淺析專業(yè)搖頭電腦燈的構(gòu)造原理

       專業(yè)搖頭電腦燈是集電子、機(jī)械、光學(xué)為一體的高科技產(chǎn)品。合格的專業(yè)搖頭電腦燈，必須穩(wěn)定可靠、光效優(yōu)良、定位準(zhǔn)確、散熱良好，燈體及材料結(jié)構(gòu)符合人機(jī)工程要求。

       專業(yè)搖頭電腦燈從使用功率的大小可以分為250W、575W、1200W等品種。其中1200W為專業(yè)演出場(chǎng)所的主要燈型。本文重點(diǎn)對(duì)1200W搖頭燈的構(gòu)造原理進(jìn)行剖析。 概括地說(shuō)，搖頭電腦燈是由光學(xué)、機(jī)械、電氣及程序控制三大系統(tǒng)組成。三大系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、有機(jī)組合，滿足光、色彩、速度、方向、效果、散熱、噪聲、定位等要素的需要。
 

一、光學(xué)系統(tǒng)

       光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最主要考慮光源光通量利用率。具體表現(xiàn)指標(biāo)包括光的強(qiáng)度、均勻度、飽和度、光斑大小。影響上述指標(biāo)的要素有兩方面，一是光源，二是光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、材料選擇。目前，國(guó)內(nèi)外廠家、用戶基本推薦OSRAM或PHILIPS 1200W短弧雙端金屬氣體放電燈管。其特性是緊湊性、高亮度、高色溫、顯色性好及燈源在調(diào)暗的過(guò)程中，能保持相對(duì)穩(wěn)定的色溫。缺點(diǎn)是，這種燈管內(nèi)填充劑的分層問(wèn)題，即填充劑在電弧成像中出現(xiàn)色帶或在電弧管凝結(jié)，形成陰影效果，需在光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)控制在最小范圍。

       在光學(xué)結(jié)構(gòu)中，為求得均勻的混合光束，可采用拋物面的反光鏡，要采集發(fā)散或窄光束，應(yīng)選擇有刻度加工或表面紋理的反光鏡。使用鏡面反射材料制成的反射器系統(tǒng)比折射系統(tǒng)好。當(dāng)需要從一個(gè)光源得到幾條光束時(shí)，可采用棱鏡或透鏡組合的折射系統(tǒng)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外1200W搖頭電腦燈的光學(xué)設(shè)計(jì)中，均采用透鏡組合的方式，由非球面（即拋物面）石英透鏡等組成。

       拋物面透鏡最重要特性在焦點(diǎn)上放置一個(gè)點(diǎn)光源，將得到一平行光束。在光路設(shè)計(jì)時(shí)，還需考慮到光強(qiáng)分布曲線、形狀與光源尺寸、反射透鏡的口徑尺寸大小及光源的形狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
 

二、機(jī)械系統(tǒng)

       機(jī)械系統(tǒng)范圍很寬，包括材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、殼體要求、散熱要求等等。燈具材料選擇主要考慮因素有：滿足燈的功能要求，制造難易程度及經(jīng)濟(jì)性。目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)1200W搖頭燈的材料主要有鋼材、塑料、鋁合金。 在考慮滿足燈的總體功能的前提下，設(shè)計(jì)燈的結(jié)構(gòu)模型，分不同部位，采用不同的材料。如Aceda-spot 1200III 1200W搖頭燈，燈體外殼采用塑料件，燈體支撐架、底座、側(cè)板、端板采用鋁合金鑄件、沖壓件、車(chē)件。

       燈的結(jié)構(gòu)決定了其機(jī)械性能、散熱、強(qiáng)度、噪聲、重量等要素。 國(guó)際、國(guó)內(nèi)1200W搖頭燈均采用雙臂支撐結(jié)構(gòu)，燈體水平旋轉(zhuǎn)達(dá)540°，垂直旋轉(zhuǎn)達(dá)255°，底座部分須做加強(qiáng)處理，滿足搖頭燈的懸掛倒裝要求。

       燈體的機(jī)械性能，主要體現(xiàn)在燈體部件的機(jī)械強(qiáng)度，使燈體在連續(xù)有效工作的時(shí)間內(nèi)，不變形、耐磨損、耐腐蝕、抗震、抗壓；燈的殼體必須有嚴(yán)格的防水、防塵、防靜電、防潮要求。根據(jù)防塵、防水的程度不同劃分不同的外殼的防護(hù)等級(jí)要求：如室內(nèi)使用的電腦燈的防護(hù)要求等級(jí)通常為IP20，室外的電腦燈的防護(hù)要求等級(jí)通常為IP44。

