片光源照明

片光源照明（精选7篇）

片光源照明 篇1

水面舰船在航行的过程中,由于受船体与波浪的冲击、螺旋桨的空化、船体表面与水介质的相互作用、气-液界面上气体的渗入等因素的影响,将在舰船尾部的海水中形成一条合有大量气泡的气泡幕带,通常称为气泡尾流.尾流会沿着舰船航行的方向延伸到船体长度的许多倍,一般可达数千米甚至数十千米[1,2,3].尾流中气泡的存在对舰船尾流的声学特性、光学特性、热力学特性等都将产生明显的影响. 利用尾流的物理特性来探测尾流,尾流中的气泡形状、大小、密度分布、扩展规律是探测尾流的基础.由于存在附加压强、浮力、介质的粘滞阻力以及压差阻力,还有不同温度、风力和光照下介质表面蒸发速率的影响,加之在运动过程中气泡的形变、分裂、结合、熄灭以及位移,每个气泡的运动规律和衰减情况大不相同,这给准确测量气泡的尺度分布带来了很大的困难[4,5].

文章研究了舰船尾流分布特性规律,分析了采用图像法测量舰船尾流气泡参数的关键技术点,提出了片光源照明、高速摄影技术结合的尾流气泡群测量方法.采用空气泵产生压缩空气,并通过微孔陶瓷管释放的方法建立了水中气泡产生及控制平台,系统通过调节空压泵气压,产生不同大小、密度、运动速度的气泡源,并采用片光源、短曝光时间(最小曝光时间为14 μs)高速相机对不同气泡源进行了测量分析.结果表明:采用片光源照明、CCD照相技术可对气泡群进行清晰成像,空压泵的压力的调节可获取不同尺寸、密度、运动速度的气泡源.

1 表征尾流气泡特性的理论模型

舰船尾流的几何形状取决于舰船的类型、航速和海况等,但是尾流稠密的气泡云是所有舰船尾流的共同特征.从远处观察,舰船的尾流呈窄V形,在舰首产生的大量泡沫远不及螺旋桨产生的泡沫看上去更明显.舰船尾流的长度、宽度、深度随着时间、空间变化,表征尾流气泡的主要参数有:(1)气泡的运动速度和尺寸变化;(2)气泡的分布及数密度变化;(3)气泡尾流的几何特性.

由于流体中气泡的运动是一个非常复杂的物理过程,在其运动过程中,包含了压缩性、粘性、表面张力、热传导、气体扩散和热力学效应等多项耦合过程,具有很强的非线性和非定常性.在假定:(1)舰船尾流中气泡周围的流场为静止流场;(2)气泡在运动过程中保持球形;(3)泡内气体保持恒温状态等条件下,气泡在水中作浮升运动时,满足气泡运动平衡方程,即

$m{}_b\frac{\text{d}U{}_b}{\text{d}t}=F{}_g+F{}_b+F{}_d+F{}_A+F{}_B(1)$

式中,mb为泡内气体质量;Ub为气泡上浮速度;CD为气泡运动的阻力系数;FA为虚拟质量力;FB为气泡所受到的Basset力;Fd为运动阻力;Fb为气泡在水中运动时的浮力;Fg为气泡重力.由于泡内气体质量mb很小,因此相对于虚拟质量力FA而言,气泡本身的惯性质量力mbdUb/dt可忽略不计.

气泡上浮速度方程如下[6,7]

$\frac{\text{d}U{}_b}{\text{d}t}=\frac{(\rho {}_f-\rho {}_g)g}{\rho {}_f{\rm K}{}_m}-\frac{3U{}_b{}^2}{8R{\rm K}{}_m}C{}_D-\frac{3{\rm K}{}_B\sqrt{\mu {}_f/\text{π}\rho {}_f}}{4R{\rm K}{}_m}$

∫${}_0^t$$\frac{\text{d}U{}_b}{\text{d}\tau }\frac{\text{d}\tau }{\sqrt{t-\tau }}(2)$

当dUb/dt=0时,即气泡匀速上浮运动时,FA=FB=0,可得到气泡在水中匀速上浮时的速度为

$U{}_b=\sqrt{\frac{8}{3}\frac{Rg(\rho {}_f-\rho {}_g)}{\rho {}_{f}C{}_D}}(3)$

对于气泡的径向运动,气泡在静止流体中运动时,其半径的变化受到流体静压力、气泡表面张力、气泡表面的气体扩散率、流体中溶解气体的浓度等因素的影响.

假定在气泡的上升运动过程中,泡内气体保持等温状态

$\frac{\text{d}R}{\text{d}t}=\frac{R}{3}\left(\frac{\text{d}n}{n\text{d}t}-\frac{\text{d}{\rm P}}{p\text{d}t}\right)(4)$

式中,dR/dt为气泡半径随时间的变化量,dn/dt反映了泡内气体摩尔数随时间的变化量,dP/dt反映了流体静压力和气泡表面张力随时间的变化量.

