151500 (Джерела випромінювання в оптичній спектроскопії), страница 2

Рис.1.7. Газорозрядні лампи високого тиску

1. Металогалогенні лампи - це ртутні лампи високого тиску, в яких використовуються добавки із йодидів металів, у тому числі рідкоземельних, а також складні з'єднання цезію та галогеніди олова. Всі ці добавки значно покращують світлову віддачу і характеристики передачі кольору ламп при ртутному розряді.

Всі металогалогенні лампи дають біле світло з різною колірною температурою. Їхня особливість полягає в хорошому рівні перенесення кольорів. Будь-які предмети та рослини під ними виглядають абсолютно природно.

Металогалогенні лампи широко використовуються у висвітленні об'єктів комерційної нерухомості, а також виставок, службових приміщень, готелів і ресторанів, для підсвічування рекламних щитів і вітрин, освітлення спортивних споруд та стадіонів, для архітектурного підсвічування будівель і споруд.

2. Натрієві лампи належать до числа найбільш ефективних джерел видимого випромінювання: вони мають найвищу світлову віддачу серед газорозрядних ламп, економні та мають тривалий термін служби. Зазвичай лампи випромінюють характерний жовтий колір, але якщо до складу запалюваної речовини входить ксенон, вони дають яскраве біле світло.

У ксенонової газорозрядної лампи немає нитки розжарювання, світло створюється в маленькій сфері, яка наповнена сумішшю хлоридів деяких металів та інертними газами (один з них - ксенон, звідси і назва - ксенонове світло). Електрична енергія у лампі перетворюється в світлову при горінні електричного дугового розряду, створеного між двома електродами в атмосфері ксенону, світло такої лампи легко сформувати в точний світловий пучок. Характерною особливістю цих ламп є безперервний спектр випромінювання, близький до сонячного, тобто випромінювання ксеноновою лампою є чітким білим світлом подібним до денного світла.

Для роботи ксенонової лампи обов'язково необхідний додатковий електронно пускорегулюючий блок, здатний спочатку "розпалити" лампу (напругою 25 000 Вольт), а потім підтримувати стійку електричну дугу (при цьому на неї подається вже близько 100 Вольт).

Основні переваги ксенонових ламп в порівнянні з традиційними галогенними: висока світловіддача, світловий потік, випромінюваний ксеноновим лампою (більше 3000 люмен) майже в 2 рази інтенсивніший за порівняно зі звичайною галогенною лампою розжарювання потужністю 55 Вт (1550 люмен). А величина повного світлового потоку, що випускається ксеноновою лампою перевищує той же галогенний показник майже в 3 рази.

Спектральну характеристику ксенонової лампи можна розглянути на прикладі лампи XE-2000 (додаток 1, рис. 1).

Газорозрядні натрієві лампи застосовуються для освітлення вулиць, а також промислових приміщень, де основними умовами є економність і яскравість, а вимоги до передачі світла несуттєві.

3. Ртутна лампа високого тиску РЛВТ

Робота ртутної лампи ґрунтується на використанні випромінювання електричного розряду в парах ртуті. Лампи даного типу відрізняються високою світловіддачею при порівняно невеликих габаритах, вони мають тривалий термін служби. 40% випромінювання припадає на ультрафіолетову область спектру. Для збільшення світловіддачі ультрафіолетове випромінювання перетворюється у видиме світло за допомогою люмінофора, яким покрита колба лампи.

Ці лампи дозволяють значно знижувати витрати при установці, експлуатації та технічному обслуговуванні в наступних областях застосування: дорожнє освітлення, освітлення ландшафтів.

Ртутна лампа високого тиску містить пари ртуті, парціальний тиск яких під час роботи досягає 105 Па. Такі лампи мають високу надійність, гарну передачею кольору, дозволяють знизити витрати на встановлення та технічне обслуговування. Застосовуються для внутрішнього і зовнішнього освітлення комерційних і виробничих об'єктів, для декоративного і охоронного освітлення.

Ртутно-вольфрамова лампа (рис. 1.8) - лампа, всередині якої в одній і тій же колбі знаходяться розрядна трубка ртутної лампи високого тиску і спіраль лампи розжарювання, з'єднані послідовно. Колба може бути покрита люмінофором. Вольфрамова спіраль служить додатковим джерелом світла в червоній області спектру й одночасно виконує функцію баластового тиску для ртутного пальника. Завдяки цьому пристрою поліпшується передача кольору і відпадає необхідність використання додаткового дроселя.

