淺析專業搖頭電腦燈的構造原理

       專業搖頭電腦燈是集電子、機械、光學為一體的高科技產品。合格的專業搖頭電腦燈，必須穩定可靠、光效優良、定位準確、散熱良好，燈體及材料結構符合人機工程要求。

       專業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為專業演出場所的主要燈型。本文重點對1200W搖頭燈的構造原理進行剖析。 概括地說，搖頭電腦燈是由光學、機械、電氣及程序控制三大系統組成。三大系統相互關聯、有機組合，滿足光、色彩、速度、方向、效果、散熱、噪聲、定位等要素的需要。
 

一、光學系統

       光學系統設計最主要考慮光源光通量利用率。具體表現指標包括光的強度、均勻度、飽和度、光斑大小。影響上述指標的要素有兩方面，一是光源，二是光學系統結構、材料選擇。目前，國內外廠家、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暗的過程中，能保持相對穩定的色溫。缺點是，這種燈管內填充劑的分層問題，即填充劑在電弧成像中出現色帶或在電弧管凝結，形成陰影效果，需在光學結構設計時控制在最小范圍。

       在光學結構中，為求得均勻的混合光束，可采用拋物面的反光鏡，要采集發散或窄光束，應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比折射系統好。當需要從一個光源得到幾條光束時，可采用棱鏡或透鏡組合的折射系統。當前，國內外1200W搖頭電腦燈的光學設計中，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上放置一個點光源，將得到一平行光束。在光路設計時，還需考慮到光強分布曲線、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聯關系。
 

二、機械系統

       機械系統范圍很寬，包括材料、結構、機械性能、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，制造難易程度及經濟性。目前，國際、國內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，設計燈的結構模型，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、側板、端板采用鋁合金鑄件、沖壓件、車件。

       燈的結構決定了其機械性能、散熱、強度、噪聲、重量等要素。 國際、國內1200W搖頭燈均采用雙臂支撐結構，燈體水平旋轉達540°，垂直旋轉達255°，底座部分須做加強處理，滿足搖頭燈的懸掛倒裝要求。

       燈體的機械性能，主要體現在燈體部件的機械強度，使燈體在連續有效工作的時間內，不變形、耐磨損、耐腐蝕、抗震、抗壓；燈的殼體必須有嚴格的防水、防塵、防靜電、防潮要求。根據防塵、防水的程度不同劃分不同的外殼的防護等級要求：如室內使用的電腦燈的防護要求等級通常為IP20，室外的電腦燈的防護要求等級通常為IP44。

       1200W大功率電腦燈的機械結構,散熱要求至關重要，散熱系統如有缺陷，通常會造成電器參數漂移，色片、影片破裂，出現斑塊，產生死機、失步、不受控制等嚴重后果。
 

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計

       目前全世界范圍內專業1200W搖頭電腦燈絕大多數采用稀有氣體放電泡光源。 氣體放電泡的啟動和穩定工作取決于電路類型的設計、供電電源、鎮流器等電氣元件的選擇。稀有氣體放電泡啟動后，一般不需要穩定的時間，為保證趨穩，在整個交流周期里，電路的維持電壓和燈泡的瞬時電壓之間的差值應充分大。

       光源的啟動、穩定性、熄滅、再起動，應根據光源的特性要求設計電路。稀有氣體放電泡的啟動電壓非常高，要求采用變壓器、啟動器件、半共振電路等方式，提高瞬間啟動電壓。光源起動后的穩定性，取決于鎮流器和電能參數的匹配。鎮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。目前生產企業通常采用兩種鎮流器，一種是電感整流器，一種是電子整流器。電感整流器的優點是穩定性好，缺點是重，對燈體的強度、搬運、裝卸都有較高要求；電子整流器本質上是電源轉換電路，將輸入的電源電流進行頻率、波形和幅度方面的改變。其優點是重量輕，方便裝卸、搬運；缺點是結構設計要求高，維護成本高。

       光源的再啟動，在常規電路設計中，由于氣體放電泡工作時產生高溫，使泡內飽和氣體形成蒸氣壓阻力，光源要立即再觸發很難實現，必須使燈內氣體壓強降低至冷態數值后，才能觸發重新啟動。目前，國際、國內生產企業基本采用常規電路設計。

       2、程序控制部分

       目前國際、國內電腦燈普遍采用DMX數據格式編寫程序文件。DMX512的原理：DMX數據流的速度是250K，即每個BIT為標準的4微秒。DMX的數據格式分為以下部分：

       1）IDLE（空閑的）或NO DMX situation(情況)：當沒有DMX數據包輸出時，將是一個高電平信號；

       2）BREAK：DMX數據包的開始是一個88微秒的低電平輸出的預報{頭}；

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

       4）START CODE（SC）開始代碼：SC是數據流開始的通道數據，它具有與通道數據相同的格式，一般為11個脈沖或44微秒；

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

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

       7）MARK TIME BETWEEN PACKETS（MTBP）：在有效數據發送完畢后發送高電平。

       電腦燈效果產生，是通過不同的造型景片、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。所有這些屬性指標的工作是通過步進電機的傳動來實現的，將步進電機的電氣運行參數加以定義編程，就完成了電腦燈的控制。