CN103256555B - 变换特定光谱组分的无极灯光照系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变换特定光谱组分的无极灯光照系统，包括：可发射不同光谱组分的无极灯灯管，其内壁不同区域涂覆有不同的荧光粉；安装在所述无极灯灯管支架上的驱动部件，带动所述无极灯灯管在灯罩内变换位置和/或姿态，以变换出射的光谱组分；与所述驱动部件相连的所述控制器。本发明可变换无极灯发出的光谱组分，能够满足混光照明要求。

Description

变换特定光谱组分的无极灯光照系统

技术领域

本发明涉及无极灯技术，尤其涉及一种变换特定光谱组分的无极灯光照系统。

背景技术

无极灯作为一种长寿命、免维护、高光效及高显色性的照明产品，已经被国内及国际市场广泛接受。无极灯通过高频磁芯发射射频范围的电磁波，耦合激发灯管内的放电物质(如汞原子)，进而汞原子发射出的253.7nm紫外线可有效的激发三基色或其他光谱组分的光线进行照明。由于无极灯本身没有电极，故可保证其长期(5年或更长时间)使用情况下的稳定、无需替换等特点。无极灯产品在工厂车间照明、道路隧道照明及投光泛光照明工程中均有着显著效果。

目前无极灯的发射光谱成分均按照荧光灯的光谱成分进行配比，即通过三基色荧光粉填充并发射光谱，其色温通常为2700K～6500K之间，即黄光暖色照明至冷光白光照明。此单一的照明效果，目前可基本满足上述工程渠道应用。

但对于混光照明或光色要求特殊的场所，如特种非视觉类照明、大棚植物照明、花卉生长补光照明等，则上述单一光谱组分则无法达到其要求光谱及光照效果，如本身需要暖色光色及冷色光色可随时间灵活变化的照明场所或需多种特定光谱照射的大棚植物，其需要特定光谱线强度随植物生长的不同阶段而有所不同。

另外，对于需要暖色光色与冷色光色灵活变化的场所，如高端室内演讲室、精密加工工业车间等，需要通过光色变化调节操作人员心理心情或环境气氛，上述单一光谱组分的照明效果也无法更加达到完美的光照效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变换特定光谱组分的无极灯光照系统，可变换光谱组分，能够满足混光照明要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种变换特定光谱组分的无极灯光照系统，包括：

可发射不同光谱组分的无极灯灯管，其内壁不同区域涂覆有不同的荧光粉；

安装在所述无极灯灯管支架上的驱动部件，带动所述无极灯灯管在灯罩内变换位置和/或姿态，以变换出射的光谱组分；

与所述驱动部件相连的所述控制器。

根据本发明的一个实施例，所述无极灯灯管内壁沿水平面方向划分为上表面和下表面，所述上表面和下表面分别涂覆有不同的荧光粉，所述驱动部件包括：安装在所述无极灯灯管支架两侧的翻转电机，带动所述无极灯灯管在竖直方向翻转。

根据本发明的一个实施例，所述驱动部件包括：安装在所述无极灯灯管支架上的垂直高度调节器，带动所述无极灯灯管调节竖直方向的高度。

根据本发明的一个实施例，所述无极灯光照系统还包括：与所述控制器耦合的检测反馈装置，用于检测光照环境参数并将其传输至所述控制器，所述控制器根据该光照环境参数控制所述驱动部件。

根据本发明的一个实施例，所述检测反馈装置包括光照度计和/或温控传感器。

根据本发明的一个实施例，所述无极灯光照系统还包括：

与所述控制器相连的调光装置；

与所述调光装置和无极灯灯管相连的无极灯镇流器，所述调光装置在所述控制器的控制下调节所述无极灯镇流器的输出信号，以调节所述无极灯灯管的发光功率。

根据本发明的一个实施例，所述灯罩的顶部内壁设置有反光罩。

根据本发明的一个实施例，所述反光罩的反光面为抛物面或双曲面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的无极灯光照系统中，无极灯灯管的内壁不同区域涂覆有不同的荧光粉，在激发时可以发出不同组分的光谱，驱动部件可以带动该无极灯灯管在灯罩内变换位置和/或姿态，以变换出射的光谱组分。