Рис. 1.8. Ртутно-вольфрамова лампа

1.4 Напівпровідникові світлодіоди

На думку більшості фахівців, майбутнє освітлення - за лампами і світильниками на світлодіодах (рис. 1.9). На даний момент вони ще не так затребувані на ринку, як люмінесцентні лампи або лампи розжарювання, і в основному застосовуються в архітектурному, ландшафтному і декоративному освітленні. Особливу увагу хотілося приділити світлодіодам, які продукують великий світловий потік, як правило, ці світлодіоди з потужністю від 1 Вт до

15 Вт. Дані джерела світла мають достатньо велику світловіддачу, що наближається вже до значення світловіддачі газорозрядних ламп, великий термін служби, компактні розміри і досить велика яскравість. Всі ці властивості відкривають нові можливості застосування світлодіодів, як для загального, так і для прожекторного освітлення.

Завдяки відсутності тіла розжарювання світлодіоди відрізняються високим ККД і великим терміном служби (80 000 - 100 000 годин). Нове джерело світла випромінює світло червоного, жовтого, білого, блакитного або зеленого кольору (додаток 1, рис. 5).

Світлодіоди випускають випромінювання з вузьким спектром, довжина хвилі якого залежить від напівпровідникового матеріалу і від способу його легування. Яскравість випромінювання більшості світлодіодів знаходиться на рівні 103-105 кд/м². ККД видимого випромінювання світлодіода становить від 0,01% до кількох відсотків. Іноді для поліпшення світлотехнічних характеристик світлодіодів для кристалів вибирають напівсферичну форму і забезпечують випромінювач параболічним або конічним відбивачем. Такі світлодіоди мають ККД до 40%.

В промисловості випускаються дискретні та інтегральні (багатоелементні) світлодіоди. Дискретні світлодіоди використовують в якості сигнальних індикаторів. Інтегральні світлодіоди - цифро-знакові або багатобарвні панелі - застосовують у різноманітних системах відображення інформації. Світлодіоди широко застосовуються в оптичній локації (ІЧ- світлодіоди), в оптичному зв'язку. У ряді областей застосування світлодіоди конкурують з напівпровідниковими лазерами, які генерують когерентне випромінювання.

Рис. 1.9. Світлодіоди

2. Переваги і недоліки різних джерел випромінювання

Лампи розжарювання. До переваг ламп розжарювання слід віднести: зручність експлуатації, суцільний спектр, що забезпечує в багатьох випадках прийнятне перенесення кольорів; відпрацьовану технологію виготовлення ламп в широкому діапазоні потужностей; малу вартість; достатньо високу надійність.

Недоліками ламп розжарювання є низька світлова віддача (світловий ККД освітлювальних ламп становить 1-3%, тобто лампи розжарення є малоекономічними джерелами світла); дають лише 5% світла і 95% тепла; спектральний склад істотно відрізняється від спектрального складу сонячного випромінювання.

Галогенні лампи. Перевагами галогенних ламп є висока світловіддача; стабільно яскраве світло протягом терміну служби; довгий термін служби; мініатюрна конструкція; можливість регулювання світлового потоку; високий рівень безпеки, особливо в умовах підвищеної вологості (низьковольтні лампи).

Недоліки галогенів в тому, що вони потребують бережного ставлення. До скляної поверхні лампи краще не торкатися голими руками, тому що на ній залишаються жирні плями, що може привести до оплавлення в цьому місці скла колби. Галогенні лампи дуже чутливі до скачок напруги мережі, тому їх слід включати через стабілізатор напруги, а низьковольтні - через трансформатор. Температура колби може досягати 500 ° С, тому при установці ламп слід дотримуватися норм протипожежної безпеки (наприклад, забезпечити достатню відстань між поверхнею перекриття і підвісною стелею).

Люмінесцентні лампи. Переваги люмінесцентних ламп: широкий діапазон кольоровості; у порівнянні з лампами розжарювання забезпечує такий же світловий потік, але споживають в 4-5 разів менше енергії; мають низьку температуру колби; підвищений термін служби;

Недоліки люмінесцентних ламп: знижується світловий потік при підвищених температурах; вміст ртуті (хоча і в дуже малих кількостях, 40-60 мг). Ця доза нешкідлива, проте постійна схильність пагубному впливу може завдати шкоди здоров'ю; люмінесцентні лампи не пристосовані до роботи при температурі повітря нижче 15-20 ° С.