将泡内气体扩散方程与泡内压力方程分别化简得气泡半径随时间的变化方程

$\frac{\text{d}R}{\text{d}t}=\frac{3i{\rm T}RW(C{}_a-C{}_s)+\rho {}_{f}gV{}_{z}R{}^2}{3R{\rm P}{}_0-3R\rho {}_{f}gz+4\sigma }(5)$

2 水中透明气泡群粒子照明成像测量的难点

由于尾流气泡幕处于不断的运动过程中,包括气泡的产生、形变、分裂、消亡及位移,并且气泡又具有透明性,因此气泡尺寸的测量一直是一个较难解决的问题.长期以来对尾流场参数的测试多是采用声学手段进行宏观参数的测量,作为最直观、最精确的尾流场的光学摄影照相技术一直未能得到很好的发展.光学成像尾流气泡测量的难点在于:(1)气泡尺寸是大动态范围(从μm级至mm级),对光学望远、CCD分辨能力要求高.(2)气泡场为透明的群粒子、照明光束在气泡群中发生极其复杂的多次Mie散射,见图1所示.(3)海水对照明光束的强散射、湍流、海水波浪、海水中悬浮物、杂质等强背景干扰影响,见图2.(4)对于水气两相流而言,气泡与水自身都是透明的,气泡与水的交界面对光线的反射明、暗层次多,另外由于运动的关系,气泡具有幅度和频率都较大的不规则变化,所以拍摄的气泡照片往往难以区分水和气泡的边界.

针对尾流气泡分布的大动态范围及气泡群散射光对成像的叠加干扰,在实验设计中考虑了以下几点事项:(1)针对拍摄气泡粒子的大动态范围, 采用多级自动调焦的光学望远以及高灵敏、短曝光、高分辨的CCD成像器件.(2)针对气泡场为透明的群粒子,海水及气泡的多次散射问题,照明光束采用多级步进式片光照明,控制照明片光束位置、厚度与像机焦距、景深的相对空间位置,使得照明光束只在像机景深内,避免周围气泡粒子、海水散射光的干扰.(3)针对海水的强散射问题,调节照明光束脉冲宽度、频率与像机的感光灵敏度、快门时间(曝光时间)、摄影帧率一致,通过高精度的时钟控制器控制照明光束发射与像机曝光的一致性.(4)针对海水中悬浮物、杂质粒子干扰问题,在软件上采用图像滤波、识别的方法进行处理.

3 水下气泡参数图像测量实验

3.1 实验系统设计

整个测量系统的示意如图3.系统由脉冲激光器、望远镜、柱面镜、反射镜、光学位移架、光栅、CCD摄像头、录像机等器件组成.脉冲激光器产生高能量脉冲激光,充当光源照亮测量区域.每个激光脉冲延迟的时间相当短,只有纳秒量级,在这样短的时间内,本次试验中气泡运动的距离相当短,这就保证了每次气泡的图像不会是迹线.试验中通过调整望远镜和光栅,片光厚度可调.其实际厚度,可以采用标靶的方式进行标定.

由于气泡运动过程的瞬态性,在调整摄像机的焦距时较为复杂.在研究中,分为粗/精两步调整.第一步粗调整时放置一标尺于气泡幕附近,通过观察标尺的清晰度来初步判断气泡幕是否位于摄像机镜头的景深内,第二步精调整时,通过实测后观测气泡的清晰度进行调整.

在片光源照明成像系统中,被照亮的流场仅仅是一个平面,该平面片光的厚度可以调置到1 mm以下.片光照亮带状气幕中的一个平面,采用暗室遮光操作可使获得的图像仅是片光面内的气泡图像,这样可避免气泡图像层叠,使定量化测试气幕中气泡的尺度和数量得以实现.

由于成像系统景深的存在,在成像过程中离焦气泡必然会对成像过程产生影响,进而影响到后期图像的处理和气泡密度和大小测算的准确性.采用扩束镜和柱面透镜的光束变换系统,获得面光源照明模拟尾流气泡群.这样处理后,激光对气泡群的照明区域就由空间体积形状变为片状,即只照明一个很窄的区域内的气泡,使照明区域都很好地处于成像系统的景深之内,使照明面上的气泡都能在相机的焦面清晰成像,方便了后期的处理和气泡密度和大小分布的测定.

3.2 气泡图像测量结果

典型的不同气压下气泡的运动图像如图4所示.

