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照明的基础知识
2008-07-05
一、光的基础知识
1、光的本质
人们通常所说的光是指“可见光”，它是有光源发出的辐射能中的一部分，并能产生视觉效应。
从大量子物理的观点，光具有二重性：
粒子性和波动性。
单个光子呈粒子性，密集光子的集合衍射便呈现出波动性。
所以，光是一种电磁辐射能，即电磁波，光线的方向也就是波传播的方向。
将各种电磁波按波长依次排列，就成为电磁波谱，如图1-1所示
图（1-1）电磁波谱及可见光光谱
由图（1-1）电磁波谱及可见光光谱分布可以看出，可见光在整个波谱中仅占极小的部分。
2、可见光谱
人类视觉能感受到的电磁波可见部分的波长范围大约在380nm至780nm之间（1nm=10-6mm）,而不同波长的光给人的颜色感觉也不同。
波长从380nm向780nm递增时，光的颜色从紫色开始，按蓝、青、绿、黄、橙、红的顺序逐渐变化，两种颜色之间没有明显的分界。
将全部可见光波混合在一起就形成日光，即白色光。
3、紫外和红外辐射
太阳光和光源在发出可见光的同时，都会有紫外线和红外辐射．只是眼睛视觉反应不出来而已。
● 波长小320nm的紫外辐射对生物组织有损害；
●波长在260nm处的紫外辐射灭菌效应最大；
●波长253.7nm的紫外线作用于三基色粉或荧光粉会产生发光效应；
●波长大于780nm的近红外光谱会产生热。
对光源来说，由于红外线的存在而损失了光效能，产生了不需要的热；
● 白炽灯因钨丝加热时产生太多看不见的红外光,所以光效低；
●低压汞蒸气放电灯会产生253.7nm的紫外辐射，因此，提高发光效率，控制紫外辐射的泄露分量十分重要。
4、光的基本度量单位
1.光通量是视觉响应的计量。
定义为：
光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通量，符号Φ，单位为流明（Lm）。
光通量说明发光体的光线数量。
●光通量的测量必须在积分球内进行；
●人眼对比不同波长的光的灵敏度不一样，对波长为555nm的黄、绿光最灵敏，波长离555nm越远，灵敏度越低；
●对某一特定的光源来说，不仅要测量它的光通量，而且要展示它的频谱分布，评价它的视觉效果。
2.发光强度：
光源在空间某一特定方向上单位立体角内辐射的光通量空间密度，称为光源在该方向上的发光强度，简称光强。
浅释：
桌子上放有一盏无罩的白炽灯泡，在加上灯罩后，桌面显得亮多了。
而同一灯泡不加罩与加罩，它所发出的光通量是一样的，只不过是加上灯罩之后，光线经灯罩反射使光通量在空间的分布状况发生了变化，射向桌面的光通量比未加罩时增多了。
因此，在电气照明技术中，必须了解光通量在空间各个方向上的分布情况。
发光体在某个方向上发出的光通量密度，它表面了光通量在空间的分布情况。
3.照度：
投射到被照面上的光通量与被照面的面积之比称为该面的照度，照度单位为勒克斯（Lx）。
光照度：
表示被照表面接受光通量密度，用来鉴定被照面的照明情况。
感性认识：
1只40W白炽灯1米远处的照度约为30Lx，加一搪瓷罩后增加到73Lx。
深圳12月份上午10时正对太阳光的照度为4.65×104Lx;单边高楼阴影下的照度约为8250～12000Lx；树荫下的照度约为2050～2280Lx。
大马路14.5米高的双泡路灯（400W高压钠灯+250W金卤灯）垂直地面照度为55～68Lx。
由此可见，人造光源与太阳光相比实在太渺小。
4.亮度：
发光体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度。