Енергозберігаюча люмінесцентна лампа. Переваги компактних ламп порівняно з лампами розжарювання: до 80% менше споживання струму при тій же кількості світла; термін служби в 6-15 разів більший в порівнянні зі звичайними лампами розжарювання і складає, відповідно, 6000-15000 годин в залежності від типу; менші втрати на обслуговування за рахунок тривалого часу служби люмінесцентних ламп: можливість вибору кольору світіння. Компактні люмінесцентні лампи мають універсальне застосування та використовуються у всіх сегментах нерухомості. Більш того, вони заощаджують більше, ніж коштують самі.

Газорозрядні лампи високого тиску.

До переваг металогалогенних ламп відносяться: висока світлова віддача (60 - 110 лм / Вт); великий термін служби (до 15000 годин); компактні розміри. Недоліки цих ламп: не підходять для плавного регулювання; довге запалювання і перезапалювання.

Позитивні характеристики натрієвих ламп: високий рівень світловіддачі (до 150 лм / Вт); тривалий термін служби (до 32 000 годин); енергетична економічність. Недоліки натрієвих ламп: погана передача кольору (Ra = 20); довге запалювання і перезапалювання (до 10 хвилин).

Переваги ртутних газорозрядних ламп: широкий діапазон потужностей; достатній рівень світлової віддачі (30-60 лм / Вт); великий термін служби (до 12 000 годин); ртутно-вольфрамові лампи не вимагають регулюючих апаратів запуску; компактні розміри.

Недоліки ртутних газорозрядних ламп: погана передача кольору; довге запалювання і перезапалювання (до 5 хвилин).

Світлодіоди.

Світлодіоди економлять електроенергію. Вони довговічні і надійні. Термін служби світлодіода досягає 100 тис. годин - 10 років безперервної роботи. У 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання і 8-10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Ці лампи надійніше за лампу розжарювання через повну несприйнятливість до вібрацій і ударів. Мала тепловіддача і низька напруга визначають високий рівень безпеки. Екологічний продукт. Світлодіоди не шкодять екології, оскільки в їх склад не входить ртуть, і вони майже не нагріваються в процесі роботи. Світлодіодне освітлення володіє високим ККД. Електрична енергія перетворюється у випромінювання найбільш безпосереднім чином з всіх існуючих, що дозволяє добитися найбільшої світлової віддачі на сьогоднішній момент. ККД світлодіода – до 100%, люмінесцентна лампа – до 25%, лампа розжарювання – до 5% ( 95% йде на нагрів вольфрамової спіралі)

3. Стандартні джерела випромінювання та контроль кольору

Одним із факторів, що визначають оцінку кольору, являється спектральна характеристика джерела випромінювання, яка емалюється в контрольно-вимірювальному обладнанні. Детальніше розглянемо, які джерела стандартизовані Міжнародною комісією по освітленні та чим керуватися при виборі джерела для контролю кольору.

3.1 Розподіл світлової енергії по спектру

Найбільш повним описом світлового випромінювання в колориметрії являється графік розподілу енергії по спектру. На (рис. 3.1) представлена спектральна крива стандартизованого джерела D65, що імітує денне сонячне світло. З графіка видно, що в спектрі D65 домінує синє випромінювання, тому освітлена їм ахроматична поверхня має синюватий відтінок.

Рис. 3.1. Спектральна характеристика стандартного джерела D65

Кожне джерело світла характеризується унікальним спектральним розподілом енергії, від якого залежить сприйнятий спостерігачем колір, освітлений цим джерелом поверхні.

3.2 Стандартні джерела світла

Міжнародна комісія по освітленню в різний час стандартизувала джерела випромінювання A, B, C, D і F. Такі джерела характеризуються колірною температурою і графіками розподілу енергії по спектру. Колірна температура, що вимірюється в градусах Кельвіна – це температура абсолютно чорного тіла, при якій воно випромінює світло з необхідними спектральними характеристиками. В сучасних спектрофотометрах, призначених для поліграфії, як правило, емалюються наступні стандартні джерела випромінювання: A, C, D50, D55, D65, D75, F2, F7, F11 і F12.

3.3 Стандартне джерело випромінювання A