Люминесцирующие источники света? Люминесцентные источники излучения

К источникам света относятся: газоразрядные лампы, лампы накаливания и другие.

В люминесцентной трубке свет возникает в результате лектрического разряда в определенной, специально приготовленной среде.

Срок службы люминесцентных трубок чехословацкого производства составляет около 3000 ч, зарубежного производства-около 8000 ч, а некоторых - даже до 12 000 ч. (ЭТи величины справедливы при включении трубок после 15 ч.) В процессе эксплуатации световой поток трубки уменьшается на 30% (у ламп накаливания - на 10%). Свет трубки может быть неестественным и холодным, если его интенсивность очень мала по отношению к цвету света. Трубки типа D (дневные) пригодны только там, где требуется интенсивность освещения более 500 лк, трубки Б (белые) - для интенсивности освещения не менее 200 лк, для достижения меньших величин освещенности можно использовать трубки с розовым, желтоватым светом (например, типа Tungstram Warm - White) или лампы накаливания.

Люминесцентная трубка ослепляет даже тогда, когда ее яркость значительно меньше яркости лампы накаливания, поэтому в поле зрения работающих не должно быть трубок без средств защиты от ослепления. Они должны укрываться глубокими абажурами или закрываться решетками. При освещении просторных помещений ослепление уменьшается, если трубки размещаются по средней оси помещения.

Использование люминесцентных трубок в качестве источников непрямого света, которые не отбрасывают теней, выгодно при различении плоских объектов (чтение, письмо, рисование). При объемном видении, требующем определенной затененности или различения рельефа предмета (например, рисок на линейке, качества поверхности и т. д.), удобней использовать прямой свет лампы накаливания.

Если необходимо различать цветовые оттенки, рекомендуют использовать трубки дневного голубоватого света большой интенсивности. Наиболее качественное различение цветов достигается при использовании теплого белого света трубки типа De luxe. В помещениях, которые целый день должны освещаться искусственным светом, удобней использовать трубки голубоватого света.

При освещении люминесцентным источником света необходимо исключить неприятное колебание (мелькание) света и возможность появления стробоскопического эффекта на колеблющихся предметах (при совпадении частоты, например, движения зубьев пилы и ‘колебаний света трубки в определенный момент появляется ощущение остановки зубьев, которое может привести к серьезным травмам). Возможность появления такого явления у трубок можно устранить фазовым сдвигом тока, тогда колебания света соседних светильников будут происходить с разными фазами.

В помещениях высотой до 6 м необходимо отдать предпочтение люминесцентным трубкам. Они не годятся для помещений с температурой воздуха ниже 0° и выше 35°С. В связи с недостатком желтого света эти трубки утомляют глаза при длительном слежении за показаниями приборов, считывании данных на линейках, визуальном контроле и освещении менее 500 лк.

Световая эффективность люминесцентной трубки в 4-6 раз-выше но сравнению с лампой накаливания (лампа накаливания 40 Вт/220 В обеспечивает световой поток в 325 лм, люминесцентная трубка с аналогичными параметрами - в 2000 лм).

Энергетический баланс лампы накаливания мощностью 40 Вт: 20% света и 80% тепла.

Лампы накаливания

В лампах накаливания часть тепла раскаленной спирали передается в виде света. Учитывая малую стоимость, простоту использования, малые эксплуатационные расходы и приятный спектр света, можно предположить, что они еще долго будут оставаться самым популярным источником света при работе человека. Срок службы лампы накаливания составляет ~ 1000 ч. В источниках местного освещения (настольных лампах, светильниках), не рекомендуется использовать лампы с прозрачными баллонами, гораздо удобней использовать лампы с баллонами молочного, матового (опалового) цвета.

Люминесцентные источники

В люминесцентных источниках свет возникает за счет непосредственного превращения электрической энергии в световую. Эти источники до сих пор мало используются.

Источники света

Люминесцентные лампы, представленные в компактном и обычном варианте исполнения, считаются энергосберегающими источниками света.

Эти источники света обладают великолепными светотехническими показателями; не без оснований принято считать, что их мощность соответствует пятикратно увеличенной мощности лампы накаливания.

Не углубляясь в технические детали можно сказать, что работа ламп этого типа строится на преобразовании ультрафиолета в видимый свет посредством использования покрытия из люминофора.

Для люминесцентных источников света свойственно обладание несколькими достоинствами.

1. Отличная светоотдача и высокий КПД.
2. Многообразие световых оттенков.
3. Равномерное рассеивание света.
4. Длительный период эксплуатации.
5. с электронным ПРА обладают способностью регулирования яркости освещения.

