博物馆照明系统解决方案

博物馆照明系统解决方案

0白led照明未来发展方向近年来，全球超级高光裕光裕矩形装置（light）的产量逐年快速增长。除了传统的工程性光刻3mm和5mm结构外，工作电流为20ma的传统封装绿色能源还显著提高了输出绿色能源的性能，尤其是安装在350ma的固定电源中。1w光效约60lm，半光衰竭时间超过数万小时，这为光效分配奠定了基础。光机光机的广泛应用是基于高光效和低价格。广泛应用的行业不仅包括日夜工程、背光源、交通灯、汽车照明等，还包括一些特殊的照明，如矿灯、器械、摄影等。现在是向普通照明发展的。商品化白光LED以蓝光LED涂敷荧光粉技术占市场主流,是靠蓝光和由蓝光激发荧光粉产生的黄光混合形成白光.通过合理选择和匹配荧光粉和蓝光LED芯片的光学参数,可以优化白光LED光效、色温及显色性之间的关系,并可针对不同的应用要求进行不同的优化组合.博物馆是展示文物、字画等珍贵物品的专业场所,博物馆照明光源的设计需要考虑参展物品对光源的特殊要求,使这些物品能够给参观者真实的感受,并且这些物品不会因为被照明光源的长期照射而损坏变质.本文就结合博物馆照明的实际需求,讨论并给出适合于字画等张贴类展品照明的一个具体解决方案.1紫外-红外光线博物馆展品由于类型不同,对照明光源的色温、亮度等要求也不同,选择的照明方式、使用的灯具和电光源类型也有所不同.如丝织品、印刷品、植物标本等对光非常敏感的藏品,一般要求最大照度不能超过50lx,色温2900K为宜;而对于油画、木制品、皮革等对光比较敏感的藏品,其最大照度也不能超过200lx,色温4000K左右较合适;对于金属、陶瓷、玻璃等对光不敏感的藏品,其照度一般不受限制.为了减少对展品的损害,照明光源一般均要求不能含有紫外(UV)和红外(IR)线,主要是因为紫外和红外线不仅无助于增加亮度,而且会对展品有负面影响.紫外线对文物的损伤机理主要是光化学反应,引起有机结构的碳链被打断,造成展品表面褪色或脆化.红外辐射能使文物表面翘曲和龟裂,称为文物的“无形杀手”,红外线产生的热增加材料的干燥程度,使之易脆.博物馆内参展的物品价值通常很高,也很娇贵,因此,馆内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,物品在长期照射下不能发生褪色、黄变、脆化等现象.传统室内照明光源主要有两种类型,一是气体放电类光源,如荧光灯、节能灯等,二是热辐射光源,如白炽灯等.前者是以紫外线激发红、蓝、绿荧光粉实现白光,在其光谱成分中,可能含有一定的紫外成分;后者的光谱中含有大量的红外光,因此,这两类普通照明光源用于博物馆照明均存在不足.白光LED的迅速发展,为博物馆照明提供可能.这是由于白光LED不含有紫外和红外光,正好可以弥补前述光源的不足.由于白光LED功率的限制,特别适合用于对光比较敏感、照度要求较低的展品,对于该类展品,照明光源还要满足一些其它条件,这些条件是:1)在被照区域内亮度要均匀、色温要一致,为了便于物品长期存放并适合于参观,被照区域内亮度不能过高,通常在40cd/m2左右即可;2)色温要低,一般要求2900K左右;3)显色性要高,以保证物品的色彩不失真,通常要90以上;4)照明光源布局设计要合理,便于参观,不眩光.白光LED是固体发光,低压直流驱动,环保节能,光输出利用率高,通过合理设计,可以无频闪,有利于保护眼睛.通过模块化设计,便于安装、维护和使用.2led采集模块为了在墙面上产生均匀的照明效果,博物馆照明系统设计方案如图1(a)所示.在立面墙的上方和下方均安装LED照明灯,两者之间的距离为280cm,距离立面墙距离为90cm.