3.3 气泡图像测量的理论模型

用照相技术研究气泡,具有直观、费用低等特点, 配合图像处理技术可获得较为详细的关于气泡的参数.本节研究了用图像边缘提取技术提取气泡轮廓,并统计计算气泡区域像素,进而得到气泡外形尺度,实验结果表明,该方法得到的气泡尺寸具有较高的准确度.在采用阈值方法分割灰度图像一般基于一定的图像模型,最常用的模型可描述如下:假设图像由具有单峰灰度的目标和背景组成,处于目标或背景内部相邻像素间的灰度值是高度相关的,处于目标和背景交界处两边的像素在灰度值上有很大的差别.

尾流气泡的图像如图5所示,其灰度直方图如图6所示.通过直方图可以看出,该图像可看作分别对应目标(气泡)和背景的2个单峰值直方图混合构成,这表明气泡的图像可采用阈值方法进行分割.

图像的灰度边缘是图像灰度值不连续或突变的结果,目标的边界是可通过求取图像灰度变化的导数来确定,导数可用微分算子来计算[8],在研究中,对气泡图像的阈值分割就是通过拉普拉斯算子进行的.

Laplacian算子是一种二阶导数算子对一幅图像f(x,y), 它在图像中位置(x, y)的拉普拉斯值定义如下

$\nabla {}^{2}f=\frac{\partial {}^{2}f}{\partial x{}^2}+\frac{\partial {}^{2}f}{\partial y{}^2}(1)$

在对气泡图像进行分割时,由于Laplacian算子对噪声比较敏感,为减小噪声影响,对待分割图像进行平滑后再运用Laplacian算子.

具有正态分布的平滑函数可定义如下

$h(x,y)=\exp (-\frac{x{}^2+y{}^2}{2\sigma {}^2})(2)$

其中,σ是高斯分布的均方差,对待分割图像的平滑结果为

g(x,y)=h(x,y)⨂f(x,y) (3)

式(3)中,⨂代表卷积.令r是图像中像素点距离原点的距离,r2=x2+y2.

对平滑后激光气泡图像运用拉普拉斯算子可得

$\begin{array}{l}\nabla {}^{2}g=\nabla {}^2(h(x,y)\otimes f(x,y))=(\frac{r{}^2-\sigma {}^2}{\sigma {}^4})\exp \\ (-\frac{r{}^2}{2\sigma {}^2})\otimes f(x,y)(4)\end{array}$

利用二阶导数算子过零点的性质可确定图像中阶梯状边缘的位置.图7是对气泡图像利用拉普拉斯算子进行分割后的结果.

从气泡的分割图像中,可通过计算边缘像素点的位置,进而得到气泡直径及气泡面积所占的像素,通过像素尺寸标定,可将气泡图像像素大小转化为气泡的实际尺寸.

像素尺寸的标定原理如下:在气泡中心处放置一标尺,在与对气泡相同参数下对标尺成像,取标尺3个1 cm距离标记像素点的坐标,分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3), 1 cm所占像素个数为

$\begin{array}{l}{\rm P}ixel=\frac{\sqrt{(x{}_1-x{}_2){}^2+(y{}_1-y{}_2){}^2}+\sqrt{(x{}_2-x{}_3){}^2+(y{}_2-y{}_3){}^2}}{2}\\ (5)\end{array}$

则单个像素所占的实际尺寸为

$L=\frac{10{}^4}{{\rm P}ixel}\text{μ}\text{m}(6)$

对气泡图像序列进行分割识别处理后,可计算得到气泡的实际尺寸大小.

3.4 气泡群参数的计算

由于对气泡图像测量系统设计中,采用了片光源照明的方式,避免了气泡图像层的叠加,可获取较清晰的图像源,便于进一步的图像识别、计算处理.依据3.3节的理论模型,对不同气压下获得的气泡图像进行滤波、边缘提取、计算,可得到气泡的对应尺寸、速度等参数.对图4所示图像进行处理,得到的二值化后的气泡图像见图8.从图8中可以看出,气泡的边界、尺寸等特征已经分辨得非常清晰,根据获取的气泡图像尺寸与实际尺寸的变化关系(式5)可计算不同气压、不同气泡的尺寸分布.

由不同气压下获得的气泡系列图像,经过图像处理,就可以得到气泡大小,数密度等有关参数.获得的单位面积上的气泡数密度与空气泵的变化关系见图9 所示.图9中的“·”点表示在一个固定气泵压力下单位面积内的气泡数量.

不同气压下获得的不同大小尺寸的气泡分布强度见图10.