К недостаткам можно отнести следующие свойства.

1. Наличие значительного количества ртути.
2. Спектр света способен вызвать неприятное зрительное восприятие, заключаемое в световом искажении предметов.
3. В процессе работы, по истечении времени происходит деградация люминофора, соответственно потеря светоотдачи и снижение КПД.
4. Для пуска осветительных устройств с люминесцентными лампами необходим балласт - дроссель, который отличается довольно высоким уровнем шума в работе. Использование-же электронных ПРА для запуска в работу стоит значительно дороже электромагнитных аналогов.

Применяя для пуска дорогостоящие электронные ПРА, производитель избавил осветительное устройство от раздражающего зрение мерцания ламп и увеличил значение коэффициента мощности ламп.

Маркировка люминесцентных ламп

Рабочие параметры люминесцентных ламп зависят от световых показателей, ниже приведена их маркировка относительно световых свойств:

ЛБ – белое свечение напряжением 220 В с величиной светового потока 2020 Лм для ламп ЛБ30;
ЛД – дневное освещение. При напряжении 220 В, ЛД30 обладают световым потоком 1650 Лм;
ЛЕ – освещение, приближенное по своим свойствам к естественному свету;
ЛХБ – белое холодное излучение;
ЛТБ – лампы, излучающие теплое белое освещение.

Для определенных помещений в квартире рекомендуется использовать определенные лампы, обеспечивающие комфортное восприятие освещения. Так например, для жилых помещений целесообразно использовать лампы с высокой цветопередачей ЦЦ, или повышенной цветопередачей – Ц.

Существуют источники света с цветным световым спектром, например – ультрафиолетовый – ЛУФ, или рефлекторные источники света с синим цветовым оттенком – ЛСР.

Оптимальная светоотдача достигается в случае использования продолговатых прямых ламп Т5, приемлемый показатель светоотдачи достигается за счет использования ламп диаметром равным 16 мм.

Люминесцентные лампы с высокой эффективностью ЛБЦТ маркируемые как: 13В; 21В; 28В; 35В обладают световой отдачей от 100 до 104 лм/Вт, цветовой температурой 3500 К и общим индексом цветопередачи – 80. Сохранение стабильности световой интенсивности высокоэффективных ламп в течение 10000 часов в размере 95%.

Благодаря применению в светильниках новой оптической системы и использования в качестве рассеивателя параболической решетки с зеркальным отражателем, где применяется анодированный алюминий, светильник убирает эффект ослепления.

Период эксплуатации подобных источников света составляет до 24000 часов. В сравнении с инновационными светодиодными источниками света, новые люминесцентные лампы значительно выигрывают по стоимости и очень незначительно уступают по светотехническим характеристикам.

Тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Применяются такие лампы, как правило, в бытовом и декоративном освещении, а также там, где к освещению не предъявляют особых требований, а потребление и срок службы ламп не являются определяющими факторами.

Галогенные лампы

Это усовершенствованные лампы накаливания. Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, прекрасная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Благодаря добавлению в колбу газов фтора, брома, хлора, йода, уменьшающих количество испарения вольфрама, срок службы лампы увеличился до 2000-5000 часов. Использование специальных фильтров, нанесенных на кварцевое стекло, "останавливает" ультрафиолет, что оберегает освещаемые вещи от выгорания. Дихроичные отражатели отводят тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Яркость освещения регулируется с помощью большого ассортимента диаметров отражателей.

Линейные галогенные лампы с нитью накала в форме спирали и прозрачной кварцевой трубкой. Эти двухцокольные лампы используются для освещения широких поверхностей. Благодаря применению упрочненных держателей, нити накала обладают высокой устойчивостью к механическим воздействиям. Для ламп мощностью до 500 Вт позиция свечения произвольная, мощностью свыше 500 Вт - только горизонтальная, с допустимым отклонением в 4°. Лампы совмещают в себе высокую светоотдачу, "живой" белый блеск, отличный коэффициент цветопередачи, постоянный световой поток в течение всего срока службы, мгновенное перезажигание, возможности регулировки яркости.

Галогенные лампы со стеклянным отражателем и цветным защитным стеклом. Цветное стекло добавляет световому пучку определенный оттенок. Предназначены для декоративного освещения.

