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余达坚:浅析专业摇头电脑灯的构造原理
 
慧聪网   2005年10月17日9时26分   信息来源:慧聪网广电行业频道    

    作者:广州仁丰声光科技有限公司总经理  余达坚

    专业摇头电脑灯是集电子、机械、光学为一体的高科技产品。合格的专业摇头电脑灯,必须稳定可靠、光效优良、定位准确、散热良好,灯体及材料结构符合人机工程要求。

    专业摇头电脑灯从使用功率的大小可以分为250W、575W、1200W等品种。其中1200W为专业演出场所的主要灯型。本文重点对1200W摇头灯的构造原理进行剖析。 概括地说,摇头电脑灯是由光学、机械、电气及程序控制三大系统组成。三大系统相互关联、有机组合,满足光、色彩、速度、方向、效果、散热、噪声、定位等要素的需要。

一、光学系统

    光学系统设计最主要考虑光源光通量利用率。具体表现指标包括光的强度、均匀度、饱和度、光斑大小。影响上述指标的要素有两方面,一是光源,二是光学系统结构、材料选择。目前,国内外厂家、用户基本推荐OSRAM或PHILIPS 1200W短弧双端金属气体放电灯管。其特性是紧凑性、高亮度、高色温、显色性好及灯源在调暗的过程中,能保持相对稳定的色温。缺点是,这种灯管内填充剂的分层问题,即填充剂在电弧成像中出现色带或在电弧管凝结,形成阴影效果,需在光学结构设计时控制在最小范围。

    在光学结构中,为求得均匀的混合光束,可采用抛物面的反光镜,要采集发散或窄光束,应选择有刻度加工或表面纹理的反光镜。使用镜面反射材料制成的反射器系统比折射系统好。当需要从一个光源得到几条光束时,可采用棱镜或透镜组合的折射系统。当前,国内外1200W摇头电脑灯的光学设计中,均采用透镜组合的方式,由非球面(即抛物面)石英透镜等组成。

    抛物面透镜最重要特性在焦点上放置一个点光源,将得到一平行光束。在光路设计时,还需考虑到光强分布曲线、形状与光源尺寸、反射透镜的口径尺寸大小及光源的形状之间的关联关系。

二、机械系统

    机械系统范围很宽,包括材料、结构、机械性能、壳体要求、散热要求等等。灯具材料选择主要考虑因素有:满足灯的功能要求,制造难易程度及经济性。目前,国际、国内1200W摇头灯的材料主要有钢材、塑料、合金。 在考虑满足灯的总体功能的前提下,设计灯的结构模型,分不同部位,采用不同的材料。如Aceda-spot 1200III 1200W摇头灯,灯体外壳采用塑料件,灯体支撑架、底座、侧板、端板采用铝合金铸件、冲压件、车件。

    灯的结构决定了其机械性能、散热、强度、噪声、重量等要素。 国际、国内1200W摇头灯均采用双臂支撑结构,灯体水平旋转达540°,垂直旋转达255°,底座部分须做加强处理,满足摇头灯的悬挂倒装要求。

    灯体的机械性能,主要体现在灯体部件的机械强度,使灯体在连续有效工作的时间内,不变形、耐磨损、耐腐蚀、抗震、抗压;灯的壳体必须有严格的防水、防尘、防静电、防潮要求。根据防尘、防水的程度不同划分不同的外壳的防护等级要求:如室内使用的电脑灯的防护要求等级通常为IP20,室外的电脑灯的防护要求等级通常为IP44。

    1200W大功率电脑灯的机械结构,散热要求至关重要,散热系统如有缺陷,通常会造成电器参数漂移,色片、影片破裂,出现斑块,产生死机、失步、不受控制等严重后果。

三、电气及程序控制部分

    1、摇头电脑灯的电气特性及电路设计

    目前全世界范围内专业1200W摇头电脑灯绝大多数采用稀有气体放电泡光源。 气体放电泡的启动和稳定工作取决于电路类型的设计、供电电源、镇流器等电气元件的选择。稀有气体放电泡启动后,一般不需要稳定的时间,为保证趋稳,在整个交流周期里,电路的维持电压和灯泡的瞬时电压之间的差值应充分大。

    光源的启动、稳定性、熄灭、再起动,应根据光源的特性要求设计电路。稀有气体放电泡的启动电压非常高,要求采用变压器、启动器件、半共振电路等方式,提高瞬间启动电压。光源起动后的稳定性,取决于镇流器和电能参数的匹配。镇流器的基本功能是防止电流失控和使光源在它正常的电气特性下工作。目前生产企业通常采用两种镇流器,一种是电感整流器,一种是电子整流器。电感整流器的优点是稳定性好,缺点是重,对灯体的强度、搬运、装卸都有较高要求;电子整流器本质上是电源转换电路,将输入的电源电流进行频率、波形和幅度方面的改变。其优点是重量轻,方便装卸、搬运;缺点是结构设计要求高,维护成本高。

    光源的再启动,在常规电路设计中,由于气体放电泡工作时产生高温,使泡内饱和气体形成蒸气压阻力,光源要立即再触发很难实现,必须使灯内气体压强降低至冷态数值后,才能触发重新启动。目前,国际、国内生产企业基本采用常规电路设计。

    2、程序控制部分

    目前国际、国内电脑灯普遍采用DMX数据格式编写程序文件。DMX512的原理:DMX数据流的速度是250K,即每个BIT为标准的4微秒。DMX的数据格式分为以下部分:

    1)IDLE(空闲的)或NO DMX situation(情况):当没有DMX数据包输出时,将是一个高电平信号;

    2)BREAK:DMX数据包的开始是一个88微秒的低电平输出的预报{头};

    3)MARK AFTER BREAK (MAB):MAB是BREAK后,是一个8微秒的高电平或2个脉冲;

    4)START CODE(SC)开始代码:SC是数据流开始的通道数据,它具有与通道数据相同的格式,一般为11个脉冲或44微秒;

    5)MARK TIME BETWEEN FRAMES(MTBF):MTBF可以为0-1秒,小于1秒,在每个通道起始位前都能以有MTBF,为高电平;

    6)CHANNEL DATA(CD):通道数据桢在SC之后逻辑格式为1-512或小于512;

    7)MARK TIME BETWEEN PACKETS(MTBP):在有效数据发送完毕后发送高电平。

    电脑灯效果产生,是通过不同的造型景片、不同的色彩变化,不同的视角、水平、垂直出光角度的变化及速度快慢、频闪快慢、光圈大小变化、焦距变化等综合表现。所有这些属性指标的工作是通过步进电机的传动来实现的,将步进电机的电气运行参数加以定义编程,就完成了电脑灯的控制。

 
 
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