46．什么是霓虹灯？为什么会有各种颜色？
霓虹灯是一种低气压冷阴极气体辉光放电光源。工作气体一般均采用惰性气体，工作在气体放电的正常辉光放电区。 霓虹灯早期都是充氖气的，英文名称叫“NEON LAMP”，直译为“氖光灯”。由于“NEON”一词的发音恰似汉语中的“霓虹”，而该灯又五光十色，灯光变幻莫测，意思形象十分贴切，于是“霓虹灯”成为绝妙的译名，一直沿用下来。 霓虹灯色彩鲜艳，主要用于商业广告，装饰等方面。其颜色的获得有以下几种方式： 1）早期的霓虹灯是原子辐射光谱型灯——发射的是放电气体自身特征的辐射光谱。灯色彩由充入灯内的惰性气体决定： 氦He：黄色； 氖Ne：红色； 氩Ar：蓝色；氪Kr：紫色； 氙Xe：鲜蓝色。 2）为丰富霓虹灯的色彩，又制造出充汞荧光粉发光型霓虹灯——汞蒸气在气体放电中辐射出紫外线，紫外线激发荧光粉发光，发出的是荧光光谱，发光称为光致发光。采用不同的荧光粉可以得到不同的颜色。 3）后来为得到更丰富的色光，人们又采用彩色玻璃制作霓虹灯，得到了更加丰富多彩的颜色。 47．霓虹灯灯管两端电压有多高？对人身安全有危险吗？ 霓虹灯是一种辉光放电灯。其特点是工作时工作电压高，工作电流小。 灯工作电流一般几十毫安。工作电压和灯管的种类与长度有关。 充氖气的灯管其两端电压为：（350+470L～500+650L）V；L为灯管长度。也就是说，1m长的灯在工作时其两端电压在820～1150V之间。充汞氩气的灯管其两端电压为：（300+220L～400+400L）V。1m长的灯在工作时其两端电压在520～800V之间。 霓虹灯在开始点燃时，需要施加高电压击穿灯管启动工作，如1m氖管启动电压可高达2000多伏。霓虹灯变压器的输出电压一般都高达几千伏到一万多伏。因此霓虹灯灯管及其点灯电路的电压很高，如果人体直接接触会危及人身安全，必须采取安全措施。 48．什么是低压钠灯？ 低压钠灯是具有热电极的低气压弧光放电灯。 灯的管芯玻璃壳用抗钠玻璃制成，以防止高温工作时玻璃受钠的腐蚀。灯管中充有5mm～10mm汞柱的氖氩混合气（含氩气1%）和金属钠滴。灯通电后，氖气即放电，发出红光，然后由于放电发热使钠滴逐渐蒸发产生钠蒸气，逐渐代替氖气放电，而辐射出强烈的黄光。为保持一定的钠蒸气压，放电管表面要维持一定的温度（250 ～300 OC），所以在管芯外还有一外玻壳，外玻壳的内壁上涂有一层透明的红外线反射材料（多用三氧化二锢）；以使得放电管辐射的红外线反射回放电管，减少热辐射损耗。两层中间抽真空。 低压钠灯主要辐射589.0和589.6nm两条谱线的单色光，所以灯颜色发黄，且显色性差，但发光效率高。 49．什么是高压汞灯？ 高压汞灯属于高强度气体放电灯，放电类型为弧光放电。 灯的放电管内抽真空后充以适量的汞和少量氩气，其两端各有一个主电极，其中一端还有一个引燃极。放电管和外玻壳之间抽真空或充氮气作为保护气体。 灯点燃初期，引燃极和邻近主电极间的低气压汞蒸气和氩气放电发光，这时灯管电压很低，电流很大，放电所产生的热量使汞逐渐蒸发，约3分钟后，由于汞蒸气压增加，使灯管两端电压升高，电弧收缩，发光强度逐渐增强。约5分钟后，汞蒸汽压达到（2～3）X 105 Pa 时，达到平衡状态。这时汞蒸气放电所产生的热量正好维持汞的高压蒸气状态，高压汞灯进入正常工作状态。 玻壳上涂有荧光粉的高压汞灯称作荧光高压汞灯，荧光粉的作用是将部分紫外线（365纳米紫外线）转变为高压汞灯缺少的红光，改善灯的光色。 