博物館展示燈光原理的運(yùn)用與燈具的選購(gòu)

張江龍

摘 要：作為博物館的管理者，設(shè)備專(zhuān)業(yè)工程管理人員，能為單位及時(shí)排除各類(lèi)電氣故障，使電氣設(shè)備得以正常工作，這是我的本職工作；博物館的電氣設(shè)備維護(hù)者，更應(yīng)了解燈光效果及各類(lèi)燈具性能的優(yōu)缺點(diǎn)，使展廳布置達(dá)到更理想化的觀看效果，給觀眾帶來(lái)豐富的想象空間，這就使博物館展廳燈光原理的運(yùn)用與燈具的選購(gòu)顯得尤為重要，如何更好地選用燈具達(dá)到環(huán)保以及展示效果，就必須慎重地選購(gòu)。

關(guān)鍵詞：博物館展示燈；燈光原理

中圖分類(lèi)號(hào)：G265 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2017）11-0259-03

一、展廳的燈光效果

博物館展廳系列中層面繁多，在這里我重點(diǎn)闡述自然博物館展廳層面，該館一層分兩個(gè)展廳，一是恐龍展廳，另一個(gè)是海洋生物展廳。

（一）恐龍展廳

恐龍是屬于中生代的生物，早在幾千萬(wàn)年前全都絕滅，引發(fā)了許許多多的人去探索恐龍是如何滅絕的，但至今仍是一個(gè)謎。對(duì)于如此遙遠(yuǎn)及神秘的古生物，僅憑幾個(gè)生冷堅(jiān)硬的化石骨架，很難引發(fā)人的興致與想象。這時(shí)燈光效果就顯示了它的重要作用。當(dāng)然，大型的活靈活現(xiàn)的背景圖同樣不可缺少，但這些圖如果只是從正面照射，會(huì)給人反光刺眼光線分布不勻之感，如果從圖的里面裝入燈光，整個(gè)畫(huà)面就鮮亮起來(lái)，那高大的禮賢江山龍似在水中閑庭漫步，長(zhǎng)長(zhǎng)的脖子往后回首，似在悠閑地吃著岸上的樹(shù)葉，寧?kù)o，祥和，真實(shí)感頓時(shí)大大增強(qiáng)。

同時(shí)在布置的巖體上做出一個(gè)洞，讓恐龍的尾部從洞的這頭伸進(jìn)，又從洞的那頭鉆出，里面布置光線稍暗的燈光。此時(shí)恐龍的神秘感油然而生，同時(shí)冰冷的石頭似乎也被賦予了生命，一切顯得靈動(dòng)起來(lái)，那只藏著尾巴的恐龍似個(gè)調(diào)皮的孩子在與你捉迷藏，整個(gè)場(chǎng)景一下活了起來(lái)?？紤]到化石的冰冷性，整個(gè)展廳基本采用了高壓鈉燈，該燈在正常工作狀態(tài)下發(fā)出的是金白色光，它的光色柔和，這樣，這些冷冷的化石一下溫暖起來(lái)。

（二）海洋展廳

一直以來(lái)，海洋都是人們向往的地方，說(shuō)起海洋，就想起一片無(wú)垠的湛藍(lán)，想到海鷗想到海灘想到美好。但海洋里的生物又是如何演示的呢？海洋展廳基本給了我們一個(gè)真實(shí)的展現(xiàn)，整個(gè)展廳把海洋生物分成了上中下三層，因?yàn)檫@樣的布局，能使得整個(gè)展廳頂端的燈離地面距離極高，但因?yàn)槭呛５资澜?，所以整個(gè)色調(diào)只能是藍(lán)色，此時(shí)只能采用大功率的金屬鈉燈，一般用 250 瓦，但因?yàn)殡x地面太高，這般大的功率仍顯光線暗淡，觀眾很難把標(biāo)本看著非常清晰，對(duì)標(biāo)本的命名與介紹更難辨別。而整個(gè)地面也仿真正的海洋，鋪上了層層疊疊、高低起伏的珊瑚等，于是在各個(gè)隱暗處照射出燈光，直指標(biāo)本，這樣使得頭頂上的標(biāo)本基本一一清晰可見(jiàn)，同時(shí)不失海洋神秘之感。此時(shí)，也不用一一照顧周全，偶爾不照射幾個(gè)，可以讓觀眾有驚喜，仔細(xì)瞧時(shí)，發(fā)現(xiàn)這里怎么有一個(gè)海星，那里怎么還有個(gè)一螃蟹，而在另一個(gè)還有個(gè)可愛(ài)的圓圓的小刺鲀……令觀眾不僅身臨其境，同時(shí)更會(huì)興趣盎然。

