博物馆展示灯光原理的运用与灯具的选购

张江龙

摘 要：作为博物馆的管理者，设备专业工程管理人员，能为单位及时排除各类电气故障，使电气设备得以正常工作，这是我的本职工作；博物馆的电气设备维护者，更应了解灯光效果及各类灯具性能的优缺点，使展厅布置达到更理想化的观看效果，给观众带来丰富的想象空间，这就使博物馆展厅灯光原理的运用与灯具的选购显得尤为重要，如何更好地选用灯具达到环保以及展示效果，就必须慎重地选购。

关键词：博物馆展示灯；灯光原理

中图分类号：G265 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2017）11-0259-03

一、展厅的灯光效果

博物馆展厅系列中层面繁多，在这里我重点阐述自然博物馆展厅层面，该馆一层分两个展厅，一是恐龙展厅，另一个是海洋生物展厅。

（一）恐龙展厅

恐龙是属于中生代的生物，早在几千万年前全都绝灭，引发了许许多多的人去探索恐龙是如何灭绝的，但至今仍是一个谜。对于如此遥远及神秘的古生物，仅凭几个生冷坚硬的化石骨架，很难引发人的兴致与想象。这时灯光效果就显示了它的重要作用。当然，大型的活灵活现的背景图同样不可缺少，但这些图如果只是从正面照射，会给人反光刺眼光线分布不匀之感，如果从图的里面装入灯光，整个画面就鲜亮起来，那高大的礼贤江山龙似在水中闲庭漫步，长长的脖子往后回首，似在悠闲地吃着岸上的树叶，宁静，祥和，真实感顿时大大增强。

同时在布置的岩体上做出一个洞，让恐龙的尾部从洞的这头伸进，又从洞的那头钻出，里面布置光线稍暗的灯光。此时恐龙的神秘感油然而生，同时冰冷的石头似乎也被赋予了生命，一切显得灵动起来，那只藏着尾巴的恐龙似个调皮的孩子在与你捉迷藏，整个场景一下活了起来。考虑到化石的冰冷性，整个展厅基本采用了高压钠灯，该灯在正常工作状态下发出的是金白色光，它的光色柔和，这样，这些冷冷的化石一下温暖起来。

（二）海洋展厅

一直以来，海洋都是人们向往的地方，说起海洋，就想起一片无垠的湛蓝，想到海鸥想到海滩想到美好。但海洋里的生物又是如何演示的呢？海洋展厅基本给了我们一个真实的展现，整个展厅把海洋生物分成了上中下三层，因为这样的布局，能使得整个展厅顶端的灯离地面距离极高，但因为是海底世界，所以整个色调只能是蓝色，此时只能采用大功率的金属钠灯，一般用 250 瓦，但因为離地面太高，这般大的功率仍显光线暗淡，观众很难把标本看着非常清晰，对标本的命名与介绍更难辨别。而整个地面也仿真正的海洋，铺上了层层叠叠、高低起伏的珊瑚等，于是在各个隐暗处照射出灯光，直指标本，这样使得头顶上的标本基本一一清晰可见，同时不失海洋神秘之感。此时，也不用一一照顾周全，偶尔不照射几个，可以让观众有惊喜，仔细瞧时，发现这里怎么有一个海星，那里怎么还有个一螃蟹，而在另一个还有个可爱的圆圆的小刺鲀……令观众不仅身临其境，同时更会兴趣盎然。

二、灯具的工作原理

我们首先来了解下高压钠灯的工作原理。

高压钠灯是一种高强度气体放电灯，属于第三代电光源，其发光管采用半透明氧化铝管制成，灯的外壳采用硬质玻璃。启动电源后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。？高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。