由实验数据分析可以看出,通过微孔陶瓷棒获得模拟尾流气泡具有以下特征:(1)在低气压下,气泡外形维持较规则的圆球形,在气压较大情况下,气泡形状较为复杂,为非规则的球形泡.这与实际尾流中气泡外形的分布是一致的.(2)当气泵压力较小时,导致水槽中的陶瓷管出口气压较弱,气泡产生过程较为平缓,气泡群空间范围有限,气泡密度较小.当气泵压力很大时,陶瓷管产生水下气泡的过程非常剧烈,会产生直径很大的气泡(可达3 mm),同时这些大气泡在上升过程中容易破裂,形成直径很小的气泡,这也就是阀压很大时气泡直径分布很广的一个原因,而且由于产生大气泡过程占用了较多的泵压资源(这时气泵也接近饱和工作状态),导致水下气泡的数密度很小.当气泵工作在中等压力时,陶瓷管出气非常平稳,产生气泡过程非常流畅,因此气泡数密度较大.从统计数据曲线可以看到,气泡直径越大,相应的数密度就会减小;空气泵工作在最佳状态附近时,气泡大小分布均匀,气泡数密度最大.(3)采用片光源照明是获得清晰气泡图像的关键要素.

4 结 论

(1)采用片光源照明、CCD照相技术是研究舰船尾流气泡特征的非常好的手段;

(2)对水中群气泡的成像测量,其照明光源、CCD摄影帧率、曝光时间是系统的关键要素;采用片光源照明CCD成像器件景深内的气泡,可有效地避免群气泡成像的重叠,进而获取清晰的气泡图像;

(3)采用微孔陶瓷棒、空压泵结合的方法是实验室条件下模拟舰船尾流气泡非常好的手段,空压泵压力的调节可获取不同尺寸、密度、运动速度的气泡源;

(4)利用片光源照明成像的手段初步确定了水下气泡群参数和阀压的关系,为实验室的模拟尾流实验提供了一定的参考标准.

参考文献

[1]石晟玮,蒋兴舟,石敏,等.舰船尾流气泡运动特性研究[J].武汉理工大学学报,2007,31(5):764-767.

[2]张建生,吕青,孙传东,等.高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究[J].光子学报,2000,29(10):952-955.

[3]纪延俊,何俊华,陈良益.气泡的散射光与气泡尺寸分布[J].激光技术,2004,28(4):414-416.

[4]刘慧开.舰船尾流气泡的运动及其激光散射特性研究[D].武汉:海军工程大学,2003.

[5]宁辉,杨,唐远河,等.基于PI V技术的水中气泡的拍摄与用光技巧[J].纺织高校基础科学学报,2005,18(4):356-358.

[6]马治国.水下气泡幕光散射特性研究[D].武汉:海军工程大学,2008.

[7]石晟玮.后向散射式激光尾流探测技术研究[D].武汉:海军工程大学,2008.

[8]王庆有.CCD应用技术[M].天津:天津大学出版社,2002.

《光源与照明》征订启事 篇2

《光源与照明》1978年创刊,为国家正式出版物,国内统一刊号:CN31-1519/TB,发行范围为国内从事照明领域的设计研究院所、高等院校、光源、灯具、电器、照明工程及照明材料、设备等单位及个人。

《光源与照明》为季刊,季末出版,大16开(A4)每期定价:7.50元、(含邮资)全年四期、合计:30元。

欢迎您订阅。望给予我们杂志提出宝贵意见和建议,并欢迎来稿。

订本刊请直接到当地邮局办理订购手续、邮发代号:4-747、也可汇款至:

上海市闵行区江月路900号2号楼402室

上海市照明学会杂志编辑部邮编:201114

联系电话:(021)54337209

《光源与照明》征订启事 篇3

《光源与照明》1978年创刊,为国家正式出版物,国内统一刊号:CN31-1519/TB,发行范围为国内从事照明领域的设计研究院所、高等院校、光源、灯具、电器、照明工程及照明材料、设备等单位及个人。

《光源与照明》为季刊,季末出版,大16开(A4)每期定价:7.50元,(含邮资)全年四期、合计:30元。

欢迎您订阅。望给予我们杂志提出宝贵意见和建议,并欢迎来稿。

订本刊请直接到当地邮局办理订购手续、邮发代号:4-747、也可汇款至:

上海市闵行区江月路900号2号楼402室

上海市照明学会杂志编辑部邮编:201114

联系电话:(021)54337209

传真:(021)54337209

城市道路照明光源的选用 篇4

1 各种光源的工作原理

(1) 高压钠灯是弧光放电的灯泡, 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液钠汞气受热蒸发成为汞蒸汽和钠蒸汽, 阴极发射的电子在向阳极运动过程中, 撞击放电物质的原子, 使其获得能量产生电离或激发, 然后由激发态回复到基态, 或由电离态变为激发态, 再回到基态无限循环, 此时多余的能量以光辐射的形式释放, 便产生了光。

(2) 金卤灯是在汞和稀有金属的卤化物混合蒸汽中产生电弧放电发光的放电灯, 它是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源。