Галогенные лампы с параболическим стеклянным отражателем, покрытым металлическим алюминиевым слоем. Предназначены для создания световых акцентов. Слегка рифленая поверхность переднего стекла хорошо подчеркивает эффект "искрящегося" света и защищает горелку от загрязнения и пыли, а также от соприкосновения с руками человека. Применяется в акцентном освещении, в освещении общественных и жилых помещений, уличной подсветке (при использовании на улице лампа должна быть защищена от попадания влаги).

Галогенные лампы с двойной колбой работают от сетевого напряжения, имеют резьбовой цокол. Лампы характеризуются стабильной светоотдачей и отличной цветопередачей (Ra=100). Лампы могут работать с регулятором яркости. Применяются для освещения жилых и общественных помещений.

Лампы накаливания со временем теряют яркость. Современные галогенные лампы не имеют этого недостатка благодаря добавлению в газ-наполнитель галогенных элементов. Галогенные лампы имеют яркий насыщенный и ровный свет, спектральный состав которого значительно отличается от спектрального состава света обычной лампы накаливания и приближен к спектру солнечного света. Благодаря этому прекрасно передаются цвета мебели и интерьера в теплой и нейтральной гамме, а также цвет лица человека.

Преимущества галогенных ламп:

высокая светоотдача;
стабильно яркий свет на протяжении срока службы;
долгий срок службы;
миниатюрная конструкция;
возможность регулирования светового потока;
высокий уровень безопасности, особенно в условиях повышенной влажности (низковольтные лампы).

Недостатки галогенных ламп:

до стеклянной поверхности лампы лучше не дотрагиваться голыми руками, так как на ней остаются жирные пятна, что может привести к оплавлению в этом месте стекла колбы. Лампу необходимо брать, используя кусок чистой ткани, а если колба чем-то испачкана, то нужно протереть ее медицинским спиртом;
галогенные лампы очень чувствительны к скачкам напряжения сети, поэтому их следует включать через стабилизатор напряжения, а низковольтные - через трансформатор;
температура колбы может достигать 500 °С, поэтому при установке ламп следует соблюдать нормы противопожарной безопасности (например обеспечить достаточное расстояние между поверхностью перекрытия и подвесным потолком).

Люминесцентная лампа

Это газоразрядный источник света низкого давления. Его световой поток определяется свечением люминофора под воздействием ультрафиолетового излучения, которое возникает вследствие электрического разряда. По мнению специалистов, в соотношении "цена и качество" люминесцентные лампы являются наиболее эффективными и востребованными именно в сфере коммерческой недвижимости.

Изнутри стенка колбы покрыта смесью люминесцентных порошков, которая называется люминофор. Лампы с трех полосным люминофором более экономичны, поскольку световая отдача у них составляет до 104 Лм/Вт, но обладают худшей цветопередачей (Ra=80), а лампы с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу (Ra=90-98) при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт). Существует два способа поджига люминесцентных ламп - электромагнитным и электронным балластом. Тип балласта влияет на зажигание ламп, а также на мерцание в работе и срок службы поджигающих электродов. При поджиге люминесцентных ламп с электромагнитным балластом происходит до 30% потерь электроэнергии. Основным отличием люминесцентного светильника с электронным балластом от такого же светильника с электромагнитным балластом, помимо энергосбережения, веса и объема, является частота мерцания: Лампы с электронным балластом работают с высокой частотой мерцания около 42 000 Гц в секунду, тогда как лампы с электромагнитным балластом работают с частотой 100 Гц в секунду, что при длительном использовании вызывает усталость глаз.

Прямые трубчатые люминесцентные лампы

Это газоразрядные лампы низкого давления. Состоят из стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона, двух подогревных катодов из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном). Длина трубки напрямую связана со светоотдачей лампы. Применяются в жилых и общественных помещениях.

Люминесцентные лампы в виде кольца

Благодаря своей форме применяются в широком диапазоне осветительных приборов. Из-за малых габаритов трубки эту лампу можно использовать в максимально плоских светильниках. Она применяется для освещения общественных и жилых помещений.

Преимущества люминесцентных ламп:

по сравнению с лампами накаливания обеспечивает такой же световой поток, но потребляют в 4-5 раз меньше энергии;
имеют низкую температуру колбы;
повышенный срок службы;

Недостатки люминесцентных ламп:

снижает световой поток при повышенных температурах;
содержание ртути (хотя и в очень малых количествах, 40-60 мг). Эта доза безвредна, однако постоянная подверженность пагубному воздействию может нанести вред здоровью;
люминесцентные лампы не приспособлены к работе при температуре воздуха ниже 15-20 °С.