单位为坎德拉每平方米（cd/m2）
在同一位置上并排放置一个黑体和一个白色体，虽然它们的照度一样，但人眼看起来白色体要亮得多。
这是因为人眼的视网膜上的照度是被视物体在沿视线方向上的发光强度造成的，而白色体的反光要比黑色体强得多，所以感到白色体比黑色体亮得多。
5、照明电光源
将电能转换为光能，从而获得光通量的设备、器具则称为照明电光源。
十九世纪爱迪生发明了白炽灯，开始了电光照明的新纪元。
1.电光源的分类
电光源按其发光原理主要可分为两大类：
热辐射光源（即固体电光源）和气体放电光源。
a.固体热辐射光源
利用电流将金属或陶瓷之类的物体加热到白炽程度而产生发光的光源，白炽灯和LED灯属于此类。
真空灯
白炽灯
非卤钨灯
充气灯
固体热辐射光
卤钨灯
LED灯
b.气体放电光源
在电场作用下，电流通过电离的气体而发射光的光源。
按放电形式可分弧光放电灯和辉光放电灯。
荧光灯
低气压灯
低压钠灯
高频无极灯
弧光放电灯
高压汞灯
高压钠灯
高气压灯
高压氙灯
金属卤化物灯
碳弧灯
霓虹灯
辉光放电灯
氖灯
●目前最常用的灯有白炽灯、LED灯、荧光灯、高压钠灯、金卤灯、霓虹灯等。
●白炽灯光效低、寿命短、显色性高，价格便宜，多用于家庭。
●LED灯可做成矩阵排列、图形，光效提高，寿命，较贵，一般用于交通指挥灯、路标字幕、广告牌………等。
要配备专用电源才能工作。
●高压钠灯光效高，寿命长，显色性差，功率可高达1000W以上，适用路灯或广场用灯或广场用灯，需配备启动器件或专用才能工作。
●霓虹灯做成彩色条管，可拼成文字、广告图形美化城市，需配备专用电路才能工作。
●高效无极灯寿命长，光效高，显色性好，环保无公害，是21世纪最优秀的电光源，目前电功率有待提升，价格有待降低。
它应用范围广泛，需配备专用电子镇流器。
注：
a.低气压灯放电时，灯内气压约为1%大气压，例如荧光灯。
b.高气压灯放电时灯内气压为几个至数十个大气压，例如高压钠灯、金卤灯、高压氙灯、镝灯……等。
2.额定电压和额定电流：
指电光源按预定要求工作所需要的电压和电流。
偏离额定值工作会影响电光源的效能和寿命。
额定功率：
指电光源工作在额定电压和额定电流时所消耗的有功功率。
3.额定光通量：
指电光源在额定工作条件下发出的光通量，单位为流明（Lm）；
4.发光效率：
指电光源每消耗1W电功率所发的光通量,单位为Lm/W;消耗的电功率是从市电输入端测量的，称系统光效；
5.光衰：
电光源在额定工作条件下，随着使用时间的延长，额定光通量和光效都会逐渐降低。
6.寿命：
必须指出的是灯寿命的要领阐明仍悬而未决，某些制造厂考虑灯和灯具的衰退，另一些制造厂则定义为“一批试验灯中有50%存活的时间。
”而参阅藉风荣等人编写的材料，电光源的寿命有全寿命、有效寿命、平均寿命三种。
全寿命——电光源直到完全不能使用为止的全部时间；
有效寿命——电光源的发光效率下降到初始值的70%时的使用时间；
平均寿命——指每批抽样调试品有效寿命的平均值。
此处认同“平均寿命”的提法比较合理。
7.色温：
黑体被加热到不同温度时，人眼所看到黑体所呈现出的不同颜色，以此表达一个光源的光色，称为光源的色温。
色温以绝对温标K为单位。
8.相关色温：
荧光灯等电光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度所发射的光的颜色最接近时，黑体的这个温度就称为该电源的相关色温。
总结：
光通量、光强度、光照度和光亮度相互关系示意图：
表
（1）常用电光源的色温
电光源名称
色温（K）
电光源名称
色温（K）
白炽灯
2800～2900
荧光高压汞灯
5500
卤钨灯
3000～3200
