博物館照明系統(tǒng)解決方案

0白led照明未來發(fā)展方向近年來，全球超級高光裕光裕矩形裝置（light）的產量逐年快速增長。除了傳統(tǒng)的工程性光刻3mm和5mm結構外，工作電流為20ma的傳統(tǒng)封裝綠色能源還顯著提高了輸出綠色能源的性能，尤其是安裝在350ma的固定電源中。1w光效約60lm，半光衰竭時間超過數(shù)萬小時，這為光效分配奠定了基礎。光機光機的廣泛應用是基于高光效和低價格。廣泛應用的行業(yè)不僅包括日夜工程、背光源、交通燈、汽車照明等，還包括一些特殊的照明，如礦燈、器械、攝影等?，F(xiàn)在是向普通照明發(fā)展的。商品化白光LED以藍光LED涂敷熒光粉技術占市場主流,是靠藍光和由藍光激發(fā)熒光粉產生的黃光混合形成白光.通過合理選擇和匹配熒光粉和藍光LED芯片的光學參數(shù),可以優(yōu)化白光LED光效、色溫及顯色性之間的關系,并可針對不同的應用要求進行不同的優(yōu)化組合.博物館是展示文物、字畫等珍貴物品的專業(yè)場所,博物館照明光源的設計需要考慮參展物品對光源的特殊要求,使這些物品能夠給參觀者真實的感受,并且這些物品不會因為被照明光源的長期照射而損壞變質.本文就結合博物館照明的實際需求,討論并給出適合于字畫等張貼類展品照明的一個具體解決方案.1紫外-紅外光線博物館展品由于類型不同,對照明光源的色溫、亮度等要求也不同,選擇的照明方式、使用的燈具和電光源類型也有所不同.如絲織品、印刷品、植物標本等對光非常敏感的藏品,一般要求最大照度不能超過50lx,色溫2900K為宜;而對于油畫、木制品、皮革等對光比較敏感的藏品,其最大照度也不能超過200lx,色溫4000K左右較合適;對于金屬、陶瓷、玻璃等對光不敏感的藏品,其照度一般不受限制.為了減少對展品的損害,照明光源一般均要求不能含有紫外(UV)和紅外(IR)線,主要是因為紫外和紅外線不僅無助于增加亮度,而且會對展品有負面影響.紫外線對文物的損傷機理主要是光化學反應,引起有機結構的碳鏈被打斷,造成展品表面褪色或脆化.紅外輻射能使文物表面翹曲和龜裂,稱為文物的“無形殺手”,紅外線產生的熱增加材料的干燥程度,使之易脆.博物館內參展的物品價值通常很高,也很嬌貴,因此,館內照明的基本要求就是,物品要能看得清楚,物品的色彩不能失真,物品在長期照射下不能發(fā)生褪色、黃變、脆化等現(xiàn)象.傳統(tǒng)室內照明光源主要有兩種類型,一是氣體放電類光源,如熒光燈、節(jié)能燈等,二是熱輻射光源,如白熾燈等.前者是以紫外線激發(fā)紅、藍、綠熒光粉實現(xiàn)白光,在其光譜成分中,可能含有一定的紫外成分;后者的光譜中含有大量的紅外光,因此,這兩類普通照明光源用于博物館照明均存在不足.白光LED的迅速發(fā)展,為博物館照明提供可能.這是由于白光LED不含有紫外和紅外光,正好可以彌補前述光源的不足.由于白光LED功率的限制,特別適合用于對光比較敏感、照度要求較低的展品,對于該類展品,照明光源還要滿足一些其它條件,這些條件是:1)在被照區(qū)域內亮度要均勻、色溫要一致,為了便于物品長期存放并適合于參觀,被照區(qū)域內亮度不能過高,通常在40cd/m2左右即可;2)色溫要低,一般要求2900K左右;3)顯色性要高,以保證物品的色彩不失真,通常要90以上;4)照明光源布局設計要合理,便于參觀,不眩光.白光LED是固體發(fā)光,低壓直流驅動,環(huán)保節(jié)能,光輸出利用率高,通過合理設計,可以無頻閃,有利于保護眼睛.通過模塊化設計,便于安裝、維護和使用.2led采集模塊為了在墻面上產生均勻的照明效果,博物館照明系統(tǒng)設計方案如圖1(a)所示.在立面墻的上方和下方均安裝LED照明燈,兩者之間的距離為280cm,距離立面墻距離為90cm.