Компактные (энергосберегающие) люминесцентные лампы

Они вырабатывают свет по тому же принципу, что и обычные люминесцентные, только на гораздо меньшей площади, и являются компактной альтернативой люминесцентным лампам-трубкам.

Преимущества компактных ламп по сравнению с лампами накаливания:

до 80% меньшее потребление тока при том же количестве света;
у люминесцентных ламп: срок службы в 6-15 раз больше по сравнению с обычными лампами накаливания и составляет, соответственно, 6000-15 000 часов в зависимости от типа;
люминесцентных ламп: меньшие потери на обслуживании за счет длительного времени службы;люминесцентных ламп: возможность выбора цвета свечения.

Газоразрядные лампы высокого давления

Особенностями газоразрядных ламп, по словам специалистов, является их высокая светоотдача и длительный срок службы в широком диапазоне температур окружающей среды. В нашем климатическом поясе для архитектурного (наружного) освещения предпочтительней использовать именно газоразрядные лампы, поскольку они отлично работают при минусовой температуре. Применение газоразрядных ламп рекомендуется только с защитным стеклом, качественными комплектующими и квалифицированной сборкой схемы, иначе они небезопасны для домашнего использования. Так, например, взрыв лампы или короткое замыкание в цепи может привести к пожару. Также следует отметить, что газоразрядные лампы светят в полную силу не сразу, а по истечении 2 - 7 минут.

В группу газоразрядных ламп входят металлогалогенные, натриевые и ртутные лампы.

Металлогалогенные лампы

Это ртутные лампы высокого давления, в которых используются добавки из йодидов металлов, в том числе редкоземельных, а также сложные соединения цезия и галогенида олова. Все эти добавки значительно улучшают световую отдачу и характеристики цветопередачи ламп при ртутном разряде. Все металлогалогенные лампы дают белый свет с различной цветовой температурой. Их особенность состоит в хорошем уровне цветопередачи. Любые предметы и растения под ними смотрятся абсолютно естественно. По словам специалистов, металлогалогенные лампы широко используются в освещении объектов коммерческой недвижимости, а также выставок, служебных помещений, гостиниц и ресторанов, для подсветки рекламных щитов и витрин, освещения спортивных сооружений и стадионов, для архитектурной подсветки зданий и сооружений.
* Исследования проведены автором.

Достоинства металлогалогенных ламп:

высокая световая отдача (60 - 110 лм/Вт);
большой срок службы (до 10000 часов);
компактные размеры;

Недостатки металлогалогенных ламп:

не подходят для плавной регулировки;
долгое зажигание и перезажигание.

Натриевые лампы

Они принадлежат к числу наиболее эффективных источников видимого излучения: они обладают самой высокой световой отдачей среди газоразрядных ламп, экономны и имеют длительный срок службы. Обычно лампы излучают характерный желтый цвет, но если в состав зажигающего вещества входит ксенон, они дают яркий белый свет. Натриевые лампы бывают высокого (излучают свет теплого желтого цвета, подходящий для освещения больших парков, дорог и площадей) и низкого давления (идеально подходят для уличного освещения).

Достоинства натриевых ламп:

высокий уровень светоотдачи (до 130 лм/Вт);
длительный срок службы (до 12 000 часов);
энергетическая экономичность;

Недостатки натриевых ламп:

плохая цветопередача (Ra = 20);
долгое зажигание и перезажигание (до 10 минут).

Газоразрядные натриевые лампы применяются для освещения улиц, а также промышленных помещений, где основными условиями являются экономность и яркость, а требования к светопередаче несущественны.

Ртутная лампа

Её работа основывается на использовании излучения электрического разряда в парах ртути. Лампы данного типа отличаются высокой светоотдачей при сравнительно небольших габаритах, они имеют длительный срок службы. 40% излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Для увеличения светоотдачи ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, которым покрыта колба лампы. Эти лампы позволяют значительно снижать затраты при установке, эксплуатации и техническом обслуживании в следующих областях применения: дорожное освещение, освещение ландшафтов.

Ртутная лампа высокого давления содержит пары ртути, парциальное давление которых во время работы достигает 105 Па. Такие лампы обладают высокой надежностью, хорошей цветопередачей, позволяют снизить затраты на установку и техническое обслуживание. Применяются для внутреннего и наружного освещения коммерческих и производственных объектов, для декоративного и охранного освещения. Ртутно-вольфрамовая лампа - лампа, внутри которой в одной и той же колбе находятся разрядная трубка ртутной лампы высокого давления и спираль лампы накаливания, соединенные последовательно. Колба может быть покрыта люминофором. Вольфрамовая спираль служит дополнительным источником света в красной области света и одновременно выполняет
функцию балластного давления для ртутной горелки. Благодаря этому устройству улучшается передача цвета и отпадает необходимость использования дополнительного дросселя.