50．什么是高压钠灯？ 高压钠灯与高压汞类似，是高强度气体放电灯，高压钠灯结构见图2-7。 当接通电源后，灯内一小段电热丝加热双金属片，使双金属片经一定时间后变形，弹开触点断开电路。这时在镇流器上产生一感应电动势，与电源电压叠加，产生1个1000多伏的脉冲电压使放电管击穿放电。 当灯内不装双金属片开关时，采用外触发器触发灯点燃。 启动后，首先是低气压的汞钠蒸气和氙（氩）气放电，随着温度的升高，放电管内气压逐渐增加，电弧趋于稳定。与高压汞灯一样，高压钠灯需一段启动时间，约5～10分钟达到稳定工作状态。 51． 什么是金属卤化物灯？ 在电弧管内填充了金属卤化物的高强度气体放电灯叫金属卤化物灯。 金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理的基础上发展而成的高光效电光源。其发光电弧管中添加了金属卤化物和汞以及启动气体。灯点亮后电弧产生的热量使附着在管壁的金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散，当金属卤化物分子扩散进入高温电弧中心后，卤化物分子在电弧的高温下分解成金属原子和卤素原子。金属原子在电弧中受到激发而发出该金属的特征光谱。另一方面，电弧中的金属原子和卤素原子也向管壁扩散，而管壁温度远低于电弧中心温度，金属原子和卤素原子在温度低的管壁区相遇，再次化合形成金属卤化物。金属卤化物在灯内不断地循环，维持电弧中心金属蒸气的浓度，金属原子周而复始参与放电，使灯的光色、显色性得到改善，发光效率有了大幅度提高。 金属卤化物灯按内玻壳的材料分类有： 石英金属卤化物灯，陶瓷金属卤化物灯。 金属卤化物灯按外形分类，有单端和双端；有外玻壳和无外玻壳金属卤化物灯； 金属卤化物灯按颜色分类，有高色温、低色温和彩色金属卤化物灯。 52．为什么金属卤化物灯有不同的颜色？ 金属卤化物灯因在电弧中的金属原子电离和激发时发光，其光线具有自己的特征谱线，不同的金属激发后的谱线是不同的，故在金属卤化物灯的电弧管中添加单一的、或多种不同的金属卤化物组合，其发光的颜色就不同，可制成各种单色灯。如： 添加碘化铊的金属卤化物灯（535nm谱线）发出绿色光；添加碘化铟的金属卤化物灯（451.1nm谱线）发出蓝色光；添加碘化锂的金属卤化物灯（690nm谱线）发出红色光等等。 同一批金属卤化物灯的光色也会有差异。这是因为金属卤化物灯是按比例混合填充了多种金属卤化物，由多种金属元素的放电光谱混合而成白色光。制造放电管时的任何微小偏差（充入卤化物比例、数量、放电管的几何尺寸、几何形状等）都会造成放电光谱的偏差。灯的标准中允许同一批金属卤化物灯的电、光、色参数有一定的误差范围，因此即使是同一批电光源其光色也会有一定的差异。 在实际应用中，经常有多只金属卤化物灯同时使用而灯的光色有较大的差异的情况，这是因为同一批金属卤化物灯灯管的安装位置（横向或竖向）及角度的偏差、金属卤化物灯配用镇流器电参数的偏差及电网电压的波动等多种原因而导致的现象。 同一只金属卤化物灯在寿命期内，其灯管电压将会发生变化，同一批金属卤化物灯，其灯管电压变化速率是不一样的，因而也会导致金属卤化物灯光色的差异。 53．为什么高强度气体放电灯启动一定时间后才正常发光？ 