附图说明

图1是本发明实施例的无极灯光照系统的正视图；

图2是本发明实施例的无极灯光照系统的侧视图；

图3是本发明实施例的无极灯光照系统的外观结构图；

图4是本发明实施例的无极灯光照系统内的无极灯灯管的俯视图；

图5是图4所示的无极灯灯管沿A-A方向的剖视图；

图6是本发明实施例的无极灯光照系统的灯具效率与垂直高度调节器下降距离之间的函数示意图；

图7是本发明实施例的无极灯光照系统中无极灯镇流器的输出信号示意图；

图8是本发明实施例的无极灯光照系统在一应用场景实例中的结构示意图；

图9是本发明实施例的无极灯光照系统中的无极灯灯管在竖直翻转前的光谱组分示意图；

图10是本发明实施例的无极灯光照系统中的无极灯灯管在竖直翻转后的光谱组分示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图1至图3，本实施例的无极灯光照系统包括：无极灯灯管2、驱动部件、控制器15、镇流器14、指令接收装置13、无极灯灯管支架10以及灯罩17。

其中，指令接收装置13用于接收外部的控制指令，并将其传输至控制器13以对相应的部件进行控制。指令接收装置13与控制器15之间可以按照各种适当的通信协议进行数据传输，可以通过有线(例如屏蔽双绞线)或者无线的方式进行连接。传输至控制器15的指令可以是二进制代码格式的指令。

控制器15可以采用市电供电，其可以采用现有技术中各种通用或专用的微控制器等部件来实现。

无极灯灯管2的内壁的不同区域涂覆有不同的荧光粉，在激发时可以相应发射出不同的光谱组分。参考图4至图5，在本实施例中，无极灯灯管2为圆形但并不限于此，该无极灯灯管2沿水平方向划分为上表面1a和下表面1b，上表面1a和下表面1b上分别涂覆有不同的荧光粉。

需要说明的是，图4和图5所示实例仅为示例，在其他具体实施例中，无极灯灯管2的内壁还可以采用其他方式划分为多个区域，不同区域涂覆不同的荧光粉。

仍然参考图1至图3，在本实施例中，驱动部件可以包括安装在无极灯灯管支架10两侧的翻转电机12，该翻转电机12受控制器15控制，带动无极灯灯管2在竖直方向翻转。例如，翻转电机12可以带动无极灯灯管2使其上表面朝上而下表面朝下，也可以带动其翻转180°使得上表面朝下而下表面朝上，从而使得无极灯灯管2两面不同的光谱按照比例发射出来。翻转电机12可以采用小型化电机来实现，但并不限于此。

进一步而言，无极灯灯管2内上表面和下表面所占的面积比例可以根据实际需要改变，也就是两种不同的荧光粉涂覆的面积可以改变，例如对应的比例可以在1∶9至9∶1之间，也即其中一种荧光粉最少可以仅涂覆10％的灯管内壁表面，也可以根据需要最多涂覆90％的灯管内壁表面。由于将无极灯灯管2安装在灯罩17内之后，其靠近透明面板的部分(或者说当前姿态下位于下方的出光面)发出的光线的光通量的较多比例(通常为70％～95％)发射出灯具，其余部分被灯罩17吸收，而远离透明面板的部分(或者说当前姿态下位于上方的出光面)发出的光线的光通量的较小比例(通常为20％～70％)被反射出灯具，其余部分被吸收，因此，翻转无极灯灯管2将得到两种不同光谱组分的光线的不同比例组合，翻转的角度不同，比例也不相同。

需要说明的是，虽然本实施例中的翻转电机12安装在无极灯灯管支架10两侧，将无极灯灯管2以无极灯灯管支架10的转轴为中心竖直翻转，但并不限于此，在其他实施例中，可以采用其他翻转方式来调节无极灯灯管2的姿态。