高压钠灯
2000～2400
日光色荧光灯
4500～6500
金卤灯（卤化锡）
5000
白光色荧光灯
3000～4500
金卤灯（钠铟铊）
5000～5600
暖色荧光灯
2700～2900
镝灯
5500～6000
氙灯
5500～6000
高频无极灯
2700～6500
a.色温与感觉：
大于5000K为冷色； 3300～5000K为中间； 小于3300K为暖色。
b.显色性：
指在光源照明下，与具有相同或相近色温的黑体或日光的照明相比，各种颜色在视觉上的失真程度。
显色指数以Ra表示。
表
（2）常用电光源的显色指数
电光源名称
显色指数Ra
电光源名称
显色指数Ra
白炽灯
97
荧光高压汞灯
22～51
卤钨灯
80～94
高压钠灯
20～30
日光色荧光灯
75～85
钠铟铊
60～65
白光色荧光灯
80～90
卤化锡灯
93
氙灯
95～97
高频无极灯
>80
光源的色温与显色性之间没有必然的联系，具有不同光谱能量分布的光源可能有相同的色温，但显色性却可能差别很大。
对一种电光源特性优劣的评价必须全两面、综合考虑，不能只突出单项指标，光效、寿命、显色性、色温、光衰等基本指标都要同时顾及。
目前能全部兼顾上述各项指标要求的电光源只有高频无极灯。
6、频闪效应与光污染
时下人们对光污染的讨伐呼声越来越大，而光污染的主要来源正是电光源的频闪效应。
1.频闪效应
普通电光源都利用工频交流电供电，工频频率为50Hz/60Hz,以荧光灯为例。
荧光灯在用交流电源工作时，灯管两端电压的极性不断改变；当电流过零时的瞬间发出的光通量也为零。
电光源光通量强弱的周期性变化，与供电频率（50Hz/60Hz）相同，简称频闪。
由于人眼的视觉暂留想象和荧光粉的余晖作用，人们感受不到这种强弱变化波动。
频闪效应定义：
电光源的光通量Φ随交流电源电压相位周期性变化而变化，且使人眼产生视觉疲劳或视觉错误的现象称为频闪效应。
高频无极灯完全消除了频闪这一光污染的危害，而且眩光也较低。
表（3）各类电光源光通量波动深度比较
光源各类
工作频率（Hz）
波动深度%
白炽灯
50
5～15
钠灯、金卤灯
50
80～130
荧光汞灯
50
65
电感式荧光灯
50
55
电子荧光灯
4050K
15～10
高频无极灯
2650K
≈0
频闪除引起人的疲劳、头昏眼花等不适外。
在工场工作环境中，当被照物体处于转动状态，且转动速度刚好是电源频率的整数倍时，则转动物体（例为机床加工件）看上去好像没有转动一样。
这种错觉容易造成事故的发生。
特别要指出的是近十多年来青少年近视眼的比例越来越高。
这一令人担忧的趋势，虽不能全部归罪于灯下做作业的光污染，但从统计规律看来，它的确与长期浸染在电光源下的频闪效应直接相关。
在点蜡烛和煤油灯的时代．书生们近视的比例就远没有当今那么高。
照说太阳光自然而柔和，不存在‘‘频闪”。
早晨与黄昏的太阳的确十分柔顺舒适，但在上午11时至下午4时这段时间，太阳光也会表现出强烈的“频闪”。
科研人员曾用光电科学仪器对太阳光进行测试，证明从太阳光感测出来的随机频率约为0至数KHz,有时肉眼可以感受到太阳光“频闪”的跳动，所以在太阳光下干活或读书，也会感到容易疲劳和不适。
高频无极灯完全消除了频闪这一光污染的危害，而且眩光也较低，已成为当今绿色照明领域中最优秀的新型电光源。
7、照明灯具
照明灯具看起来似乎很平常，其实它是一门专业性和综合性都很强的技术，涉及的范周包括材料科学、金属加工、几何光学、生理学、心理学，甚至社会政治……等等；“亮化工程”就有着相当浓厚的社会因素，强烈的灯光和各式各样的灯具既美化了城市环境，也造成极大的能源浪费，同时给广大的城市居民带来不可忽视的光污染，相关报道颇多，在此不必详述。