(3) 节能荧光灯是指将荧光灯和镇流器组成一个整体的照明设备。主要是通过镇流器给灯管灯丝加热, 高温达到一定程度时, 灯丝开始发射电子碰撞氩原子, 氩原子碰撞后获得能量又撞击汞原子, 在吸收能量后, 产生电离, 发出紫外线激发荧光粉发光。

(4) LED灯即发光二极管, 其核心是一个半导体的晶片, 晶片的一端附在一个支架上, 一端是负极, 另一端连接电源的正极, 当电流作用于此晶片的时候, 电子被推向PN结的P区, 在P区里跟空穴复合, 然后以光的形式发出能量。

(5) 无极灯是由高频发生器产生高频电能, 通过耦合器线圈在放电腔 (灯泡) 中感应交变磁场, 反过来又诱发电场, 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, 发生紫外线光子, 激发泡壳内壁的荧光粉, 产生可见光。

综上所述, 各种光源都应用了功率电子学、等离子体学、磁性材料学等现代电子理论, 但相对而言, 无极灯的原理最为先进和复杂。

2 性能参数比较

(1) 光效:是节能意义的主要参数, 上述几种光源都是节能的产品, 具体描述如下:高压钠灯80~140 lm/W, 金卤灯65~130lm/W, 节能荧光灯45lm/W, LED灯50~80lm/W, 无极灯65 lm/W。从资料数字对比, 高压钠灯节能意义最为明显。

(2) 显色指数:几种光源的显色指数都比较理想, 其中高压钠灯70~80, 金卤灯65~95, 节能荧光灯80, LED灯75~80, 无极灯80。从显色指数比较上列各种光源无优劣之分。

(3) 色温:越高代表光色越白越亮:高压钠灯2000K, 金卤灯4000K, 节能荧光灯2700~7000K, LED灯3500~10000K, 无极灯2700~6500K。实际应用中, 金卤灯被认为是能够发出不耀眼但明亮的金白色光源。

(4) 使用寿命:高压钠灯20000小时, 金卤灯5000~20000小时, 节能荧光灯8000小时, LED灯80000小时, 无极灯60000小时。目前普遍认为LED灯寿命最长。

(5) 环保:高压钠灯、金卤灯、节能荧光灯, 灯内均含有汞蒸汽, 制灯注汞时, 会造成对生产环境的污染, 有损工人健康。电弧管排气时, 有微量汞蒸汽排出, 处理不当, 会排入大气。灯破损会对环境产生污染。LED灯无汞, 无极灯汞不会蒸发, 是绿色环保光源。

(6) 价格:节能荧光灯价格最低, 其次是高压钠灯, 再就是无极灯, LED灯最贵。

3 各类光源的优缺点

优点:高压钠灯透雾能力特强, 不诱虫;金卤灯金白色光, 最接近太阳光;节能荧光灯价格最低;LED灯寿命最长, 无污染, 发展前景最好;无极灯电压适用范围大。

缺点:高压钠灯无明显缺点;金卤灯熄灭需3~5分钟才能开启, 电压波动较大时, 会熄灭以致不能重新启动;节能荧光灯寿命最短, 易损坏造成污染;LED灯价格最贵;无极灯无突出缺点。

4 结束语

片光源照明 篇5

传统的路灯光源采用高压钠灯, 因其全向光源的特点, 使路面存在照度分布不均、被照物体颜色失真、眩光严重、寿命短、维修率高等缺点, 整体光效较低。白光LED的特点正好弥补了这些缺点, 作为一种弱电发光器件、在信号指示应用中已经成为一种成熟的电光源。LED灯具定向照明的特点适应路灯照明 (包括景观照明) 对于照度均匀分布的要求。其发光效率高, 并具有生产成本低、器件性能稳定、高效、节能、长寿命、显色指数较好等优点, 为下一代新型路灯的发展提供了一次变革契机。

1 LED应用于路灯照明的两个关键问题

目前, LED应用于路灯照明的关键问题在于如何提高发光效率和如何提高器件总的光通量两个方面, 国内外研究开发LED的公司和科研机构多数把研究重点对芯片及其封装技术的研究作为研发突破口。现在, 顶级白光功率LED可以达到接近1001 m/W的效率, 而且能够发出701 m/W的可用光输出。台湾大功率LED封装制造商艾迪森 (Edison Opto) 公司的Edixeon大功率KLC8系列整合了艾迪森最先进的封装技术, 在1A驱动电流下光通量为2501 m, 350 mA下光效为1001 m/W, 且寿命超过5万小时。Cree公司推出了基于EZBrightTM1000芯片的1601 m白光大功率LED。Lt本LED芯片制造商日亚 (Nichia) 采用MOCVD法制备出的芯片光通量达1061 m (350 mA) , 与30 W白炽灯的总光通量相当。首尔半导体单芯片白光LED在350 mA下典型光效为1001 m/W。LED芯片供应商普瑞斯光电推出BSV系列侧面出光LED芯片, 封装后的白光LED的典型光强值为1 500 mcd。清华大学集成光电子学国家重点实验室于2008年初, 在LED路灯的光学系统和散热结构上取得重大突破, 研制了高光提取效率、矩形均匀照度分布的功率型LED封装光学系统。经测试, 单颗功率型白光LED比目前道路使用的高压钠灯综合节能达60%以上。 这是在LED路灯装配制造技术方面的重大进展, 这种新型照明产品已成功应用于道路照明中, 取得了较好的节能和照明效果。据测算, 如果全国的道路照明均采用高效、新型LED路灯, 则每年可以节省4.2×109 Kwh的电能。