Преимущества ртутных газоразрядных ламп:

широкий диапазон мощностей;
достаточный уровень световой отдачи (30-60 лм/Вт);
большой срок службы (до 12 000 часов);
ртутно - вольфрамовые лампы не требуют пускорегулирующего аппарата;
компактные размеры;

Недостатки ртутных газоразрядных ламп:

плохая цветопередача;
долгое зажигание и перезажигание (до 5 -10 минут).

По мнению большинства специалистов, будущее освещения - за лампами и светильниками на светодиодах . На данный момент они еще не так востребованы на рынке, как люминесцентные лампы или лампы накаливания, и в основном применяются в архитектурном, ландшафтном и декоративном освещении, Особое внимание хотелось уделить светодиодам, продуцирующим большой световой поток, как правило, эти светодиоды с мощностью от 1 Вт до 15 Вт. Данные источники света имеют достаточно большую светоотдачу, приближающуюся уже к значению светоотдачи газоразрядных ламп, большой срок службы, компактные размеры и достаточно большую яркость. Все эти свойства открывают новые возможности применения светодиодов, как для общего, так и для прожекторного освещения. Благодаря отсутствию тела накала светодиоды отличаются высоким КПД и большим сроком службы (80 000 - 100 000 часов).

Преимущества светодиодов:

низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания; - долгий срок службы - до 100 000 часов;
высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость;
чистота и разнообразие цветов, направленность излучения;
регулируемая интенсивность;
низкое рабочее напряжение;
экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются.

Теперь видна четкая картина перспективы светодиодов и их явные преимущества перед другими источниками света. Производство светодиодов в последние годы опережают все самые оптимистические прогнозы на 20 -30%. Большинство экспертов сходятся во мнении, что через 7 - 10 лет светодиоды захватят все основные позиции на рынке света.

Пример источника света относящийся к первому классу. Лампа накаливания общего применения в прозрачной колбе

Пример источника света относящийся ко второму классу. Дуговая натриевая лампа в прозрачной колбе

Пример источника света относящийся к третьему классу. Лампа смешанного типа в колбе покрытой люминофором

Пример источника света относящийся к четвертому классу. Светодиодная лампа выполненная в форме лампы накаливания общего применения

Классификация источников света

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни использовалось искусственное освещение. Начало развития отрасли производства источников света было положено в 19 веке. Поводом для этого послужило изобретение дуговых ламп и ламп накаливания.

Тело, излучающее свет в результате преобразования энергии называется источником света. Почти все производимые в настоящее время типы источников света являются электрическими. Это значит, что для создания светового излучения в качестве первичной затрачиваемой энергии используют электрический ток. Источниками света считают приборы с излучением света не только в видимой части спектра (длинны волн 380 - 780 нм), но и ультрафиолетовой (10 - 380 нм) и инфракрасной (780 - 10 6 нм) областях спектра.

Различают следующие виды источников света: тепловые, люминесцентные и светодиодные.

Тепловые источники излучения являются самыми распространенными. Излучение в них появляется вследствие нагревания тела накала до темпер, при которых появляется не только тепловое излучение в инфракрасном спектре, но и наблюдается видимое излучение.

Люминесцентные источники излучения способны излучать свет не зависимо от того в каком состоянии находится их излучающее тело. Свечение в них возникает через преобразование различных видов энергии непосредственно в оптическое излучение.

На основании изложенных различий источники света делят на четыре класса.

Тепловые

Сюда относят всевозможные , включая галогенные, а также электрические инфракрасные нагреватели и угольные дуги.

Люминесцентные

К ним относят следующие виды электрических ламп: дуговые , различные лампы тлеющего разряда, низкого давления, лампы дугового, импульсного и высокочастотного разряда, в том числе и те, в которые добавлены пары металлов или на колбу которых нанесено люминофорное покрытие.

Смешанного излучения

Такие виды ламп освещения одновременно используются тепловое и люминесцентное излучение. Примером могут служить дуги высокой интенсивности.

Светодиодные

К светодиодным источникам света относят все типы ламп и световых приборов с использованием светоизлучающих диодов.

Кроме того, существуют другие признаки по которым производится классификация ламп (по области применения, конструктивно-технологическим признакам и тому подобные).

