自動升降式燈具裝置的設計與研究

時　佳

(杭州鴻雁電器有限公司，浙江 杭州　310023)

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自動升降式燈具裝置的設計與研究

時佳

(杭州鴻雁電器有限公司，浙江 杭州310023)

摘要：一般戶外照明燈具均固定在建筑或燈桿上，不能調整燈具的高度，或者只能通過人為操作才能調整燈具高度。介紹了一種燈具自動升降裝置，用于實時監測水位的升降，并自動調節燈具的高度，保證燈具與水面的間距，既杜絕燈具浸水的危險，又能保持最佳的照明效果。

關鍵詞：自動升降；實時監測；燈具；調節；裝置

引言

本文研究主要基于對公園廣場臨湖夜景亮化工程中燈具的設計與應用的分析。項目實際設計過程中，燈具固定在支架上，可人為調節燈具高度。由于類似項目現場在固定季節水位變化頻繁、落差大，這樣的環境變化在夜間無法通過實時的人工調節適應環境的變化，因此需要研制一種能夠自動感應的升降式燈具裝置來滿足特殊戶外照明環境的要求。以上所述裝置安裝在岸邊，不直接浸在水中，不影響風景欣賞，所述裝置自動化離不開傳感器技術的研究，本文主要應用液位傳感器。液位測量的自動檢測手段種類多樣，功能越來越完善，其自動化、智能化水平也越來越高[1]。本文的液位傳感器優選超聲波技術，實現實時、高精度的測量，從而保證所述裝置的正確運行。

1裝置的設計要求[2]

1)按照自動升降式燈具裝置的技術要求，需要實現自動檢測水位變化。

2)升降裝置具有足夠的強度、剛度和穩定性。

3)升降裝置可通過電液式或機電式驅動方式作上升或下降運動，其工作行程為800mm。

4)要求結構簡潔，工作可靠。

5)裝置與環境的關系，如圖1所示。

圖1　裝置與環境的關系示意圖Fig.1　Schematic diagram of the relationship between equipment and environment

2裝置的研究與設計

2.1液位檢測方法

超聲波測量液位的方法很多，應用比較廣泛的是脈沖回波法[3]。這種方法是從聲波源發射聲波，測量聲波到達所測液面后反射回來所需時間，利用該時間與液位高度成比例的原理進行測量。超聲波技術可以選用氣體、液體或固體作為傳聲媒質，適應性強，實現真正意義的“非接觸”測量[4]。

光纖液位檢測是近年來出現的一種新技術，檢測機構中一般由輸入光纖束、輸出光纖束、光電轉換器、傳感器殼體組成，根據光導纖維中光在不同介質中傳輸特性的改變對液位進行測量。

除三種主要檢測方法外，還有磁致伸縮液位檢測、音叉液位檢測、差壓式液位檢測、雷達液位檢測、伺服型浮子液位檢測等[5]。三種主要檢測方法比較如表1所示。

表1　三種方法的比較

從表1可以看出，在測量精度和安裝維護方面，超聲波法突顯優勢，而從安全性能考慮，則激光法和光纖法較有優勢，因為這兩種方法都是利用光信號傳輸，因此具有很好的抗電磁干擾。在本案研究和設計過程中，優選超聲波法實現本裝置的自動感應。

2.2自動升降式裝置結構設計

2.2.1結構設計

針對需要人為進行高度調節的困擾[6]，本文設計了一種實時監測水位、自動調節高度的燈具自動升降裝置。在戶外照明中應用時，將電機安裝在燈桿頂部，避免水位上升導致電機浸水，消除安全隱患。電機可采用伺服電機或步進電機，不但節省安裝空間，而且運行平穩，控制簡單。主要采用液位傳感器對水位進行實時監測，實時采集信號，控制電機運行，保證燈具與水面的照射距離，整個過程全自動程控，完全不需要人為干預。圖2為自動升降裝置控制原理圖，圖3(a)為自動升降裝置機構示意圖，圖3(b)為(a)的剖視圖，圖3(c)為自動升降裝置機構側視剖視圖。

圖2　自動升降裝置控制原理圖Fig.2　Control principle diagram of automatic lifting equipment

1—燈桿，2—動力箱，3—絲桿，4—導桿，5—燈具托架，6—液位傳感器，7—控制器，8—限位開關，9—電機，10—齒輪組，11—燈具圖3　自動升降裝置機構圖Fig.3　Mechanism of automatic lifting equipment

2.2.2控制原理

液位傳感器實時監測水位狀況進行監控，在水位有變化時接收器接收到液位傳感器輸出電流信號的變化，并對信號進行比較放大，轉換成脈沖信號，控制電機正轉或反轉，通過傳動機構實現燈具的自動升降，在控制器中還設有手動控制按鈕，人為控制電機上升或下降[7]。

2.2.3設計說明

燈桿通過底部螺栓與地面固定，燈桿為中空方管，燈具安裝側有上下走向的長槽，燈具托架沿此槽上下升降，燈桿內中間位置安裝絲桿，絲桿下端由端軸承和徑向軸承固定于燈桿底部，上端由徑向軸承固定于燈桿頂部，限制絲桿軸向和徑向直線移動。動力箱固定在燈桿的頂部，電機固定在動力箱中，絲桿上端伸入動力箱通過齒輪組和電機相連。導桿固定在燈桿內，布置在絲桿兩側，對燈具托架起導向作用。電機用來輸出動力，通過齒輪組帶動絲桿的旋轉，絲桿和燈具托架通過螺紋嚙合，帶動燈具托架和燈具升降?？刂破魍ㄟ^控制線路與液位傳感器和電機相連。在控制器中設置初始位置，當水位上升或下降時，液位傳感器將電流信號傳輸給控制器，控制器對信號進行運算后，給出脈沖數量，控制電機的運轉，使燈具調高或調低一定距離。當燈具升到最高極限位置或降到最低極限位置時，安裝在燈桿內頂端與底部的限位開關被觸發，控制器接收到觸發信號，控制電機停止運行，并且發出報警信號。該設計在不發生諸如起動失效、制動停止失效、定位失效、卡住失效和強度失效[8]等故障的前提下，要實現預定動作，一般需經歷“保持初始靜止狀態—起動—繼續轉動—制動、停止”階段。