高强度气体放电灯启动时有一个光电参数的建立过程，也就是弧光放电建立和放电管内热平衡过程：刚启动很短的时间内形成弧光放电，此时灯电压只有十几伏；电弧使放电管内的汞首先蒸发并参与放电，管内温度逐步升高；当放电管内达到一定温度后，金属卤化物蒸发并逐步参与导电，管内温度继续升高，同时灯管电压也在升高；直到金属卤化物蒸气达到预定的压力后，灯管内达到热平衡，建立起稳定的弧光放电，灯管正常发光。这一过程时间约需5～10min。 54．什么是紫外线灯？ 紫外线灯是不以产生可见光为目的，紫外线辐射特别强的灯。 使用量最多的是紫外线低压汞灯，主要用来xx和保健。紫外线的波长范围是10～380nm。xx的紫外波段为220～300nm。其工作原理与日光灯一样，只是玻壳不涂荧光粉，汞蒸气发出的253.7nm的紫外线直接辐射出来。 紫外线灯的种类很多，按其工作原理分类主要如下：白炽灯式低压汞灯，紫外线低压汞灯，紫外线高压汞灯，紫外线金属卤化物灯、紫外线荧光灯以及其它特殊用途的灯。 55 什么是发光二极管(LED)? 发光二极管(LED)是电致发光光源的一种。所谓电致发光光源是固体在电场的作用下直接发光的光源。 发光二极管(简称LED)是一种基于普通半导体二极管的p n结特性，将电能转换成光的器件，其基本工作原理是一个电光转换的过程。自然界的物体根据导电性能的强弱可分为导体、绝缘体和半导体，单晶硅(Si)和单晶锗(Ge)都是一种纯净的半导体。在一纯净的半导体上，通过掺入少量杂质，会使其导电能力发生显著变化，可一边形成P型导体，另一边形成N型导体，在这两种导电性能相反的半导体界面上，则形成的一个特殊的带电薄层即pn结。当一个正向偏压施加在半导体p-n结两端，p-n结正向导通。在发生载流子注入(电子注入p区或空穴注入N区)时，部分载流子被对方复合，其多余的能量则以光的形式向外辐射，有的半导体材料对应的发光波长正好处于可见光区域，这种发光称为注入式场致发光，或p-n结发光。 由于半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光，要获得最有发展前景的白光，必须用其他方式合成白光。如在蓝色LED芯片里涂敷高效黄色荧光粉，蓝光及被蓝光激发的荧光粉发射的黄光经调控后可得到各种色温的白光；或在紫色LED芯片里涂敷红、绿、蓝三基色荧光粉，荧光粉被紫外光激发产生白光等。 随着半导体材料及其工艺技术的不断突破，LED不仅应用在指示或显示领域，它有望成为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的新一代光源。 56．什么是激光？ 激光是由激光器产生的一种特殊形式的光，即单一波长而且是同相位的光。这种光称为“相干”光。其特点是波长带宽很窄，只有零点几个纳米；它不会象手电筒光束那样扩散开来，而是集束光直线传播。原因在于普通光是由许多不同波长的光组成，它们互相“碰撞”或干扰，在传播过程中逐渐扩散开来。相干光仅由一种波长的光组成，所以没有那样的干扰，也没有扩散的倾向。 激光器有气体激光器和固体激光器，下面用固体激光器举例说明激光的产生。固体激光器结构见图2-9 所示。 图2-9 带有电子闪光灯的固体激光器 闪光灯围绕着红宝石实心圆柱体。红宝石两端面相平行，一端面是xx反射的，一端面是部分反射的（反射约75%～90%），红宝石中含有少量的铬。点燃闪光灯时，光脉冲穿过红宝石。光子，或称光能束，把铬原子中的电子从它们原在的低能轨道打入高能轨道。换句话说，电子跳入围着铬原子核的其它轨道中去。然后，被激发的电子开始降回到原来的能量水平上（基态能级上），这时，以光子或光能束的形式释放出能量。