另外，作为一个优选的实施例，该驱动部件还可以包括安装在无极灯灯管支架10上的垂直高度调节器11，该垂直高度调节器11可以在控制器15的控制下带动无极灯灯管2调节该无极灯灯管2在灯罩17中位于竖直方向上的高度。垂直高度调节器11可以通过液压装置来实现，但并不限于此。

本实施例中灯罩17的内壁呈弧面，无极灯灯管2在灯罩17内高度不同(或者说深度不同)将影响无极灯灯管2的上半面在灯罩17内壁的吸收比例，也就是上半面发出的光线的实际出光比例，另外也影响无极灯灯管2的下半面的出光比例。

需要补充的，垂直高度调节器11通过调节无极灯灯管2的垂直高度，不仅会改变整灯的灯具效率，还将因为上半面和下半面出光比例的变化，实现变光光照的功能。

参考图6，在一实例中，无极灯光照系统的结构如图1至图5所示，无极灯灯管以5000K单色温为例，通过垂直高度调节器的下降距离由0过渡至100％，整个灯具的出光效率由75％线性增加值89％。

此外，本实施例的无极灯光照系统还包括调光装置(图中未标示)，该调光装置与镇流器14相连。其中，镇流器14用于驱动无极灯灯管2发光，该调光装置在控制器15的控制下调节该镇流器14的输出信号，从而调节无极灯灯管2的发光功率。调光装置的调节方式包括但不限于脉宽调制(PWM)调光，也就是通过传输至镇流器14的调光信号来控制镇流器14的输出信号的输出和关断，以一定的周期和通断时间比例来实现调节无极灯灯管2功率的功能。作为一个非限制性的例子，图7示出了镇流器14的输出信号的波形示意图，镇流器14的输出信号为正弦信号，调光装置的调光信号为“通”时输出，在调光信号为“断”时不输出，从而实现功率调节。

仍然参考图1至图3，作为一个优选的实施例，该无极灯光照系统还可以包括与控制器15耦合的检测反馈装置(图中未示出)，该检测反馈装置可以检测无极灯光照系统所处的场景的光照环境参数，并将检测到的光照环境参数传输至控制器15，该控制器15进而根据接收到的光照环境参数调节翻转电机12、垂直高度调节器11等驱动部件以及调光装置，从而有效调节发射出的光谱组分变化(包括色温变化、线光谱发射值变化)、光照强度以及总量变化。

该检测反馈装置可以包括光照度计和/或温控传感器，用于检测外部环境的自然光强度以及自然光照度数值、环境温度数值等。另外检测反馈装置也可以接收操作工人的开/管操作等。

另外，检测反馈装置也可以经由指令接收装置13与控制器15耦合，例如检测反馈装置可以按照各种适当的通信协议与指令接收装置13和控制器15进行数据交互，可以通过有线或者无线(例如有线电力线载波技术或者无线短程Zigbee技术)方式与接收装置13和控制器15耦合。

虽然上述实施例中通过翻转电极12和垂直高度调节器11来改变无极灯灯管2的姿态和高度，但是并不限于此，例如本领域技术人员可以通过其他适当手段来实现无极灯灯管2在水平面、竖直面内的翻转等。

仍然参考图1至图5，下面采用一实例进行说明。

在该实例中，无极灯灯管2的功率最大为400W，其质量为10Kg以内。

翻转电机12的动作可以仅为翻转或不翻转，因此，控制器15接收到的指令代码例如为“0001”，则控制翻转电机12翻转；如果接收到的指令代码为“0000”，则控制翻转电机12不翻转，也就是保持姿态不变。

另外，在该灯罩17的内壁上还可以设置有反光罩，无极灯灯管2的上半面发出的特定组分光谱光线由于受到反光罩的影响，出光率较下半面发出的特定组分光谱光线的出光率低。例如，可以采用旋压成型的反光罩，通过抛光氧化后，使其表面反射率为75％～95％之间，旋压成型的反光罩内壁为弧面，例如可以是抛物面或者双曲面。由于无极灯灯管2的上半面发出的光线经由反光罩反射后其中一部分仍然会朝向无极灯灯管2方向发射，因此经过多次反射-吸收-再反射后，实际上上半面的出光量为上半面光通量的20％～70％，而下半面发出的光线以70％～95％的比例发射出灯具。