Основные параметры источников света

Световые, электрические и эксплуатационные свойства электрических источников света характеризуют рядом параметров. Сравнение параметров нескольких источников света, для их использования в той или иной области применения, позволяет остановиться на наиболее подходящем из них. Сопоставляя параметры отдельных экземпляров одного и того же источника света, обращая внимание на место и время изготовления, можно судить о качестве и технологическом уровне их производства.

Перечислим основные электрические характеристики ламп и в целом всех источников света:

Номинальное напряжение - напряжение, при котором лампа работает в наиболее экономичном режиме и на которое она рассчитывалась для ее нормальной эксплуатации. Для лампы накаливания номинальное напряжение равно напряжению питающей электрической сети. Обозначается такое напряжение U л.н и измеряется в вольтах. Газоразрядные лампы такого параметра не имеют, так как напряжение разрядного промежутка определяется характеристиками примененного для ее стабилизации пускорегулирующего аппарата (ПРА).

Номинальная мощность P л.н - расчетная величина характеризующая мощность потребляемую лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп, в цепь которых включают пускорегулирующие аппараты, номинальная мощность считается основным параметром. Основываясь на ее значении, путем экспериментов, определяются остальные электрические параметры ламп. Нужно учесть, что для определения мощности потребляемой из сети нужно сложить мощности лампы и пускорегулирующего аппарата.

Номинальный ток лампы I л.н - ток потребляемый лампой при номинальном напряжении и номинальной мощности.

Род тока - переменный или постоянный. Данный параметр нормируется только для газоразрядных ламп. Он влияет на другие параметры (кроме указанных ранее), которые изменяются с изменением рода тока, причем это относится к лампам, работающим только на постоянном или только на переменном токе.

Основными световыми параметрами источников света являются:

Световой поток , излучаемый лампой. Для измерения светового потока лампы накаливания ее включают на номинальное напряжение. У газоразрядных ламп измерение производят когда она работает на номинальной мощности. Световой поток обозначается буквой Ф (латинская фи). Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Сила света. Для некоторых видов вместо светового потока используются параметры средняя сферическая сила света или яркость тела накала. Для таких ламп они являются основными светотехническими параметрами. Используемые обозначения для силы света I v , I v Θ , для яркости - L , их единицы измерения - соответственно кандела (кд) и кандела на квадратный метр (кд/м 2).

Световая отдача лампы , это отношение светового потока лампы к ее мощности

Единица световой отдачи - единица измерения параметра люмен на ватт (Лм/Вт). С помощью этого параметра можно оценить эффективность применения источников света в осветительных установках. Однако в качестве характеристики облучательных ламп используют другой параметр - величину отдачи потока излучения.

Стабильность светового потока - процентное отношение величины снижения светового потока в конце срока службы лампы к первоначальному световому потоку.

К эксплуатационным параметрам источников света относят параметры, характеризующие эффективность источника в определенных эксплуатационных условиях:

Полный срок службы τ полн - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до полного отказа (перегорание лампы накаливания, отказ в зажигании для большинства газоразрядных ламп).

Полезный срок службы τ п - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до снижения светового потока до уровня, при котором дальнейшая его эксплуатация становится экономически невыгодной.

Средний срок службы τ - основной эксплуатационный параметр лампы. Он представляет собой среднеарифметическое полных сроков службы групп ламп (не менее десяти) при условии, что среднее значение светового потока ламп группы к моменту достижения среднего срока службы осталось в пределах полезного срока службы, то есть при заданной стабильности светового потока. Это параметр особенно важен для ламп накаливания, так как увеличение их световой отдачи при прочих равных условиях приводит к сокращению срока службы. Так как экспериментальное определение срока службы приводит к выходу из строя испытуемых ламп, этот параметр определяется на определенном числе ламп с заданной степенью вероятности, рассчитываемой по законам математической статистики.

Динамическая долговечность - параметр, характеризующий срок службы ламп накаливания в условиях вибрации и тряски. Лампы с требуемой динамической долговечностью должны выдерживать определенное число циклов испытаний в установленном диапазоне частот.

Для уточнения работоспособности ламп кроме понятия среднего срока службы используют понятие гарантийного срока службы, определяющего минимальное время горения всех ламп в партии. Этому понятию иногда придают коммерческий смысл, считая гарантийный срок службы временем, в течение которого должна гореть любая лампа.

Сравнительно ограниченная продолжительность горения источников света, особенно ламп накаливания, устанавливает требование к их взаимозаменяемости, что может быть осуществлено только при повторяемости параметров отдельных ламп.