发射出的光的波长，取决于电子运动的距离。由于全部电子都以相同的距离运动，光因而是相干的，光在红宝石圆柱体两端镜面之间来回运动，激发其它电子跳到高轨道，并发射出光子。这种链式反应一直持续下去，直到光脉冲被放大几百万倍，{zh1}，光脉冲变得非常强，并从红宝石部分反射面一端发射出去，这个过程只在短短的几毫秒到零点几秒。其结果是光脉冲被放大和密集，瞬间集中了大量的能量。 除红宝石外，还有其它的晶体、玻璃棒、半导体p-n结都能用作激光器。 激光广泛应用于科学、通信、医学、工业和军事等领域。在景观照明中，在一些特定的场合有时用激光照明，起到独特的效果。 57．为什么常说“灯下不观色”？能做到灯下可观色吗？ 太阳光的光谱是连续的全光谱，它包含了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的可见光。白天人们所观察到的物体颜色，是物体将太阳光中与本身颜色相同的可见光反射而形成的，人们看到的是物体真实的颜色。 电光源中，除白炽灯具有与太阳光光谱相接近的、连续的可见光光谱外，许多电光源发出的可见光都不是连续的，或多或少的缺失某些谱线。因此，在电光源照射下的物体，与该电光源中缺失的谱线颜色相同的颜色将不被反射，所以人们看到的物体颜色就失真了，出现了“灯下不观色”的现象。 科技人员已经制造出多种高显色的全光谱电光源，其显色性可达到95％以上（一般荧光灯、金属卤化物灯的显色性为60％～80％），因此在白炽灯及高显色电光源的照射下基本上可做到“灯下可观色”。 58．气体放电灯可以调光吗？ 从气体放电灯工作原理可知，改变气体放电灯的工作电流就可以调节气体放电灯的光输出。但是某些气体放电灯（如普通照明金属卤化物灯）在改变光输出的同时其色温、显色性都将发生变化，从而影响照明质量。因此为保证照明质量，不是所有的气体放电灯适宜调光。 气体放电灯调光有两种方法，即使用电子镇流器连续调光和使用电感镇流器分档调光。 荧光灯可使用可调光交流电子镇流器进行调光，调光范围从0～100％。其色温、显色性基本不变，能满足室内照明质量的要求。也可以使用电感镇流器分档调光。 高压钠灯可使用可调光交流电子镇流器进行调光，调光范围从20％～100％。高压钠灯在道路照明中应用得很广泛，在实际应用中一般采用比较经济的电感镇流器分档调光。其色温、显色性基本不变，能满足道路照明的要求。 陶瓷金属卤化物灯可使用可调光交流电子镇流器进行调光，调光范围从50％～100％。其色温、显色性基本不变，能满足室内、外照明质量的要求。 普通照明金属卤化物灯（石英玻璃电弧管型）也可以按高压钠灯的调光方法进行调光，但是在调光时其色温、显色性将发生明显的变化，影响照明质量。因此为保证照明质量，普通照明金属卤化物灯不宜进行调光。 59．多数高强度气体放电灯为什么要使用触发器？ 高强度气体放电灯在冷态时电弧管内气压较低，但也需要1kV以上的脉冲峰值电压（脉冲峰值电压的宽度因灯而异，一般情况下，高压钠灯需要1微秒( s)的宽度、金属卤化物灯需要几个微秒宽度）才能把高强度气体放电灯电弧管内气体击穿，将灯引燃。 升压变压器、漏磁变压器、触发器以及交流电子镇流器等都可以产生引燃高强度气体放电灯所需的脉冲峰值电压，但是前两种形式是将触发启动和限制稳定灯工作电流的两种功能集中在一起而制造的镇流器，因而其体积、重量较大而且效率很低。从综合经济效益和我国电网供电电压的情况出发，我国绝大多数高强度气体放电灯（高压汞灯除外），采用了电感镇流器加触发器的点灯线路。