一款多用途燈具的研究和設(shè)計(jì)

熊慧珺，楊寶林，劉世國

武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050

0 引言

家居類燈具根據(jù)應(yīng)用場景的不同，可分為室內(nèi)燈具和室外燈具。根據(jù)燈具安裝后位置是否能夠移動，室內(nèi)燈具又可分為室內(nèi)移動式燈具和室內(nèi)固定式燈具[1]。其中，室內(nèi)移動式燈具指可在室內(nèi)自由變換位置的燈具，其放置位置可根據(jù)室內(nèi)布置的需要和被照物的位置而改變，主要包括臺燈、落地?zé)?、藝術(shù)欣賞燈等，可用于局部照明和裝飾照明。作為讀寫照明用的臺燈的使用范圍最為廣泛，包括家庭、教室等類似場所[2]。室內(nèi)固定式燈具指安裝在室內(nèi)某一固定位置的燈具，主要包括吸頂燈、吊燈、面板燈、筒燈、射燈、裝飾燈等。

1 臺燈的使用要求

如表1所示，《讀寫作業(yè)臺燈性能要求》（GB/T 9473—2017）[3]將臺燈照度分成了A級和AA級兩個等級，AA級要優(yōu)于A級。眩光要求規(guī)定：正常工作位置的出光口面高度低于750 mm的燈具，當(dāng)人處于坐姿的位置時，人眼觀察到的所有發(fā)光部件的表面亮度不應(yīng)大于2 000 cd/m2。

表1 照度及照度均勻度要求

光生物安全規(guī)定使用LED光源的燈具按《應(yīng)用IEC 62471評估光源和燈具的藍(lán)光危害》（IEC TR 62778）評估的藍(lán)光危害類別不應(yīng)超過RG0，要求相對較高。白光LED的光譜曲線。其中，400～500 mm的藍(lán)光的峰值較高，這是由于白光LED都是用熒光粉包裹藍(lán)光LED，藍(lán)光LED通電后發(fā)出的藍(lán)光打在熒光粉上產(chǎn)生黃光，黃光與藍(lán)光混合從LED中射出，使人們看到白光，但這其實(shí)只是黃藍(lán)兩種顏色的混合光。但是，人眼長時間接受過量藍(lán)光可能會對視網(wǎng)膜造成損傷，因此必須控制燈具的藍(lán)光。

燈具的頻閃指燈具的光通量隨時間波動的現(xiàn)象，具體體現(xiàn)為燈光在較短時間內(nèi)出現(xiàn)明暗變化。人眼對燈具的明暗變化有一個可辨別的閾值，當(dāng)燈光的閃爍頻率在80 Hz以上時，人眼將無法察覺，但燈光的閃爍依然存在。嚴(yán)重的頻閃會刺激人的視覺系統(tǒng)，容易引發(fā)視覺疲勞，因此用作讀書寫字照明的臺燈必須注意頻閃問題。燈具頻閃的根源在于燈具的驅(qū)動電路。燈具的驅(qū)動電路通?？梢苑譃殚_關(guān)恒流電路、線性IC電路和阻容降壓電路3種。以最常用的開關(guān)恒流電路為例，燈具驅(qū)動電路的輸入端接入交流市電，通過變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的低壓直流電，用于給LED供電。所輸出的直流電電壓是恒定值，但電流波形不是一條直線，而是類似交流電按周期變化的曲線，這表明給LED供電的電流是隨時間按周期性變化。LED輸出的光通量取決于輸入的電流大小，會隨時間波動，導(dǎo)致燈具的光通量隨時間波動，因此燈具的頻閃很難避免。通過合理地配置燈具驅(qū)動電路，可以有效地降低輸出電流的波峰，當(dāng)電流的最大值和最小值之差與電流平均值相比小于5%時，燈具的頻閃在人眼可接受范圍內(nèi)。

隨著城市化的發(fā)展，很多家庭都是租住房屋，租住房屋的照明條件通常難以滿足讀寫照明的“固定式燈具的大范圍照明+臺燈的局部照明”要求，甚至室內(nèi)部分區(qū)域的燈光嚴(yán)重不足。此時需增設(shè)各種臺燈，并且在燈光不足的地方安裝固定式燈具。為了防止臺燈在調(diào)節(jié)角度過小時傾倒，會在臺燈底座加配重塊，一般是較大的鑄鐵件，使臺燈底座的尺寸通常較大。對于小戶型家庭，較大底座的臺燈會占用原本就相對擁擠的桌面空間。另外，固定式燈具在安裝時需在天花板或墻壁上打孔以及鋪設(shè)線路，將破壞室內(nèi)原有的外觀，因此租戶難以根據(jù)實(shí)際需求安裝固定式燈具，為生活和學(xué)習(xí)帶來了極大的不便。