Для обеспечения экономичности осветительной установки важны как начальный световой поток лампы, так и зависимость его спада от времени эксплуатации. С увеличением длительности эксплуатации осветительной установки снижается роль капитальных затрат в стоимости световой энергии. Отсюда следует, что осветительные установки с малым числом часов горения в год целесообразно выполнять, используя более дешевые лампы накаливания и, наоборот, в промышленных осветительных установках, где продолжительность горения составляет 3000 часов и более, рационально использовать более дорогие, чем лампы накаливания, газоразрядные источники света с высокой световой отдачей. Стоимость единицы световой энергии определяется также тарифом на электроэнергию. При низких тарифах оправдано применение в осветительных установках ламп с относительно низкой световой отдачей и повышенным сроком службы.

Люминесценцией называется излучение вещества сверх его теплового излучения под воздействием подводимой к нему в той или иной форме энергии. Такое вещество называется люминофором. Природные явления люминесценции – северное сияние, свечение насекомых, минералов.

Люминесценция классифицируется по:

1. по типу возбуждения;

2. по механизму преобразования энергии;

3. по временным характерам свечения.

К первому типу относятся:

Фотолюминесценция (излучение под воздействием поглощенного излучения оптической области света);

Радиолюминесценция;

Катодолюминесценция;

Электролюминесценция;

Триболюминесценция;

Хемилюминесценция.

По механизму преобразования энергии различают:

Резонансная

Вынужденная

Спонтанная

Рекомбинационная

По временным характерам свечения бывают:

Флуоресценцию (быстро затухающая люминесценция время жизни 10 −9 -10 −6 с)

Фосфоресценция (длительная люминесценция (10 −3 -10 с))

Деление это условное, т.к. нельзя указать строго определенную временную границу, т.е. она зависит от временного разрешения регистрирующих приборов.

Наибольшее применение в оптоэлектронике получили электро-, фото- и катодолюминесценция.

Люминесцентные лампы Широко применяются в качестве источников света общего назначения, в копировальных аппаратах, в медицине для обеззараживания помещения и т.д.

Люминесцентные лампы представляют собой стеклянную колбу, с нанесенным на внутреннюю поверхность люминофором. В торцы трубки введены вольфрамовые спиральные электроды. Внутрь трубки помещают несколько миллиграмм ртути и закачивают некоторое количество инертного газа.

Люминесцентная лампа, в отличие от лампы накаливания, не включается напрямую в электрическую сеть. Так как необходимо: предварительно прогреть электроды, дать импульс высокого напряжения и обязательное ограничение тока во время работы, который во время работы многократно возрастает. Поэтому применяют специальные устройства – балласты.

Работа люминесцентной лампы заключается в следующем: при подключении люминесцентных ламп к источнику питания, разогретые электроды испаряют ртуть, тем самым возбуждая её свечение. В свою очередь излучение разряда возбуждает свечения слоя люминофора лампы. Дальнейший нагрев электродов поддерживается энергией разряда и внешняя цепь нагрева электрода выключается.

Достоинства:

– большой срок службы 10 тыс. часов;

– отличное восприятие света;

– высокая стабильность светового потока около 95 % к концу службы лампы.

Недостатки:

– долгий запуск (1-3 сек);

– лампа светит на полную яркость только через 10-15 минут работы;

– использование специального пускового устройства;

– утилизация;

– мерцание лампы с удвоенной частотой сети, возникновение стробоскопического эффекта;

– низкочастотный гул (100Гц), исходящий от дросселя;

– большие габариты и масса;

– ограниченный температурный диапазон работы (0-25 0 С).

Энергосберегающиие лампы – это люминесцентные лампы с электронным балластом. Под действием высокого напряжения происходит движение электронов, которые сталкиваясь с атомами газа, испускают УФ излучение, которое возбуждает люминофор. (T= -10+50 0 С; t >5 тыс. ч.)

Газоразрядный источник представляет собой колбу с впаянными электродами: анодом и катодом. Если между электродами приложить напряжение, то свободные ионы, перемещаясь к катоду ускоряются и выбиваются из него электроны, которые перемещаясь к аноду ионизируют газ, поддерживая непрерывность процесса.

Спектр каждого источника зависит от рода газа или пара, т.е. от примесей, температуры свечения и давления в колбе.

При низких давлениях и температуре спектр газоразрядных источников линейчатый. При повышении температуры линии спектра расширяются. Рабочие температуры 4500-7000 К.