三、灯具的结构和组成材料

了解了高压钠灯的工作原理后，知道了电弧管、灯芯、玻壳等是重要零部件，当然也是选购时的重中之重，下面简单介绍下这些重要零部件的结构和组成材料及相应的特性与作用。

（一）电弧管

电弧管是高压钠灯的关键部件。电弧管工作时，高温高压的钠蒸气腐蚀性极强，一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任；而采用半透明多晶氧化铝和陶瓷管做电弧管管体较为理想。它不仅具有良好的耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能，还有良好的可见光穿越能力。另外，单晶氧化铝陶瓷管在耐高温、抗菌素钠蒸气腐蚀和透光率等性能均优于多晶扪化铝陶瓷管；因其价格昂贵，所以目前很少被采用。 电弧管是把电极、多晶扪化铝陶瓷这、帽、焊料环装配在一起，加入钠汞齐进入封接炉封接；同时充入少量氙气，以改善灯泡的启动特性。电极是用高纯钨丝绕成螺旋状，在螺旋孔中插入芯杆，浸渍电子粉，然后将电极芯杆一端和铌管封闭端焊接成一体。多晶氧化铝陶瓷管（帽）是选用多晶氧化铝陶瓷粉经混粉、喷泉雾干燥、等静压成形、素烧、高温烧结和切割等工序制成。 高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长（两电极之间距离）有着密切联系。

（二）灯芯

灯芯是采用金属支架将电弧管、消气剂环等固定在芯柱上，电弧管两端电极分别与芯柱上两根内导丝相连接。芯柱由导丝、排气管和喇叭经高温火焰熔融成一体。金属导丝与玻璃封接部分的膨胀系数应与匹配，可避免因二种封接材料的膨胀系数不相同，造成封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。

（三）玻壳

玻壳是选用高温的硬料玻璃制造。玻壳与灯芯的喇叭口经高温火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性气体后，再装上灯头整个灯泡基本成型。由于电弧管在高温状态下工作，其外裸的金属极易氧化、变 脆，就必须将电弧管置于真空或惰性气体的外壳内。这样还可减少电弧管热量损失，提高冷端温度，提高发光效率。

（四）灯头

灯头的作用是方便灯具与灯座、电路相连接。长寿命灯泡要求灯头与玻壳连接应牢固，不能有松动和脱落现象。所以，目前一般采用螺纹机械紧固技术，可防止焊泥自然老化而脱落。制造灯头的材料一般采用黄铜带，它可与灯座保持较小的接触电阻，减轻金属表面氧化层。如灯具在特殊环境中使用，还可以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。

其规格型号有： E27 、 E40 二种。

（五）消气剂

玻壳内经抽真空后，其真空度仅为 6.6X10 -2 Pa ，仍可使金属零件氧化，影响灯泡稳定地工作；所以在玻壳内放置适量消气剂，可将灯泡内真空度提高到 1.4X10 -4 Pa 高真空状态。目前，高压钠灯一般采用钡消气剂，它是把钡钛合金置于金属环内，再将其固定在消气剂蒸散后不影响光输出的位置。灯具经抽真空工序后，采用高频感应加热金属环，使环内钡钛合金受热后蒸散，在蒸散过程中吸收残余有害气体，同时在玻壳颈部形成 一层黑色镜面。

必须指出 ，消气剂放置位置非常重要，以黑色镜面不阻碍光线输出为宜；在使用过程中如发现黑色镜面部分或全部变成灰白色，它指示该灯泡已漏气，不能继续使用，必须调换新灯泡。

（六）汞

汞常态时呈液态状，具有银白色镜面光泽。在电弧管中加入泵可提高灯管工作电压，降低工作电流，减小镇流器体积，改善电网的功率因数，增高电弧温度，提高辐射功率。

（七）钠

该元素呈银白色金属，也称金属钠。它的理化性能有质软而轻，可溶于汞生齐。钠光谱特点为共振辐射线宽，偏向红色区，总辐射功率高；高压钠灯的光色和发光效率与钠蒸气压有关。目前，工业化生产的高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内，可简化生产工艺，同时使灯泡参数一致性有很大提高。

四、灯具的选购

灯具的选购，尤其重要，首先在灯具选购时要注重产品质量。从平常的观察和日常社会调查着手，我发现灯具从市场大量的品牌系列中，NING宁字牌、欧普牌、菲利普系列，无论是品牌的知明度，灯光的柔和度，产品的使用寿命、产品的质量，都大大优于其它的品牌，这是我在长期的工作实践中获得的经验积累。尤其是在展厅顶部安置的高压钠灯，技术位置，要求都非常高，如果用质量差的劣质产品，就要增加维修难度和频繁度，从人身安全角度和标本的保护两方面都是非常不利的，所以要选用品牌知明度高、信誉好、质量靠得牢的产品。

