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、機械、光學為一體的高科技產(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、定位準確、散熱良好，燈體及材料結(jié)構(gòu)符合人機工程要求。

       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)演出場所的主要燈型。本文重點對1200W搖頭燈的構(gòu)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(tǒng)組成。三大系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、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(tǒng)

       光學系統(tǒng)設(shè)計最主要考慮光源光通量利用率。具體表現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)、材料選擇。目前，國內(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)暗的過程中，能保持相對穩(wěn)定的色溫。缺點是，這種燈管內(nèi)填充劑的分層問題，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，需在光學結(jié)構(gòu)設(shè)計時控制在最小范圍。

       在光學結(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(tǒng)。當前，國內(nèi)外1200W搖頭電腦燈的光學設(shè)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(shè)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(guān)聯(lián)關(guān)系。
 

二、機械系統(tǒng)

       機械系統(tǒng)范圍很寬，包括材料、結(jié)構(gòu)、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(jīng)濟性。目前，國際、國內(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、車件。

       燈的結(jié)構(gòu)決定了其機械性能、散熱、強度、噪聲、重量等要素。 國際、國內(nèi)1200W搖頭燈均采用雙臂支撐結(jié)構(gòu)，燈體水平旋轉(zhuǎn)達540°，垂直旋轉(zhuǎn)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(xiàn)在燈體部件的機械強度，使燈體在連續(xù)有效工作的時間內(nèi)，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(jù)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(nèi)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(jié)構(gòu),散熱要求至關(guān)重要，散熱系統(tǒng)如有缺陷，通常會造成電器參數(shù)漂移，色片、影片破裂，出現(xiàn)斑塊，產(chǎn)生死機、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(shè)計

       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。 氣體放電泡的啟動和穩(wěn)定工作取決于電路類型的設(shè)計、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后，一般不需要穩(wěn)定的時間，為保證趨穩(wěn)，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(wěn)定性、熄滅、再起動，應根據(jù)光源的特性要求設(shè)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(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)點是穩(wěn)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(zhì)上是電源轉(zhuǎn)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(yōu)點是重量輕，方便裝卸、搬運；缺點是結(jié)構(gòu)設(shè)計要求高，維護成本高。

       光源的再啟動，在常規(guī)電路設(shè)計中，由于氣體放電泡工作時產(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)很難實現(xiàn)，必須使燈內(nèi)氣體壓強降低至冷態(tài)數(shù)值后，才能觸發(fā)重新啟動。目前，國際、國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)基本采用常規(guī)電路設(shè)計。

       2、程序控制部分

       目前國際、國內(nèi)電腦燈普遍采用DMX數(shù)據(jù)格式編寫程序文件。DMX512的原理：DMX數(shù)據(jù)流的速度是250K，即每個BIT為標準的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)：當沒有DMX數(shù)據(jù)包輸出時，將是一個高電平信號；

       2）BREAK：DMX數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流開始的通道數(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(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)。所有這些屬性指標的工作是通過步進電機的傳動來實現(xiàn)的，將步進電機的電氣運行參數(shù)加以定義編程，就完成了電腦燈的控制。