1．眩光：
任何引起视觉不适的光称为眩光。
眩光常常是电光源与灯具的共同产物。
眩光也是对过亮亮度的一种感受，常常与过分的对比相伴在一起，引起视觉不适，造成注意力分散。
2.配光曲线：
以极坐标来表示光源在各个方向上发光强度的曲线，称为该光源的配光曲线。
二、高效电磁无极灯工作原来
高效电磁无极灯在结构上由三部分组成，即高频发生器（高频电源）、功率耦合器和涂有稀土荧光粉的玻璃泡壳组成，是综合功率电子学、等离子体学、磁性材料学等理论开发出来的高新技术照明产品。
经过高频发生器产生高频能量，通过耦合器线圈在放电腔中感应交变磁场，反应过来又诱发电场，使灯泡内的气体雪崩电离形成等离子体，电子在电场中被加速后，与汞原子碰撞，使汞原子激发到更高能级上，激发的汞原子从较高级上返回基态时，发出紫外线光子，紫外线光子激发泡壳内壁的荧光粉，由此产生可见光。
三、索莱卡电磁无极灯优势
广东顺祥节能照明科技有限公司研发生产的索莱卡电磁无极灯具有长寿命、节能、高光效、高显色性等特点。
产品经测试、各项指标符合相关标准，并通过国家赛宝总部EMC（电磁兼容）检测、中国强制性产品3C认证、ISO9000。
1、高效电磁无极灯具有以下优点：
（1）超长寿命采用高频电磁感应耦合方式激励发光，灯内没有灯丝和电极，使用时间可达6万小时以上，比普通节能寿命延长10倍；
（2）高效节能发光效率63LM/W，功率因数高达99%以上，减少无功消耗，比白炽灯节能80%，比高压汞灯高压钠灯节能50%；
（3）绿色环保采用固态汞齐和无铅玻璃，99%以上的材料可以回收，符合世界环保要求；
（4）高显色性显色指数大于80，呈现物体的自然颜色；
（5）色温可选从2700K～7000K，有多款彩色灯泡，光线柔和；
（6）无频闪在2.65MHZ的高频工作，能保护视力；
（7）光衰小2千小时光通维持率大于92%，2万小时光通维持率大于80%，6万小时光通维持率大于75%；
（8）工作温度和电压适应范围大在零下20℃至50℃和电压90V至250V的条件下，均可正常启动和工作。
2、实际应用节省电费：
A、1万平米工厂照明，每年节省电费可达4万元；
B、2000平方米办公室，每年节省电费可达4万元；
C、千米景观照明，每年节省电费可达10万元。
目前，索莱卡电磁无极灯已在北京钓鱼台国宾馆、中国外交部接待中心、广东中石化加油站、马鞍山钢铁厂、潮州市内各大工厂和部分路灯安装使用，并已销往国外。
四、顾客问题汇总
Q1.无极灯打破时有没有危险？
回答：
没有。
1.冷泡打破时，灯泡内的荧光粉有作特殊处理（添加粘合剂），所以即使灯泡打破也不会像荧光管一样起尘雾，对人体没有任何伤害；
2.热泡（点燃的灯泡）打破时，因没有普通灯丝的高温热，灯泡表面温度也小于100℃。
不含引起纸屑之类的易燃物品燃烧，用起来比其他灯要安全得多，几乎不用“防爆”。
Q2.不同瓦数的灯泡和电路可否互换？
回答：
不可以。
85W的灯泡要配接85W的高频发生器，因为电路和耦合器只有工作在设定的额定指标范围内才能发挥最佳的效能，这样对灯的寿命和稳定性都有好处。
Q3.使用你们的灯有什么需要注意的地方？
回答：
1.使用无极灯时必须安全接地。
2．在灯亮时或关灯五分钟内不要触摸光源，以免烫伤。
3．在产品出现异常时，只有专业电工才能执行维修。
4.使用前请您仔细阅读说明书。
Q4.无极灯工作时灯泡表面温度有多高？
回答：
以85W无极灯为例，灯泡的表面温度只有90℃左右，而普通的100W白炽灯工作时的表面温度会超过100℃,金卤灯和高压钠灯就更高，温度高达250℃以上。
Q5.电磁波辐射有多大？
对人体健康有没有影响？