二、燈具的工作原理

我們首先來(lái)了解下高壓鈉燈的工作原理。

高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈，屬于第三代電光源，其發(fā)光管采用半透明氧化鋁管制成，燈的外殼采用硬質(zhì)玻璃。啟動(dòng)電源后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發(fā)射的電在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，撞擊放電物質(zhì)有原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基戊無(wú)限循環(huán)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。高壓鈉燈中放電物質(zhì)蒸氣壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數(shù)頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現(xiàn)其它可見(jiàn)光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優(yōu)于低壓鈉燈。？高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈泡。由于氣體放電燈泡的負(fù)阻特性，如果把燈泡單獨(dú)接到電網(wǎng)中去，其工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的，隨著放電過(guò)程繼續(xù)，它必將導(dǎo)致電路中電流無(wú)限上升，最后直至燈光或電路中的零、部件被過(guò)流燒毀。

三、燈具的結(jié)構(gòu)和組成材料

了解了高壓鈉燈的工作原理后，知道了電弧管、燈芯、玻殼等是重要零部件，當(dāng)然也是選購(gòu)時(shí)的重中之重，下面簡(jiǎn)單介紹下這些重要零部件的結(jié)構(gòu)和組成材料及相應(yīng)的特性與作用。

（一）電弧管

電弧管是高壓鈉燈的關(guān)鍵部件。電弧管工作時(shí)，高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強(qiáng)，一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能勝任；而采用半透明多晶氧化鋁和陶瓷管做電弧管管體較為理想。它不僅具有良好的耐高溫和抗菌素鈉蒸氣腐蝕性能，還有良好的可見(jiàn)光穿越能力。另外，單晶氧化鋁陶瓷管在耐高溫、抗菌素鈉蒸氣腐蝕和透光率等性能均優(yōu)于多晶捫化鋁陶瓷管；因其價(jià)格昂貴，所以目前很少被采用。 電弧管是把電極、多晶捫化鋁陶瓷這、帽、焊料環(huán)裝配在一起，加入鈉汞齊進(jìn)入封接爐封接；同時(shí)充入少量氙氣，以改善燈泡的啟動(dòng)特性。電極是用高純鎢絲繞成螺旋狀，在螺旋孔中插入芯桿，浸漬電子粉，然后將電極芯桿一端和鈮管封閉端焊接成一體。多晶氧化鋁陶瓷管（帽）是選用多晶氧化鋁陶瓷粉經(jīng)混粉、噴泉霧干燥、等靜壓成形、素?zé)⒏邷責(zé)Y(jié)和切割等工序制成。 高壓鈉燈的光、電參數(shù)與電弧管的內(nèi)徑和弧長(zhǎng)（兩電極之間距離）有著密切聯(lián)系。

（二）燈芯

燈芯是采用金屬支架將電弧管、消氣劑環(huán)等固定在芯柱上，電弧管兩端電極分別與芯柱上兩根內(nèi)導(dǎo)絲相連接。芯柱由導(dǎo)絲、排氣管和喇叭經(jīng)高溫火焰熔融成一體。金屬導(dǎo)絲與玻璃封接部分的膨脹系數(shù)應(yīng)與匹配，可避免因二種封接材料的膨脹系數(shù)不相同，造成封接處玻璃產(chǎn)生應(yīng)力而爆裂或燈泡慢性漏氣。

（三）玻殼

玻殼是選用高溫的硬料玻璃制造。玻殼與燈芯的喇叭口經(jīng)高溫火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性氣體后，再裝上燈頭整個(gè)燈泡基本成型。由于電弧管在高溫狀態(tài)下工作，其外裸的金屬極易氧化、變 脆，就必須將電弧管置于真空或惰性氣體的外殼內(nèi)。這樣還可減少電弧管熱量損失，提高冷端溫度，提高發(fā)光效率。

（四）燈頭

燈頭的作用是方便燈具與燈座、電路相連接。長(zhǎng)壽命燈泡要求燈頭與玻殼連接應(yīng)牢固，不能有松動(dòng)和脫落現(xiàn)象。所以，目前一般采用螺紋機(jī)械緊固技術(shù)，可防止焊泥自然老化而脫落。制造燈頭的材料一般采用黃銅帶，它可與燈座保持較小的接觸電阻，減輕金屬表面氧化層。如燈具在特殊環(huán)境中使用，還可以在黃銅燈頭表面涂覆鉻層或鎳層。

其規(guī)格型號(hào)有： E27 、 E40 二種。

（五）消氣劑

玻殼內(nèi)經(jīng)抽真空后，其真空度僅為 6.6X10 -2 Pa ，仍可使金屬零件氧化，影響燈泡穩(wěn)定地工作；所以在玻殼內(nèi)放置適量消氣劑，可將燈泡內(nèi)真空度提高到 1.4X10 -4 Pa 高真空狀態(tài)。目前，高壓鈉燈一般采用鋇消氣劑，它是把鋇鈦合金置于金屬環(huán)內(nèi)，再將其固定在消氣劑蒸散后不影響光輸出的位置。燈具經(jīng)抽真空工序后，采用高頻感應(yīng)加熱金屬環(huán)，使環(huán)內(nèi)鋇鈦合金受熱后蒸散，在蒸散過(guò)程中吸收殘余有害氣體，同時(shí)在玻殼頸部形成 一層黑色鏡面。