Достоинства:

– возможность модуляции излучения путем изменения частоты питания (f=30 кГц);

– мощный световой поток;

– высокий световой КПД до 30%.

Недостатки:

– сложная схема питания;

– высокие напряжения питания.

Светодиод или светоизлучающие диоды – это полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его цветовые характеристики зависят от химического состава полупроводника.

Работа светодиода основана на явлении инжекционной электролюминесценции, т.е. генерации оптического излучения в p-n переходе. Находящимся под прямым внешним напряжением.

Для материала полупроводника перехода материалы: фосфид галлия GaP, GaAs. (галлий – мышьяк (арсениум)), ZnSe (цинк – селен) и др. и некоторые тройные соединения GaAlAs (галлий – алюминий – мышьяк).

Изменяя состав полупроводников можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Светодиоды описываются двумя группами параметров: оптическими и электрическими.

К оптическим относятся:

– излучательная характеристика - это зависимость относительного значения потока излучения к протекающему току.

– спектральная характеристика- зависимость относительного значения потока измерения от длины волны.

– диаграмма направленности - зависимость относительного значения потока излучения от направления распространения

– длина волны излучения (λ), на которой значение потока максимальна

– яркость (сила света).

К электрическим относятся:

– время включения-выключения (частота).

– ВАХ по которой определяются:

Максимально допустимые прямое и обратное напряжение

Максимальный прямой ток

Достоинства:

Малые габариты;

Линейная зависимость световых параметров от тока,

Безинерционность включения-выключения (<100 нс

Малое тепловыделение;

Устойчивость к механическим воздействиям и вибрациям;

Большой срок службы около 100 тыс. ч.;

Встроенное светораспределение; неприменяемость опасных веществ.

Недостатки:

– разброс параметров в одной партии;

– невысокая мощность излучения;

– зависимость яркости от температуры;

– зависимость полярности питания.

Лазеры. Под лазером понимают устройство, испускающее в видимом спектре когерентную электромагнитную лучистую энергию в диапазоне от сверхкороткого ультрафиолетового до сверхдлинного инфракрасного излучения.

Все лазеры состоят из трех основных конструкционных блоков:

1. Активная (рабочая) среда. Активная среда представляет собой вещество, в котором создается инверсная заселенность. Она может быть:

– твердой - кристаллы рубина или алюмо-иттриевого граната, стекло с примесью неодима в виде стержней различного размера и формы;

– жидкой - растворы анилиновых красителей или растворы солей неодима в кюветах;

– газообразной - смесь гелия с неоном, аргон, углекислый газ, водяной пар низкого давления в стеклянных трубках.

В зависимости от типа активной среды лазеры называются рубиновыми, гелий-неоновыми, на красителях и т.п.

2. Источник энергии (накачки). (оптическая накачка, возбуждение электронным ударом, химическая накачка и т.п.

3. Резонансная полость (оптический резонатор) с емкостным устройством - обычно два зеркала. Оптические резонаторы бывают с плоскими зеркалами, сферическими, комбинациями плоских и сферических и др. Резонатор представляет собой пару зеркал, которые располагаются параллельно друг другу. Между этими зеркалами помещается активная среда.

Существующие Л. различаются:

1) рабочей средой (твёрдые диэлектрики, полупроводники, газы, жидкости);

2) способом создания в среде инверсии населённостей, или, как говорят, способом накачки.

3) конструкцией резонатора;

4) режимом работы (импульсный, непрерывный).

Первое из зеркал отражает весь падающий на него свет. Второе зеркало полупрозрачное, оно возвращает часть излучения в среду для осуществления вынужденного излучения, а часть выводится наружу в виде лазерного луча. Резонатор можно настроить таким образом, что лазер станет генерировать излучение только одного, строго определенного типа (моду). Настройка осуществляется путем подбора расстояния между зеркалами.

Достоинства полупроводниковых лазеров:

Очень большие коэффициенты усиления ~ 102-103 см -1 , поэтому размеры полупроводникового Л. могут быть сделаны очень малыми (GaAs, CdS, InAs, InSb, ZnS и др.)

Позволяют почти полностью перекрыть видимый и ближний инфракрасный диапазоны

Очень высоким кпд преобразования электрической энергии в когерентное излучение (близким к 100%)

Работа в непрерывном режиме.

Недостатки:

– невысокая направленность излучения, связанная с их малыми размерами,

– трудность получения высокой монохроматичности.

Полупроводниковые Л. используются с наибольшей эффективностью в тех случаях, когда требования к когерентности и направленности не очень велики, но необходимы малые габариты и высокий кпд.