无极灯是否有辐射？
回答：
1.无极灯的工作频率是2.65MHz。
而手机的工作频率是1880MHz，是无极灯的700倍。
电视机的工作频率是180-200MHz，是无极灯的70倍。
所以，无极灯的辐射问题可以忽略。
2.经权威部门检测，我们的无极灯产品电磁兼容符合国家标准：
GB17743-1999,同时还通过了欧盟EMC电磁兼容安全认证，从大量的实验结论和权威部门的检测报告表明，无极灯对于人体的健康没有任何影响。
3.公司的无极灯的电源全部采用屏蔽处理，严格控制干扰的外泄。
Q6.灯的外壳带电现象，对人身安全会不会构成威胁？
回答：
在没有接地的情况下，灯具金属部分带电是正常现象，我司的无极灯严格按照GB7000.1—2007／IEC60598—1：
2003的要求进行生产，完全符合国家标准对应符合国际标准，请放心使用我们的产品！
（灯具电源是来源于无极灯电子镇流器EMI电路的Y安规电容，Y安规电容是EMI电路中不可缺少的组成部分，容量一般为几百皮法～几千皮法之间，跨接于电源输入L、N与保护接地、热地与保护接地之间。
）
Q7.无极灯价格多少？
回答：
不报价，根据客户情况，次日可安排业务员登门拜访或邀请来厂参观。
Q8.灯为何那么贵？
回答：
从产品性价比角度回答
1.一间30平方米的办公室，正常使用2盏三栏式荧光灯，按36W/栏×3栏=108W/盏计算，每个办公室要耗费216W，而在相同亮度下只需一盏85W的无极灯就可以。
2.按照2千平方米的办公区域计算，每年可省下4万元的电费，这还不包括电线、光源更换、人工费等费用。
Q9.无极灯寿命6万小时，为何产品保用2年?
回答：
按照目前国际电子产品的保修标准，是一年，而我们的产品是保用2年。
Q10.节能多少？
回答：
比白炽灯节能80%，比汞钠灯节能50%，比普通节能灯节能50%。
Q11.为什么该灯比较刺眼？
回答：
这是因为该灯亮度高，所以才显得刺眼。
灯为何节能？
正是因为其亮度高，一盏无极灯的亮度就等于2个普通节能灯的亮度，凸显其高效节能的优势。
再者，该灯无频闪，不伤眼，在这灯光下工作或学习，不会造成眼睛疲劳，可以有效保护视力健康。
Q12.该灯有何优点？
回答：
6大优点
1.超长寿命因灯泡内无灯丝无电极，采用高频电磁耦合方式工作，使用寿命可长达6万小时，其寿命是荧光灯的10倍，是金卤灯和高压钠灯的12倍。
2.高效节能光效≥68LM/W,功率因素≥0.99,85W的无极灯的亮度相当于400W白炽灯，比白炽灯节能80﹪，比高压钠灯节能50﹪。
3.绿色环保通过国家EMC检测无电磁污染，同时灯光极其稳定，无闪烁，且高照度，低眩光，光色舒适，有利于视力健康。
4.高可靠性交直流两用；电压在90-265V范围内波动，环境温度在-20℃到+50℃照常稳定工作，无需维护照管，同时抗震性强。
5.瞬间启动由于采用高频电磁耦合方式工作，不存在普通汞灯、金卤灯、荧光灯启动的预热问题，启动和再启动可瞬间点亮。
6.高显色性显色性80以上，色温有2000-7000K供选择，并有五种颜色，光色柔和，接近日光，可较好与照明环境的气氛相协调，适合于不同场合要求的照明。
Q13.无极灯的原理？
回答：
无极灯是综合功率电子学、等离子体学、磁性材料学等理论开发出来的新一代照明产品。
通过电磁感应原理将电能耦合到灯内，使灯泡内的气体受激励，发生雪崩电离，形成等离子，等离子体受激原子返回基态时，辐射出紫外线，紫外线光子激发泡壳内壁的荧光粉，由此产生可见光。
Q14.高压钠灯和无极灯的对比？
回答：
1.色温低，高压钠灯的色温1950-2500K，属于暖色。
色温3300K以下是暖色，3300-5000K是中间。
5000K以上是冷色。