必須指出 ，消氣劑放置位置非常重要，以黑色鏡面不阻礙光線輸出為宜；在使用過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)黑色鏡面部分或全部變成灰白色，它指示該燈泡已漏氣，不能繼續(xù)使用，必須調(diào)換新燈泡。

（六）汞

汞常態(tài)時(shí)呈液態(tài)狀，具有銀白色鏡面光澤。在電弧管中加入泵可提高燈管工作電壓，降低工作電流，減小鎮(zhèn)流器體積，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，增高電弧溫度，提高輻射功率。

（七）鈉

該元素呈銀白色金屬，也稱(chēng)金屬鈉。它的理化性能有質(zhì)軟而輕，可溶于汞生齊。鈉光譜特點(diǎn)為共振輻射線寬，偏向紅色區(qū)，總輻射功率高；高壓鈉燈的光色和發(fā)光效率與鈉蒸氣壓有關(guān)。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的高壓鈉燈均采用鈉汞齊添加入燈泡內(nèi)，可簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，同時(shí)使燈泡參數(shù)一致性有很大提高。

四、燈具的選購(gòu)

燈具的選購(gòu)，尤其重要，首先在燈具選購(gòu)時(shí)要注重產(chǎn)品質(zhì)量。從平常的觀察和日常社會(huì)調(diào)查著手，我發(fā)現(xiàn)燈具從市場(chǎng)大量的品牌系列中，NING寧字牌、歐普牌、菲利普系列，無(wú)論是品牌的知明度，燈光的柔和度，產(chǎn)品的使用壽命、產(chǎn)品的質(zhì)量，都大大優(yōu)于其它的品牌，這是我在長(zhǎng)期的工作實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)積累。尤其是在展廳頂部安置的高壓鈉燈，技術(shù)位置，要求都非常高，如果用質(zhì)量差的劣質(zhì)產(chǎn)品，就要增加維修難度和頻繁度，從人身安全角度和標(biāo)本的保護(hù)兩方面都是非常不利的，所以要選用品牌知明度高、信譽(yù)好、質(zhì)量靠得牢的產(chǎn)品。

如何選用和選購(gòu)燈具呢？首先在選購(gòu)時(shí)要認(rèn)定燈具制造廠家的ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。如果沒(méi)有制造廠家的ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，就不易采購(gòu)，NING寧字牌歐普牌和菲利普牌的燈具外殼上都貼有防偽標(biāo)志，里面有IP序列號(hào)和密碼，這些產(chǎn)品只要到公司的網(wǎng)站上輸入密碼和序列號(hào)，就可鑒別真?zhèn)巍Ｔ诔醪秸J(rèn)定燈具的品牌，ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證和防偽標(biāo)志等同時(shí)，還要對(duì)燈具的亮度、色調(diào)和柔和度進(jìn)行挑選。因?yàn)檎箯d的不同布展，需要各種不同層次，不同效果的光線。比如說(shuō)：展廳一樓遠(yuǎn)古生物標(biāo)本是為了展現(xiàn)遠(yuǎn)古時(shí)代恐龍的生活情景，需要用強(qiáng)烈的仿日光型燈源，這在選購(gòu)燈具時(shí)就要考慮選購(gòu)高壓鈉燈，因?yàn)楦邏衡c燈有著逼真的日光效果，光線灑在恐龍骨架上使觀眾感覺(jué)猶如身臨其境的感覺(jué)，仿佛回到了遠(yuǎn)古時(shí)代，所以在古生物、動(dòng)物展廳選用高壓鈉燈特別重要。

不同的展區(qū)應(yīng)選用不同的燈具型號(hào)和品種。在展廳的另一角展出的各類(lèi)動(dòng)物標(biāo)本，如大型動(dòng)物鯨鯊、鯨魚(yú)、藍(lán)鯨、鯊魚(yú)、海洋軟體動(dòng)物等等。海洋的周?chē)h(huán)境是湛藍(lán)色的，所以我在選購(gòu)燈具上，應(yīng)選用藍(lán)色光源的彩色金屬鹵化物燈，它的特點(diǎn)具有光效高、顯色性能好、壽命大等特點(diǎn)。