垂直高度调节器11本身的动作为垂直升降，升降高度为模拟量，以调节高度为10cm为例，如果控制器15的给出的指令代码为4位二进制代码，从“0000”至“1111”，那么就相当于将10cm的模拟高度划分为15段，其中每一段对应1/15，当指令为“0001”时，无极灯灯管由初始位置下降10/15cm，而当指令为“0010”时，下降20/15cm，直至指令为“1111”时，下降150/15cm(也就是下降100％的距离)。

其中，垂直高度调节器11可以采用标准的液压控制升降装置，其垂直升降的范围可以从无极灯灯管2的标准安装高度下降至最低距离灯具透明面板1cm处位置。同时，考虑到本实例中无极灯灯管2的质量为10kg以内，装配液压装置时还应当考虑承重问题。

额外需要说明的是，垂直高度调节器11通过上下距离的调节使得无极灯出光率改变，其原理大致如下：无极灯灯管2远离反光罩(也就是垂直向下移动)之后，上半面和下半面发出的光线经过反光罩吸收和再反射的比率降低，从而增加总出光量；无极灯灯管2垂直向下的程度越深，其配光将会越宽，光线光束角度增大，因此需要合理调节无极灯灯管2的垂直高度，如图6所示。

仍然参考图1至图5对上述实例进行描述，调光装置的调光范围可以为20％～100％，也为模拟量，因此如果采用的是4位二进制指令，从“0000”至“1111”，也就是将功率范围划分为15段，每一段对应1/15，即指令为“0001”时，灯管由初始100％功率下降至94.67％功率，而“0010”时，为89.33％功率，直至“1111”对应为20％功率。

上述实例中，还可以有控制整个灯具系统的开关状态的总控制指令以及开关，其开关可以是空气隔离开关或者小型继电器等。

需要说明的是，虽然上述实例中的指令是以4位二进制数为例进行说明，但为了提高控制精度，也可以采用8位或者16位二进制数。

参考图8至图10，以上实例的无极灯光照系统可以应用于植物生长照明场景，例如可以应用于植物大棚中，下面对该应用场景做详细说明。

在应用于植物生长照明时，无极灯灯管可以采用200W的圆形无极灯灯管，无极灯灯管的结构可以参考图4和图5，该无极灯灯管内壁沿水平方向划分为上半面1a和下半面1b，分别涂覆有不同的荧光粉。

进一步而言，在应用于植物生长照明时，其中一种荧光粉是包括光谱波长610nm-720nm红光光谱(中心峰值为660+/-30nm，光能峰值90％-95％)和光谱波长400nm-520nm蓝光光谱(中心峰值为440+/-30nm，光能峰值90％-95％)的组合荧光粉浆，其中红蓝光谱配比分别为50％；而另外一种荧光粉是光谱组分为基础三基色荧光灯日光色5000K荧光粉粉浆，可发射红绿蓝三基色光谱。

上述红蓝光谱(610nm-720nm红光光谱及400nm-520nm蓝光光谱)当中，蓝光光谱可活跃叶绿素的活动，促进光合作用，同时促进形成色素生成，使植物对磷和铝等元素的吸收及维生素D的形成；而红光光谱能有效增强植物的光合作用，有利于植物生长。

上述两种光谱组分的荧光粉粉浆，其对应涂覆灯管内壁面积分别为50％，也即分别覆盖半边粉管。

该植物生长用无极灯的照明效果为：如水平面水平放置(可悬吊)，则其上半面1a的对接粉管基本可发射5000K白光三基色光谱，而其下半面1b的对接粉管可发射红蓝组分植物生长用光谱。

该无极灯产品的优势在于单一灯管可发射两种不同光谱组分的光照效果，既然以作为太阳光正常白光照明的补光，另外其红蓝光谱可作为促进植物生长之用。对于大棚植物照明，尤其是阴暗天气、冬天天气情况下具有明显照明优势。