2 多用途燈具的用途、結(jié)構(gòu)和材料

針對上述原因，筆者設(shè)計(jì)了一款兼具臺燈和固定式燈具功能的多用途燈具。該燈具的電源線末端為插頭，將插頭插入房屋內(nèi)的插座即可給燈具供電；當(dāng)燈具安裝處附近無插座時，可利用燈具隨機(jī)配置的移動電源供電，解決了新增燈具的線路鋪設(shè)問題。

所設(shè)計(jì)的多用途燈具由壁掛座、伸縮桿、安裝卡鉤、燈具主體等部分組成，其吊裝示意圖如圖1所示，壁裝示意圖如圖2所示。

圖1 多用途燈具吊裝示意圖

圖2 多用途燈具壁裝示意圖

其中，壁掛座通過背面的吸盤或背膠固定在墻壁上，正面設(shè)有支座，與伸縮桿尾端相配合，伸縮桿可以相對壁掛座在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)±90°，停留在相應(yīng)位置，如圖3所示。伸縮桿的長度可調(diào)節(jié)，其頭部與安裝卡鉤相配合。該燈具本體安裝在安裝卡鉤上，并可相對于伸縮桿在水平面旋轉(zhuǎn)360°、垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)±90°，停留在相應(yīng)位置。燈具電源線末端設(shè)有2腳插頭，可插入插座得電。

由以上結(jié)構(gòu)可知，該燈具無須在墻上打孔，無須另外鋪設(shè)線路，即可實(shí)現(xiàn)吊裝和壁掛兩種安裝模式，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈具的照明角度，作為固定式燈具使用。通過調(diào)整伸縮桿的長度，能大幅度快速地調(diào)節(jié)燈具與被照物的距離，調(diào)整后距離桌面較近時可將其作為臺燈使用。

該燈具本體主要由塑料（PC）制成，采用LED光源。安裝卡鉤的材料是PC，伸縮桿的材料是鋁合金。為了達(dá)到足夠的強(qiáng)度和使用壽命，壁掛座的材料采用聚丙烯（PP）+30%玻纖。由燈具各主要部分的材料可知，該燈具整體重量較輕，吊裝或壁裝后，安裝強(qiáng)度可符合CCC標(biāo)準(zhǔn)。該燈具可以作為臺燈使用，因此需降低眩光，并滿足光生物安全的要求，即藍(lán)光危害類別不得超過RG0。

照明用LED燈具的光源板的安裝方式分為直裝式和側(cè)裝式2種。直裝式的光源板安裝在燈具出光系統(tǒng)的底部，LED發(fā)光面對燈具的出光口，一般通過透鏡改變LED的出光性能。當(dāng)燈具的光通量較大且色溫在4000 K以上時，眩光較嚴(yán)重，無法滿足光生物安全的要求。側(cè)裝式的光源板安裝在燈具出光系統(tǒng)的側(cè)面，其LED發(fā)光面不直接對著出光口，而是通過導(dǎo)光板將光導(dǎo)出至燈具的出光口，導(dǎo)光板的材料通常采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或PC。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，光源板側(cè)裝式燈具所發(fā)出的藍(lán)光會顯著減少，眩光程度也較輕。因此，該燈具將光源板側(cè)裝，燈具出光系統(tǒng)的底部放置反光紙，再用導(dǎo)光板緊貼LED，使LED發(fā)出的光經(jīng)過折射和反射，均勻、柔和地導(dǎo)出至出光口。

該燈具還可以加裝紅外傳感器和光線傳感器并增加相應(yīng)的調(diào)節(jié)電路。燈具加裝紅外傳感器后，可根據(jù)燈具下方是否有人而自動開關(guān)燈；加裝光線傳感器后，可根據(jù)燈具所處環(huán)境的光線亮度，自動調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光亮度。

另外，該燈具采用隔離電源，且采用塑料外殼，屬于二類燈具，安全性較高。

3 多用途燈具的優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)有的固定燈具（吊燈、壁燈等）相比，該多用途燈具無須在墻上打孔，無須鋪設(shè)線路即可安裝；無須另配附件即可自由選擇吊裝或壁裝；能便捷地調(diào)節(jié)燈具與被照物的距離。同時，該燈具可以靈活多變地滿足人們的照明需求，特別是租住房屋的照明需求。

與現(xiàn)有的移動燈具（臺燈等）相比，該多用途燈具的照明范圍更廣，與被照物的距離調(diào)節(jié)更為靈活，且不占用桌面或地面空間，極大地改善了人們的照明體驗(yàn)。

4 結(jié)束語

通過分析臺燈的使用要求和租住房屋的照明條件，筆者設(shè)計(jì)了一款兼具臺燈和固定式燈具功能的多用途燈具。該燈具的安裝可以實(shí)現(xiàn)無須打孔和鋪設(shè)線路，可以有效滿足人們對房屋的照明需求，同時改善人們的照明體驗(yàn)。