從展區(qū)的頂部不同角度照射下，顯示出海洋深處動(dòng)物、生物、軟體動(dòng)物的生活場(chǎng)景，襯托出海洋湛藍(lán)的神秘色彩，吸引了觀眾的視線，使觀眾進(jìn)入展區(qū)就有身臨其境之感覺(jué)，安裝燈具時(shí)應(yīng)注意不同的角度。使觀眾的視覺(jué)角度更明顯，效果更逼真，更令人進(jìn)入遐想的境界。

展區(qū)古生物化石類(lèi)和動(dòng)物標(biāo)本類(lèi)中，燈光效果更為講究。光源不能亮，光線要柔和。因?yàn)榛?lèi)標(biāo)本特別講究，不能用強(qiáng)光照射，只能用柔和明亮的光源，所以在選購(gòu)上應(yīng)注重選用三基色節(jié)能燈。

它的特點(diǎn)是：光源柔和、不刺眼，在照射中不損壞化石，安全性能好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在布置畫(huà)展的臨時(shí)展廳里，對(duì)燈光的要求非常高，不能用強(qiáng)光，所以在選購(gòu)燈具上，應(yīng)用小型三基色節(jié)能燈，品牌用歐普照明，角度上，應(yīng)控制在每個(gè)展品一只燈源，光線適中、柔和。

介紹了如何選購(gòu)燈具和型號(hào)后，觀眾在參觀、游覽之后，對(duì)遠(yuǎn)古時(shí)代古生物及海洋動(dòng)物藝術(shù)家的精品和自博人忘我的勤奮努力工作一定會(huì)贊嘆不已和肅然起敬。

所以說(shuō)燈光照明的效果離不開(kāi)燈具的選購(gòu)，它直接影響著展品直覺(jué)和藝術(shù)美感，燈具的選購(gòu)多么重要。

五、燈具工作環(huán)境的配置

僅有優(yōu)質(zhì)的燈具仍是不夠的，只能在穩(wěn)定地工作狀態(tài)下，才可使燈具壽命更長(zhǎng)。不同的燈具要選用不同的工作環(huán)境。

高壓鈉燈同其他氣體放電燈具一樣，工作是弧光放電狀態(tài)，伏—安特性曲線為負(fù)斜率，即燈具電流上升，而燈具電壓卻下降。在恒定電源條件下，為了保證其性能穩(wěn)定地工作，電路中必須串聯(lián)一具有正阻特性的電路元件來(lái)平衡這種負(fù)阻特性，穩(wěn)定工作電流，該元件稱(chēng)為鎮(zhèn)流器或限流器。電阻器、電容器、電感受器等均肯有限流作用。

電阻性鎮(zhèn)流器體積小，價(jià)格便宜，與高壓鈉燈配套使用會(huì)發(fā)生啟動(dòng)困難，工作時(shí)電阻產(chǎn)生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會(huì)使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，百交流電路中使用燈光有明顯所閃爍現(xiàn)象。

電容性鎮(zhèn)流器雖然不象電阻性鎮(zhèn)流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時(shí)，電容器充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖峰值電流，對(duì)電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈具使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動(dòng)能達(dá)到理想狀態(tài)，成為理想的鎮(zhèn)流器。 電感性鎮(zhèn)流器損耗小，阻抗穩(wěn)定，阻抗菌素性偏差小，使用壽命長(zhǎng)，燈具的穩(wěn)定度比電阻性鎮(zhèn)流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮(zhèn)流器均為電感性鎮(zhèn)流器。

其缺點(diǎn)較苯重及價(jià)格偏高。 另外，電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)，目前其價(jià)格昂貴，可靠性還不能與高壓鈉燈相匹配，除特殊場(chǎng)合使用外，一般情況下很少被采用。 所以，高壓鈉燈必須串聯(lián)與燈具規(guī)格相應(yīng)的鎮(zhèn)流器后方可使用。高壓鈉燈的點(diǎn)燈電路是一個(gè)非線性電路，功率因數(shù)較低，因此在網(wǎng)路上考慮接補(bǔ)償電容，以提高網(wǎng)路的功率因數(shù)。

同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是： 不同規(guī)格的高壓鈉燈必須配用相應(yīng)規(guī)格的鎮(zhèn)流器，燈具與鎮(zhèn)流器不能任意配用，尤其小功率燈具配用大功率鎮(zhèn)流器后，導(dǎo)致工作電流過(guò)大，縮短使用壽命，甚至?xí)篃艟邿龤А?在壽命期間，鎮(zhèn)流器的電壓——功率特性曲線必須在規(guī)定的燈具電壓和功率極限范圍內(nèi)變化。

六、結(jié)語(yǔ)

以上是我對(duì)在工作中燈具的選購(gòu)和使用的一些經(jīng)驗(yàn)，此次寫(xiě)論文搜集材料過(guò)程中學(xué)不了少知識(shí)，感謝大家對(duì)博物館的關(guān)心與愛(ài)護(hù)，謝謝大家。

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