上排照明灯投射方向向下倾斜,即主光轴与水平面成一定角度;下排照明灯投射方向向上倾斜.主光轴与水平面所成的角度通过安装确定,并能在一定范围内调节.上、下排照明灯采用模块化设计,每个照明灯模块长0.5m,均匀分布5颗1W白光LED光源,两个1W白光LED光源之间的距离为10cm,如图1(b)所示.每个模块配置一个独立的恒流驱动器,恒流驱动器输入为220V交流市电,输出电流为350mA,电压最大值21V.白光LED光源产生的热量既不利于光源长期稳定地工作,也对文物展品有负面影响,因此,散热问题非常关键.这里每个模块上的5颗1W白光LED均直接固定在导热效率很高的铝基PCB板上,铝基板既起导热作用,又通过PCB连线把各个白光LED串连起来,形成通路.1W白光LED的正负极引脚直接焊接在铝基板上,其热沉与铝基板直接接触,并填充适量的导热硅脂,以增强传热效果,照明灯模块截面图如图1(c)所示.铝基板再通过螺钉固定在相同长度的铝型材上,铝型材不仅是主要的热散器件,还是安装固定照明灯模块的支撑部件.每0.5m只有5W左右的热量,发热功率低,热源相对分散,并且采用良好的导热、散热设计,因此不会对展品周围的环境造成较大的温升.由于每个模块均配有独立的驱动器,驱动器本身也会发出一定热量,因此驱动器应固定在离光源和展品较远的位置.由于每个模块的5颗1W白光LED采用串连连接,当其中之一发生短路失效时,该模块的5颗白光LED将同时不亮,因此需要更换整个模块.更换模块其实并不复杂,只要把该模块上铝基板从铝型材上取下,重新更换一条即可.3wracepero-pbd算法验证上述照明系统设计方案的核心是1W白光LED的设计.根据系统对白光LED、色参数的要求,即低色温、高显色指数,这里选择蓝光LED芯片的主波长为455nm,辐射功率110mW.荧光粉选择YAG发黄光荧光粉,并适量添加硫化物体系的发红光荧光粉.白光LED色温波动范围控制在±5%内,显色指数要达到90以上.实际制作出的1W白光LED,随机提取5颗,测试数据如表1所示.由表1数据可知,每颗1W白光LED光通量为28lm左右,视角84°左右,色温与显色指数均达到设计要求.上述样品提取其中之一(这里为4号样品),测得其光谱图如图2所示,光谱能量主要集中在红、黄、绿光部分,不含紫外和红外线成分.该样品各特殊显色指数如表2所示.可以看出,各特殊显色指数中,R12最低,为77,绝大部分均在90以上,也就是说,各种不同色彩在该光源照射下,色彩还原性能均能得到较好体现.1W白光LED每10cm安装一颗,均匀分布在靠近天棚和地板的两排上(具体安装尺寸见图1(a)),上排光源斜向下照射墙面,下排光源斜向上照射墙面(主光轴与垂直面夹角均为42°),由于白光LED的半值角较大,不会形成过于集中的光斑,同一排上的每颗光源辐射面积在水平方向相互交叠,上下两排光源的辐射面积在垂直方向相互交叠,因此,整个墙面的照度分布较均匀,用TracePro光学设计软件仿真结果如图3所示,区域照度基本在30～50lx之间,完全满足博物馆对光非常敏感的展品的照明需要,实际使用情况也基本与仿真结果相符.4led照明的应用前景博物馆不同的文物展品,需要不同的照明条件.在众多的人工光源中,白光LED不含紫外和红外光成分,属于冷光源,功率可以从1W甚至几十毫瓦做起(而相当功率的荧光灯或白炽灯等光源却很难实现),发热量低,寿命长、维护方便,在博物馆照明领域有广阔的应用前景.本文设计的1W白光LED在显色性和色温方面完全可以满足诸如染织品、服装、水彩画、邮票、印刷品、壁纸、自然标本等对光非常敏感的文