如何选用和选购灯具呢？首先在选购时要认定灯具制造厂家的ISO9001质量体系认证。如果没有制造厂家的ISO9001质量体系认证，就不易采购，NING宁字牌欧普牌和菲利普牌的灯具外壳上都贴有防伪标志，里面有IP序列号和密码，这些产品只要到公司的网站上输入密码和序列号，就可鉴别真伪。在初步认定灯具的品牌，ISO9001质量体系认证和防伪标志等同时，还要对灯具的亮度、色调和柔和度进行挑選。因为展厅的不同布展，需要各种不同层次，不同效果的光线。比如说：展厅一楼远古生物标本是为了展现远古时代恐龙的生活情景，需要用强烈的仿日光型灯源，这在选购灯具时就要考虑选购高压钠灯，因为高压钠灯有着逼真的日光效果，光线洒在恐龙骨架上使观众感觉犹如身临其境的感觉，仿佛回到了远古时代，所以在古生物、动物展厅选用高压钠灯特别重要。

不同的展区应选用不同的灯具型号和品种。在展厅的另一角展出的各类动物标本，如大型动物鲸鲨、鲸鱼、蓝鲸、鲨鱼、海洋软体动物等等。海洋的周围环境是湛蓝色的，所以我在选购灯具上，应选用蓝色光源的彩色金属卤化物灯，它的特点具有光效高、显色性能好、寿命大等特点。

从展区的顶部不同角度照射下，显示出海洋深处动物、生物、软体动物的生活场景，衬托出海洋湛蓝的神秘色彩，吸引了观众的视线，使观众进入展区就有身临其境之感觉，安装灯具时应注意不同的角度。使观众的视觉角度更明显，效果更逼真，更令人进入遐想的境界。

展区古生物化石类和动物标本类中，灯光效果更为讲究。光源不能亮，光线要柔和。因为化石类标本特别讲究，不能用强光照射，只能用柔和明亮的光源，所以在选购上应注重选用三基色节能灯。

它的特点是：光源柔和、不刺眼，在照射中不损坏化石，安全性能好，使用寿命长等特点。在布置画展的临时展厅里，对灯光的要求非常高，不能用强光，所以在选购灯具上，应用小型三基色节能灯，品牌用欧普照明，角度上，应控制在每个展品一只灯源，光线适中、柔和。

介绍了如何选购灯具和型号后，观众在参观、游览之后，对远古时代古生物及海洋动物艺术家的精品和自博人忘我的勤奋努力工作一定会赞叹不已和肃然起敬。

所以说灯光照明的效果离不开灯具的选购，它直接影响着展品直觉和艺术美感，灯具的选购多么重要。

五、灯具工作环境的配置

仅有优质的灯具仍是不够的，只能在稳定地工作状态下，才可使灯具寿命更长。不同的灯具要选用不同的工作环境。

高压钠灯同其他气体放电灯具一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯具电流上升，而灯具电压却下降。在恒定电源条件下，为了保证其性能稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路元件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。

电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。

电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯具使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想的镇流器。 电感性镇流器损耗小，阻抗稳定，阻抗菌素性偏差小，使用寿命长，灯具的稳定度比电阻性镇流器好，目前与高压钠灯配套使用的镇流器均为电感性镇流器。

其缺点较苯重及价格偏高。 另外，电子镇流器已经开始出现，目前其价格昂贵，可靠性还不能与高压钠灯相匹配，除特殊场合使用外，一般情况下很少被采用。 所以，高压钠灯必须串联与灯具规格相应的镇流器后方可使用。高压钠灯的点灯电路是一个非线性电路，功率因数较低，因此在网路上考虑接补偿电容，以提高网路的功率因数。

同时还要强调的一点是： 不同规格的高压钠灯必须配用相应规格的镇流器，灯具与镇流器不能任意配用，尤其小功率灯具配用大功率镇流器后，导致工作电流过大，缩短使用寿命，甚至会使灯具烧毁。 在寿命期间，镇流器的电压——功率特性曲线必须在规定的灯具电压和功率极限范围内变化。

六、结语

以上是我对在工作中灯具的选购和使用的一些经验，此次写论文搜集材料过程中学不了少知识，感谢大家对博物馆的关心与爱护，谢谢大家。

参考文献：

[1]陈林烽.博物馆的灯光设计艺术[J].东南文化，2016（04）.

[2]智慧.浅析灯光设计在博物馆设计中的重要性[J].美术教育研究，2015（15）.