点光源、线型光源、四面可调光源等。通常用于平面和有表面纹理的表面检查, 根据使用的安装位置, 可分为高角度照明和低角度照明。

(2) 背向照明技术。将照明光源放在被测量物体的后面, 而将相机放在被测量物体的前面, 这种照明光源技术就是背向照明。背向照明光源主要有均匀背光源、平行背光源和同轴光源。这种背面照射技术, 用来形成不透明物体的阴影或观察透明物体的内部。这是一种与其他方式不同的照明方式, 其是以光源高亮作为背景, 而以目标黑暗为特征的照明方式。优点是边缘特别突出;缺点是观察不到表面细节。

(3) 结构光照明技术。结构光照明技术是将光线以一定结构投影到被照物体上以实现所需要照明的一种技术。主要应用于大面积需要均匀照明的物体。结构光照明光源主要有圆顶光源、四面无影光源等。优点是可以得到较均匀的照明方式;缺点是无论是单个或多个光源, 其体积都比较大。

近十年来, 在机器视觉行业中已经形成了一系列的标准光源, 比如条形光源、环形光源、同轴光源等等。在机器视觉光源的设计中, 重点需要考虑均匀性设计、强度设计、散热设计, 电压电流设计。其中散热设计和电压电流设计是影响视觉光源产品质量的核心要素。

4 结语

作为一项形成近十年的新型的技术, 照明光源技术已经被应用到很多领域, 其应用前景仍然非常广阔。在不断的发展和应用过程中, 照明光源技术的关键作用已经逐渐显现出来, 对整个机器视觉系统的发展乃至应用机器视觉技术的各个领域都产生了重要的影响, 照明光源技术在未来的发展中一定能得到更加多元的应用。

摘要：随着科技的发展, 机器视觉系统已被广泛应于社会生产和生活的方方面面。照明光源是机器视觉应用系统中非常重要的一个方面, 它通过影响图像质量从而影响到整个机器视觉系统的应用效果。本文就机器视觉照明光源技术进行的分析与探讨。

关键词：机器视觉,照明光源,技术

参考文献