2 LED在路灯照明应用中的发展方向

如果从改变路灯照明布局和现有模式上去适应LED固有的特点, 可以为LED在路灯照明中开辟更广阔的路径, 也可以有效地解决在LED封装和大功率化上遇到的散热、材料和封装后的有效透光、合理分配光源的瓶颈问题。表现在4个方面:

2.1 用点光源代替面光源

改变把LED光源制作成完全等效于现有路灯热辐射光源的传统思路, “试图把许多小的半导体集中在一起完成光通量的实现”束缚了LED的户外照明应用;可以发挥半导体器件体积小、每件能耗小的优势, 用分散的群体 (点光源) 实现集中照明 (面光源) 的目标。

2.2 光源带状布置替代分段布置

改变路灯的灯具布置模式, 取消灯杆式分段集中灯具的照明方式, 采用悬挂式光带或者埋地式透光光带的照明敷设方式。也即用带状点光源替代分段布置的热辐射光源。

2.3 弱电电源替代强电电源

改变路灯的供电方式, 变传统的强电电源为适合单个器件的LED电光源。也即按照单个LED光源的电源需要设计供电和配电的电源和方式, 而不是以LED光源去适应现有的路灯电源。

2.4 改变控制模式

利用LED定向照明的特点, 通过布置不同的LED光照方向的方法满足局部和整体照明的调节需求。

参考文献

[1]王军.大功率区域照明LED驱动电源设计与研究[J].轻工科技, 2012 (7) .

[2]张云鹏.LED在道路照明中的应用[J].农村电气化, 2012 (7) .

[3]冉井旺, 李峰, 陈宏.LED照明灯具在烟草行业节能改造中的应用[J].灯与照明, 2012 (2) .

[4]高南, 刘伟区, 闫振龙, 等.功率型LED封装用高分子材料的研究进展[J].广州化学, 2012 (2) .

片光源照明 篇6

LED (Light Emitting Diode) 又称发光二极管, 它是利用固体半导体芯片作为发光材料, 当两端加上正向电压, 半导体中载流子发生复合, 放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。LED固态照明带来的第三次照明领域的革命, 将成为最有效的节能和环保手段, 将通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高人类的生活质量。

2003年6月, 在照明领域, 我国由科技部在“863”计划的支持下, 及时启动了“国家半导体照明工程”。2004年4月, 科技部确定工作重点———发展新型照明行业, 并确定福建厦门、上海、大连和江西南昌为首批四个国家半导体照明产业基地。通过“863”计划等科技计划的支持, 我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备到器件封装集成应用的比较完整的产业链。中国科学院院士郑有在中国 (南昌) 半导体照明产业发展论坛上指出, 作为新型照明技术, LED以其应用灵活、绿色环保、调节方便等诸多优点, 将引发一次照明领域的革命。

半导体照明应用于城市景观照明的优特点:

1效率高:

LED发光效率并不高, 但LED的光谱几乎全部集中于可见光频段。而且单色性好, 无需过滤可直接发出有色可见光, 光色很纯。光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%;

2能耗少:

LED功率一般在0.03-1w, 通过集群方式可以满足各种造型的需要, 由于其光谱中无紫外线, 故无热量, 无辐射损失。需要彩色光时其固有的色彩又避免了白光经过滤色的费时费力和耗能。不会形成光污染, 是真正的绿色光源;

2.1安全可靠:

LED单体工作电压1.5-5V之间, 工作电流2-70m A之间, 人体接触无危险。灯体环氧树脂封装, 抗机械冲击、震动能力较强且无汞、钠等有害物质, 可回收。

3 方便管理:

LED光源由于有上述特点, 可以集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光, 不同光色组合以调色, 加上控制电路以达到多种动态变化效果。其长达10万小时以上的寿命更是减少了城市景观照明的维护工作量。

4 社会经济效益:

与传统的照明工具相比, LED照明产品, 尤其是氮化镓基白光LED照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件, 在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性, 足以对传统光源市场造成巨大冲击。随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿、白光LED的问世, LED照明工具将逐步替代白炽灯和荧光灯, 成为照明行业的主流产品。LED照明产业难度和风险都大大低于微电子产业, 能够发挥我国的比较优势。特别是位于产业链下游的芯片封装和照明系统产业, 既是一个技术密集型产业, 又是一个劳动密集型产业, 能够充分发挥我国人力资源带动相关产业。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度, 其中若能有1/3采用半导体照明, 每年就可节电80亿度左右, 基本上相当于三峡电站的年发电量。

原科技部有关领导提出, 要以2008年北京奥运和2010年上海世博会的契机, 推动半导体在城市景观照明的应用。半导体照明产业化具有重大的社会效益, 同时具有刻不容缓的紧迫感和必要性。作为照明设施管理部门, 我们配合市政府改造城市, 美化亮化的同时配合国家半导体产业基地的建设, 较早地发展和推广了半导体产品在城市景观照明中的应用。部分光环境科技发展公司把灯光与具有文化内涵, 地域特色的雕塑有机结合起来, 形成一种独特的城市灯光艺术“灯光雕塑”。它采用有机半透板, 透体玻璃钢等作框架, 集群LED灯做主光源, 利用微电脑控制等技术使作品绚烂多彩、变幻迷人, 成为城市夜景照明的点睛之作。

经过10多年的努力, 大庆市在半导体发光材料与器件科研和产业化取得了长足进步, 在产业、研发和人才方面具备一定优势, 在国内占有重要地位。其上游外延材料、中游芯片制造、下游器件封装及应用产品等均实现了规模化生产, 品种涵盖了红外、红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、白光LED等产品, 具备了进一步大规模生产和向高档产品发展的基础。其中江西联创公司的上游和中游产品规模为中国大陆最大企业, 南昌大学在半导体发光材料科研方面亦处于国内领先地位。近期, 科技部在全国范围内进行了调研论证, 江西位列全国四个半导体发光材料与器件产业链相对完整的产业区域之一。

于是2004年底我们又和江西联创光电科技股份有限公司合作, 高起点、前瞻性的在南昌玉带河的景观照明工程中大面积推广采用了LED照明。

大庆市黎明河原名东二排污干渠, 是五十年代人工开挖而成的。2000年开始大庆市政府斥巨资进行综合改造, 黎明河除了排水功能外还具备了景观功能。其间中国园林艺术于西方园林造景相互融合, 滨水步道、亲水平台、休闲绿地、景观林木, 水景交织成为人们观光休憩的又一场所。而且黎明河如穿城项链把大庆城内的萨北湖、北湖、兰德湖、滨洲湖、黎明湖、三永湖等水贯通激活。2002年黎明河全面实行亮化, 让夜晚的黎明河如银河落波, 重塑了城市的水景环境。黎明河亮化设计注重传统与现代相结合, 选用“绿色照明”方式, 以白色为主基调, 两岸交叉五层次布灯。在灯光的引导下让游人有移步易景的感觉。LED灯主要用应用于沿河轮廓, 8座桥梁亮化, 两隧道装点, 采用“一段一光色, 一桥一景观、一隧道一特色的”方式布局。在以白色为主光色的基调下, 通过LED灯的串灯, 线灯, 组群等方式, 利用半导体光源本身具有的配光特性变幻出“汉瓦流光”, “梦入江南”, “斜阳烟明”, “玉带映象”等灯光主题。形成“共享性, 开放性, 人文性, 艺术性”的沿河空间, 激活了景观资源, 提升了水岸区域价值。

但同时我们看到目前LED的价格普遍高于普通白炽灯和荧光灯, 而且大功率型LED器件获得高光通量的最大障碍依旧是芯片的取光方式和高发光效率封装结构的设计。这些都尚需要研究单位和生产厂家靠规模生产来降低成本和技术创新来解决。目前半导体发光技术的瓶颈似乎都集中在芯片制造和器件封装上, 但从长远来看, 新材料的开发是重中之重。半导体照明走向普及虽然不是件遥远的事情, 乐观者认为是5年, 不乐观者认为15年。但我们近期的发展目标应该是特种照明, 如景观照明、装饰灯等领域。作为城市照明设计和管理部门, 我们愿第四代光源———半导体 (LED) , 能早日成为我们城市景观照明的主流产品, 并早日取代路灯建设和维护中大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源, 为大家的夜晚添光增辉。

结束语

人类对于色彩的心理反应, 是相当复杂的。在照明设计的过程中, 对色彩的三个基本方面, 即色相、明度、彩度三个方面, 应结合起来, 综合考虑总体的照明色彩效果。此外, 本文更多的是讨论了色彩心理的共性, 没有涉及到不同文化背景下的不同色彩心理效应。其实不同的文化背景, 对色彩的感知是存在很大差异的, 在设计的过程中也应该具体问题具体分析, 避免使用一些尴尬的色彩。