通过时间控制技术，设定每月的照明控制指令如下表所示：

具体而言，在某地区冬天10月份起，至第二年的3月份结束，设定无极灯灯具在正常早AM6点至夜间PM6点之间，将红蓝植物照明光谱组分的半面朝下，而将正常5000K色温三基色光谱半面朝上(提供太阳日光补光)，同时由于此时期整体外部自然光强度小，故将灯具内垂直高度调节器调节至可最大下垂距离的50％；而在夜间PM6点至PM8点之间，进行灯具内灯管翻转，使两面不同光谱组分上下面颠倒，将正常5000K色温三基色光谱半面朝下，产生正常日光，同时无需垂直高度调节器调节，整体灯具上保证种植人员进入大棚内查看实际植物生长情况、土壤酸碱度及病虫害杀菌情况等等。

在其余半年时间中(4月份起至9月份结束)，可设定正常时间指令为早AM6点至夜间PM8点，将正常5000K色温三基色光谱半面朝下，红蓝植物照明光谱组分的半面朝上；但可根据每天种植人员的观察，如需要植物茎叶等需要快速生长时设定将红蓝植物照明光谱朝下，例如每日5小时的照射，以保证植物茎叶生长的提高。

全年可人工手动设定调光情况，尤其是对于夏季7月-9月之间，由于光线充足、温度适宜，可通过检测反馈装置16(例如光照度计)，使得自然光21达到设定数值强度后进行无极灯调光，例如使无极灯保持在50％的功率情况下，减少照明能源的消耗。

本应用中，其实际照射光谱强度如图5和图10所示，在5000K色温朝下，而红蓝植物照明光谱朝上时，611nm红光、545nm绿光和450nm蓝光占总光谱强度比值分别为50％，100％及62％，而红蓝光谱中400nm-520nm蓝光及610nm-720nm红光的光谱强度分别为8％及9％；而相反的，如将5000K色温光谱朝上，红蓝植物照明光谱朝下时，红蓝光谱中400nm-520nm蓝光及610nm-720nm红光的光谱强度分别增强值为21％及38％，而绿光的强度值仍为100％。

以上的强度分布，应理解为红蓝植物照明光谱由于是连续光谱，故其单峰值强度不会超过三基色荧光粉强度，但对于植物照明而言不可或缺。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种变换特定光谱组分的无极灯光照系统，其特征在于，包括：

可发射不同光谱组分的无极灯灯管；

安装在所述无极灯灯管支架上的驱动部件，带动所述无极灯灯管在灯罩内变换位置和/或姿态，以变换出射的光谱组分，所述灯罩的顶部内壁设置有反光罩，所述反光罩使得所述无极灯灯管的上半面发出的光线的出光率比下半面发出的光线出光率低；

与所述驱动部件相连的控制器；

其中，所述无极灯灯管内壁沿水平面方向划分为上表面和下表面，所述上表面和下表面分别涂覆有不同的荧光粉；

所述驱动部件包括：

安装在所述无极灯灯管支架两侧的翻转电机，带动所述无极灯灯管在竖直方向翻转，以使所述下表面朝下或者所述上表面朝下；

安装在所述无极灯灯管支架上的垂直高度调节器，带动所述无极灯灯管调节竖直方向的高度，以调节所述无极灯灯管的上半面和下半面的出光比例。

2.根据权利要求1所述的无极灯光照系统，其特征在于，还包括：

与所述控制器耦合的检测反馈装置，用于检测光照环境参数并将其传输至所述控制器，所述控制器根据该光照环境参数控制所述驱动部件。

3.根据权利要求2所述的无极灯光照系统，其特征在于，所述检测反馈装置包括光照度计和/或温控传感器。

4.根据权利要求1所述的无极灯光照系统，其特征在于，还包括：

与所述控制器相连的调光装置；

与所述调光装置和无极灯灯管相连的无极灯镇流器，所述调光装置在所述控制器的控制下调节所述无极灯镇流器的输出信号，以调节所述无极灯灯管的发光功率。

5.根据权利要求1所述的无极灯光照系统，其特征在于，所述反光罩的反光面为抛物面或双曲面。