无极灯色温2000-7000K。
2.高压钠灯的使用寿命短。
高压钠灯使用寿命6000-8000小时。
无极灯使用寿命60000-100000小时。
3.高压钠灯在使用4000小时的流明维持率降为50% 以下。
无极灯在使用60000小时的流明维持率为75%。
4.高压钠灯是电热发光，正常使用温度达到300℃。
周围环境受到一定的印象，特别是一些使用空调的空间，会增加能耗。
无极灯在正常使用的温度是60℃。
Q15.LED和无极灯的对比。
回答：
1.LED灯的功率是由每个小单元叠加的，每个灯泡的功率是1W。
它的使用范围主要用于家庭、霓虹灯、广告灯等，主要是低功率应用。
而无极灯应用于大功率、使用时间长的地方，包括工厂、写字楼、办公楼、隧道、园林等。
2.LED使用低电压电源，供电电压在6-24V之间。
在电压转变容易出现问题。
无极灯供电电压在90-260V之间，比较稳定。
3.LED在使用4000小时的流明维持率降为50% 以下。
无极灯在使用60000小时的流明维持率为75%。
4.LED灯采用大功率（大于等于1瓦）灯珠时，发热很大，灯珠很烫，技术不过关，寿命较短，容易坏；只有小功率的灯珠比较成熟；无极灯主要应用大功率范围，发热比较小，技术过关，寿命长，但大于165W的有待开发。
Q16.高频无极灯与低频无极灯的对比。
回答：
1.低频无极灯（LVD）的工作频率在256KHz左右，泡体多以环型、矩型为主，外置耦合器，功率有20到400W。
因为泡体主要是环型、矩型，照度的有效利用低。
2.高频无极灯工作频率为2.65MHz以上，常规以玻璃球泡体为主，内置耦合器。
功率有85到165W，照度的有效利用率高。
Q17.有没有什么样板工程案例？
（其他地方是否有安装过？
）
回答：
目前产品逐步在国内打开市场，率先在国家钓鱼台国宾馆、中国外交部接待中心、马鞍山钢铁厂、中石油油站等应用。
潮州本地则有潮州滨江长廊、潮州医院、金山中学、潮州车站、潮州陶瓷城、潮州海关大楼、潮州党校、潮州检察院、潮汕公路延长线、枫溪如意路、彩塘不锈钢厂等项目工程都已安装使用中，市场反映良好，节能明显。
Q18.产品有通过那些认证？
回答：
产品先后通过国家电光源质量监督检测中心检测，国家强制性安全认证（3C认证），国家赛宝（总部）实验室EMC检测、欧盟CE认证、广州威凯检测技术研究高温测试、广东省产品质量监督检验中心检测，并申请多个国家发明专利和实用新型专利。
在二零零八年五月由省经贸委组织的新产品新技术鉴定会中，专家学者一致认为，该产品具有创新性，各项性能优越，节能显著，并“达到国际先进水平”。
Q19.为什么无极灯在照度（光通量）的测试比高压钠灯和金卤灯的实际指数低？
回答：
因为无极灯是三基色荧粉发光，高压钠灯和金卤灯是电热发光，两者的发光方式不同才产生测试时实际指数的偏差。
实际上无极灯的测试照度×2.3倍才是高压钠灯和金卤灯的对比指数。
现在又缺少权威机构的执行标准，就象LED一样,他们的测试结果跟我们一样。
但他们已经被消费者所接受，一款新的光源面世，在消费者的使用过程中会被证明的。
相信不久就有一套可以参考执行标准。
Q20、为什么公司现在没有生产大功率/小功率无极灯？
回答：
公司目前的主流产品是85W、125W和165W三款，公司在不断完善现有产品功能及产能的基础上，会根据市场需求开发其他规格的产品。
去年8月份我司已和中国科学光电研究院签署合作协议书，有中国科学光电研究院作为公司光电研发的有力后盾。
以后光电开发就能迎刃而解。
Q21、为什么公司现在的产能
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