摘要：城市照明是一门科学, 是一种文化, 是一项艺术。城市照明体现一个城市的形象, 代表一个城市的文化, 反映一个城市的科学管理, 是一项社会系统工程, 管理好城市照明工作, 为人民造福, 促进城市可持续发展, 是各级城市建设主管部门不可推卸的社会责任。

片光源照明 篇7

1 LED光源的特点

LED使用的发光材质是固体半导体芯片, 并在其中经由载流子作用而释放出多余的能量, 从而造成光子发射, 散发出白、黄、红等多种颜色的光, 被誉为新一代的照明光源, 是照明史上的一大进步。同时LED光源还具有节能、环保、使用寿命长等多种特点和优势。

2 LED光源的优势

2.1 节能

LED光源与相同光效的白炽灯相比其节能效果要高出百分之八十, 而与相同光效的节能灯相比其节能效果要高出百分之五十。假如按照2010年我国照明用电的标准算, 即五千亿度, 那么将LED光源用于照明系统中每年我国将能节约超过两千亿度的电能。图形比较

2.2 环保

LED光源和传统的照明灯具相比, LED灯具有较高的光率, 且没有汞和钠等有毒物质, 因此, 能很好的避免对环境的危害, 是一种绿色能源。

2.3 寿命长

LED光源和传统照明灯具相比LED光源的使用寿命更长, 长达五万小时到十万小时之间, 至少是传统照明灯具使用寿命十倍, 使用寿命的增长不仅能有效的对资源进行节约, 同时还能有效的降低灯具造成的环境污染现象。

2.4 显色性好

LED光源和传统的照明光源相比LED等散发出的光源的显色性能更加良好, 颜色更加纯正。比如, 通常情况下白光LED的显色指数为六十五到八十之间, 而高压钠灯则为二十上下。LED等散发出的光源与白色更加相近, 因此, 使物体能更好的显示出其本身。

2.5 响应速度快

LED光源常常被用作汽车的信号灯, 和传统的照明光源相比LED具有较快的反应速度, 而灵敏反应速度能有效的降低交通事故的发生率。

2.6 应用灵活

LED光源能够以红色、蓝色、绿色等为基础, 以具体的需求为依据, 设置出多种不同样式的图案。同时LED还有效的达到了平滑的连续调光的效果, 从而可以灵活的对LED的亮度进行调整。

3 LED的应用

3.1 路灯照明

路灯照明是现代城市中常用的照明形式, LED光源的应用在发挥照明作用的同时还能有效的对城市进行美化。现阶段我国的路灯照明对电能的消耗量占据了总用电量的百分之三十, 由此可知对路灯照明进行有效地节能有着很大的发展空间。

LED灯具具有均匀的照明度, 同时其使用率也能达到百分之百, 而且还具有节能环保、使用寿命长等多种优势, 因此将LED灯具应用在路灯照明领域也是一种必然现象。

3.2 办公照明

近些年来, 随着我国经济水平的极大提升人们的生活质量也有了极大的改善, 通常情况下我们使用的办公照明灯具都是传统的日光灯, 而与之相比LED灯具具有使用寿命长、安全性能高、产生光衰现象低等多种优势, 其运行过程中使用的是低压电, 安全性能相对较高, 而且其每工作两千个小时产生的光衰现象还不到百分之三, 因此, 将LED能源应用在办公照明中能有效的达到节约用电的效果。

3.3 LCD背光

现阶段LED已经大范围的被应用在LCD的背光领域, 比如电脑、手机、电视等等都是使用的LED光源。相较于传统的光源, LED光源具有很强的抗震性, 而且有颜色丰富、响应快、亮度调整灵活、无干扰等优势。

摘要：随着社会的不断发展, 我国的经济水平得到了迅猛的发展, 人们的生活质量也随之得到了很大的提高, 逐渐开始追求高品质的生活, 而其很大程度是建立在能源消耗的基础上的, 尤其是对电能的消耗。面对着资源紧缺的现状, 节能环保必然成为国际关注的重点。LED光源就是基于这种需求而诞生的。其作为一种绿色能源被广泛的应用于日常生产生活的各个方面, 文章深入的分析了LED光源的优势及其应用。

关键词：LED光源特点,功能照明,优势和低碳节能

参考文献

[1]刘磊实;冀晓健.LED光源在城市道路功能照明中的试验与分析[J].照明工程学报, 2008, 3 (4) :89-91.

[2]申南.LED光源在长庆油田地面工程中的应用分析[J].低碳世界, 2013, 8 (3) :38-41.