       1200W大功率電腦燈的機(jī)械結(jié)構(gòu),散熱要求至關(guān)重要，散熱系統(tǒng)如有缺陷，通常會(huì)造成電器參數(shù)漂移，色片、影片破裂，出現(xiàn)斑塊，產(chǎn)生死機(jī)、失步、不受控制等嚴(yán)重后果。
 

三、電氣及程序控制部分

       1、搖頭電腦燈的電氣特性及電路設(shè)計(jì)

       目前全世界范圍內(nèi)專業(yè)1200W搖頭電腦燈絕大多數(shù)采用稀有氣體放電泡光源。 氣體放電泡的啟動(dòng)和穩(wěn)定工作取決于電路類型的設(shè)計(jì)、供電電源、鎮(zhèn)流器等電氣元件的選擇。稀有氣體放電泡啟動(dòng)后，一般不需要穩(wěn)定的時(shí)間，為保證趨穩(wěn)，在整個(gè)交流周期里，電路的維持電壓和燈泡的瞬時(shí)電壓之間的差值應(yīng)充分大。

       光源的啟動(dòng)、穩(wěn)定性、熄滅、再起動(dòng)，應(yīng)根據(jù)光源的特性要求設(shè)計(jì)電路。稀有氣體放電泡的啟動(dòng)電壓非常高，要求采用變壓器、啟動(dòng)器件、半共振電路等方式，提高瞬間啟動(dòng)電壓。光源起動(dòng)后的穩(wěn)定性，取決于鎮(zhèn)流器和電能參數(shù)的匹配。鎮(zhèn)流器的基本功能是防止電流失控和使光源在它正常的電氣特性下工作。目前生產(chǎn)企業(yè)通常采用兩種鎮(zhèn)流器，一種是電感整流器，一種是電子整流器。電感整流器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是重，對(duì)燈體的強(qiáng)度、搬運(yùn)、裝卸都有較高要求；電子整流器本質(zhì)上是電源轉(zhuǎn)換電路，將輸入的電源電流進(jìn)行頻率、波形和幅度方面的改變。其優(yōu)點(diǎn)是重量輕，方便裝卸、搬運(yùn)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高，維護(hù)成本高。

       光源的再啟動(dòng)，在常規(guī)電路設(shè)計(jì)中，由于氣體放電泡工作時(shí)產(chǎn)生高溫，使泡內(nèi)飽和氣體形成蒸氣壓阻力，光源要立即再觸發(fā)很難實(shí)現(xiàn)，必須使燈內(nèi)氣體壓強(qiáng)降低至冷態(tài)數(shù)值后，才能觸發(fā)重新啟動(dòng)。目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)基本采用常規(guī)電路設(shè)計(jì)。

       2、程序控制部分

       目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)電腦燈普遍采用DMX數(shù)據(jù)格式編寫(xiě)程序文件。DMX512的原理：DMX數(shù)據(jù)流的速度是250K，即每個(gè)BIT為標(biāo)準(zhǔn)的4微秒。DMX的數(shù)據(jù)格式分為以下部分：

       1）IDLE（空閑的）或NO DMX situation(情況)：當(dāng)沒(méi)有DMX數(shù)據(jù)包輸出時(shí)，將是一個(gè)高電平信號(hào)；

       2）BREAK：DMX數(shù)據(jù)包的開(kāi)始是一個(gè)88微秒的低電平輸出的預(yù)報(bào){頭}；

       3）MARK AFTER BREAK （MAB）：MAB是BREAK后，是一個(gè)8微秒的高電平或2個(gè)脈沖；

       4）START CODE（SC）開(kāi)始代碼：SC是數(shù)據(jù)流開(kāi)始的通道數(shù)據(jù)，它具有與通道數(shù)據(jù)相同的格式，一般為11個(gè)脈沖或44微秒；

       5）MARK TIME BETWEEN FRAMES（MTBF）：MTBF可以為0-1秒，小于1秒，在每個(gè)通道起始位前都能以有MTBF，為高電平；

       6）CHANNEL DATA（CD）：通道數(shù)據(jù)楨在SC之后邏輯格式為1-512或小于512；

       7）MARK TIME BETWEEN PACKETS（MTBP）：在有效數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后發(fā)送高電平。

       電腦燈效果產(chǎn)生，是通過(guò)不同的造型景片、不同的色彩變化，不同的視角、水平、垂直出光角度的變化及速度快慢、頻閃快慢、光圈大小變化、焦距變化等綜合表現(xiàn)。所有這些屬性指標(biāo)的工作是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將步進(jìn)電機(jī)的電氣運(yùn)行參數(shù)加以定義編程，就完成了電腦燈的控制。