触发器只消耗很小的能量而产生较高的脉冲电压，该电压与镇流器输出电压相叠加将灯引燃，灯引燃后触发器停止工作。镇流器限制、稳定灯的工作电流，其效率较高。 近几年研制开发的高强度气体放电灯交流电子镇流器，可产生引燃高强度气体放电灯所需的峰值电压而又具有较高的效率，因而具有较好的应用前景。 60．镇流器起什么作用？它有功率损耗吗？ 镇流器在气体放电灯点灯线路中的主要作用是：限制灯的启动电流、稳定灯的工作电流，保证灯的一定寿命。 从气体放电的工作原理可知，如果不限制气体放电的电流，其电流将会无限的增大，直到将灯损坏，因而在灯的工作电路中必须有一个能限制电流无限增大的器件，用以限制灯的启动电流、稳定灯的工作电流，这个器件就叫镇流器。 镇流器是由铁芯、线圈或电子元器件组成的，根据能量守恒定律，电路中任何器件都要消耗能量，因此镇流器是有功率损耗的。不同功率、不同形式的镇流器，其自身损耗占灯功率的比率有所不同。 交流电子镇流器的自身功率损耗约占配套灯功率的3％～10％； 电感镇流器的自身功率损耗平均占配套灯功率的10％左右，灯功率越小电感镇流器的自身功率损耗占配套灯功率的比例越大： 20W以下气体放电灯镇流器的自身功率损耗占配套灯功率的20％～50％； 20～40W气体放电灯镇流器的自身功率损耗约占配套灯功率的20％左右； 40～150W气体放电灯镇流器的自身功率损耗约占配套灯功率的15％左右； 250～400W气体放电灯镇流器的自身功率损耗约占配套灯功率的10％左右； 1000W以上气体放电灯镇流器的自身功率损耗约占配套灯功率的5％～8％。 61．你知道交流电子镇流器与电感镇流器有什么不同吗？ 交流电子镇流器与电感镇流器有如下几方面的不同： 1)工作原理、灯的工作频率、灯的频闪效应不同。交流电子镇流器采用电子逆变、控制技术限制、稳定灯的工作电流，它改变了灯工作频率，使灯工作于几百（HZ）赫兹或20～100KHZ范围内，因而人眼感觉不到光的频闪；电感镇流器利用感抗限制、稳定灯的工作电流，灯的工作频率与电源频率相同，人眼能感觉到光的频闪（100次／S）。 2)交流电子镇流器的输入电流谐波含量、输入功率因数都大于电感镇流器；电感镇流器功率因数低可以用电容补偿,若交流电子镇流器的输入功率因数低时不能单灯采用电容补偿。 3）结构形式、体积、重量不同。交流电子镇流器由电子线路和电子元器件组成，体积小、重量轻； 电感镇流器主要由矽钢片叠成的铁芯和铜线饶制的线圈组成，体积、重量均较大。 4）使用寿命不同。电感镇流器一般可使用十年以上，交流电子镇流器使用寿命比电感镇流器要短。 5）价格不同。交流电子镇流器的价格目前是电感镇流器价格的3倍以上（将来会降低）。 6）自身功率损耗不同（见问题60）。 62．电光源的寿命是如何计算的? 电光源的寿命有全寿命和有效寿命之分。 全寿命：当同一批在额定条件下试验的电光源有50％不能点亮时的燃点时间； 有效寿命：当同一批在额定条件下试验的电光源中有50％的光输出下降到初始光输出的某一百分数时（50％中包括不能点亮的电光源）的燃点时间； 不同的气体放电灯标准中，对有效寿命中“光输出下降到初始光输出的某一百分数”的要求不同：例如对荧光灯规定的百分数是75％，高强度气体放电灯为70％～80％。 电光源的使用寿命除与灯的生产工艺有关外，在使用时电源电压过高、频繁开关以及镇流器质量等其它因素都将会影响灯的使用寿命。 |