上排照明燈投射方向向下傾斜,即主光軸與水平面成一定角度;下排照明燈投射方向向上傾斜.主光軸與水平面所成的角度通過安裝確定,并能在一定范圍內調節(jié).上、下排照明燈采用模塊化設計,每個照明燈模塊長0.5m,均勻分布5顆1W白光LED光源,兩個1W白光LED光源之間的距離為10cm,如圖1(b)所示.每個模塊配置一個獨立的恒流驅動器,恒流驅動器輸入為220V交流市電,輸出電流為350mA,電壓最大值21V.白光LED光源產生的熱量既不利于光源長期穩(wěn)定地工作,也對文物展品有負面影響,因此,散熱問題非常關鍵.這里每個模塊上的5顆1W白光LED均直接固定在導熱效率很高的鋁基PCB板上,鋁基板既起導熱作用,又通過PCB連線把各個白光LED串連起來,形成通路.1W白光LED的正負極引腳直接焊接在鋁基板上,其熱沉與鋁基板直接接觸,并填充適量的導熱硅脂,以增強傳熱效果,照明燈模塊截面圖如圖1(c)所示.鋁基板再通過螺釘固定在相同長度的鋁型材上,鋁型材不僅是主要的熱散器件,還是安裝固定照明燈模塊的支撐部件.每0.5m只有5W左右的熱量,發(fā)熱功率低,熱源相對分散,并且采用良好的導熱、散熱設計,因此不會對展品周圍的環(huán)境造成較大的溫升.由于每個模塊均配有獨立的驅動器,驅動器本身也會發(fā)出一定熱量,因此驅動器應固定在離光源和展品較遠的位置.由于每個模塊的5顆1W白光LED采用串連連接,當其中之一發(fā)生短路失效時,該模塊的5顆白光LED將同時不亮,因此需要更換整個模塊.更換模塊其實并不復雜,只要把該模塊上鋁基板從鋁型材上取下,重新更換一條即可.3wracepero-pbd算法驗證上述照明系統(tǒng)設計方案的核心是1W白光LED的設計.根據(jù)系統(tǒng)對白光LED、色參數(shù)的要求,即低色溫、高顯色指數(shù),這里選擇藍光LED芯片的主波長為455nm,輻射功率110mW.熒光粉選擇YAG發(fā)黃光熒光粉,并適量添加硫化物體系的發(fā)紅光熒光粉.白光LED色溫波動范圍控制在±5%內,顯色指數(shù)要達到90以上.實際制作出的1W白光LED,隨機提取5顆,測試數(shù)據(jù)如表1所示.由表1數(shù)據(jù)可知,每顆1W白光LED光通量為28lm左右,視角84°左右,色溫與顯色指數(shù)均達到設計要求.上述樣品提取其中之一(這里為4號樣品),測得其光譜圖如圖2所示,光譜能量主要集中在紅、黃、綠光部分,不含紫外和紅外線成分.該樣品各特殊顯色指數(shù)如表2所示.可以看出,各特殊顯色指數(shù)中,R12最低,為77,絕大部分均在90以上,也就是說,各種不同色彩在該光源照射下,色彩還原性能均能得到較好體現(xiàn).1W白光LED每10cm安裝一顆,均勻分布在靠近天棚和地板的兩排上(具體安裝尺寸見圖1(a)),上排光源斜向下照射墻面,下排光源斜向上照射墻面(主光軸與垂直面夾角均為42°),由于白光LED的半值角較大,不會形成過于集中的光斑,同一排上的每顆光源輻射面積在水平方向相互交疊,上下兩排光源的輻射面積在垂直方向相互交疊,因此,整個墻面的照度分布較均勻,用TracePro光學設計軟件仿真結果如圖3所示,區(qū)域照度基本在30～50lx之間,完全滿足博物館對光非常敏感的展品的照明需要,實際使用情況也基本與仿真結果相符.4led照明的應用前景博物館不同的文物展品,需要不同的照明條件.在眾多的人工光源中,白光LED不含紫外和紅外光成分,屬于冷光源,功率可以從1W甚至幾十毫瓦做起(而相當功率的熒光燈或白熾燈等光源卻很難實現(xiàn)),發(fā)熱量低,壽命長、維護方便,在博物館照明領域有廣闊的應用前景.本文設計的1W白光LED在顯色性和色溫方面完全可以滿足諸如染織品、服裝、水彩畫、郵票、印刷品、壁紙、自然標本等對光非常敏感的文