2.2.4照明效果

該系統一般使用在水位變化頻繁、落差大的河堤岸邊，可通過人為操作調節燈具高度，避免燈具直接貼地面安裝，水位上升后燈具長期浸水的隱患，且能保證照明效果。圖4為單燈具安裝升降裝置后水面高度升高1米的示意圖，當燈具與水面間的距離縮短，導致水面光暈的亮度集中增強(如圖5所示)；當調節燈具高度后，亮度集中的照明效果得到改善，均勻度好，亮度更舒適(如圖6所示)，如此多個燈具沿河安裝的總體照明效果得到保證。

圖4　燈具升降裝置與水面高度升高1米的關系示意圖Fig. 4　Diagram of the relationship between lamp lifting equipment and the surface height of 1 meter

圖5　水面光暈亮度集中增強的示意圖Fig. 5　Diagram of the flare on the surface of the water concentrated brightness enhancement

圖6　燈具高度調節后的照明效果改善示意圖Fig. 6　Diagram of lighting effect improving after adjusting the height of the lamp

3結論

本文主要設計了一種液位感應的燈具自動升降裝置，結構簡潔、穩定，可以設置工作行程800mm滿足環境要求，特別適用于戶外照明，可以實時監測水位，自動調節高度，杜絕了燈具浸水的安全隱患，保證燈具與水面之間適宜的照射距離，保持最佳的照明效果，既安全又科學。以上設計若無精度要求，考慮絲桿傳動價格高等因素，也可用鋼絲繩和普通電機實現。本設計還可做以下改進：采用更智能化的傳感器提高系統的穩定性；優化單片機程序；通過網絡實現對燈具升降的控制等。目前，燈具產品綠色設計的研究還處于初步階段，與之相關的安裝機械設備綠色設計也需要不斷推廣和完善，隨著應用的深入和科技的進步，綠色設計思想將是未來燈具設計的主要發展方向[9]。

參考文獻

[1] 李麗宏，謝克明．液位自動檢測的現狀與發展[J].太原理工大學學報，2001，32(4)：417-418．

[2] 肖萬選．雷達天線升降裝置設計中的幾個問題[J]．電子機械工程，2003，19(2)：40．

[3] 賈麗，袁小平，陳燁，等.常用液位檢測方法的研究[J]．能源技術與管理，2009，(1)：120．

[4] 洪志剛，杜維玲，周玲．超聲波外測液位檢測方法研究[J]．電子測量與儀器學報，2007，21(4)：46．

[5] 楊朝虹，李煥.新型液位檢測技術的現狀與發展趨勢[J]．工礦自動化，2009，(6)：62-64．

[6] 周仁林，翁振地，施凱．水下照明燈具升降裝置：中國，200920167578.0[P]．2010-06-02．

[7] 梁浩倫．燈具升降裝置：中國，201120187117.7[P]．2012-01-11．

[8] 徐進．絲桿升降機構傳動的可靠性設計研究[J]．煤礦機械，2003，(10)：15．

[9] 蘇慶華，韓立成．基于綠色設計思想的LED燈具產品全生命周期開發模型[J]．照明工程學報，2014，25(6)：90．

2015中國(北京)國際照明展覽會暨中國(北京)國際

半導體照明產業博覽會開幕

由中國照明學會、國家半導體照明工程研發及產業聯盟(CSA)、雅式展覽服務有限公司強強攜手主辦的「2015中國(北京)國際照明展覽會暨中國(北京)國際半導體照明產業博覽會」(下稱「2015北京照明展」)及「2015 中國(北京)國際智能建筑暨智能家居展覽會」(下稱 「2015北京智能建筑智能家居展」)，于4月22日在北京中國國際展覽中心 (三元西橋) 盛大開幕。本次展覽規模達30000平方米，匯聚中外展商近300家，吸引超過30000名觀眾到場。

「2015北京照明展」及「2015北京智能建筑智能家居展」吸引了大批設計院、協會及行業專委會的建筑師及設計師;超過十多個省市和地區的道路管理單位和市政工程單位人員、相關單位的工程與技術人員、大批的采購商、經銷商、分銷商及工程渠道商和終端用家，各界人士匯聚一堂。整合多方優質資源，透過展覽展示、論壇交流活動、案例推介等各種形式，把展會影響力再度加強，全力打造國內優質照明及智能家居應用推廣平臺。

2015年廣州照明展盛大開幕

2015年 6月9日上午，2015年廣州國際照明展盛大開幕。在為期四天的展會中，現場橫跨21個展館，展覽面積達22.5萬平方米，來自27個國家和地區的2698家參展商，匯聚一堂，攜最具創新力的照明產品及前沿技術同臺競藝。展會通過展示前沿照明技術及產品，深入探討以人為本的照明、光品質、智慧照明和可持續性照明等熱門議題。

光亞展誕生于1996年，在第一屆展會上，整個展區僅有72家企業，主要是代工貿易廠家，技術含量較低。在這20年的發展中，光亞展逐漸從開始的買賣交易現場轉換成全球照明行業資訊互享、交流創新設計和前沿技術的年度盛會，重點從貿易轉為展示交流，為優秀LED照明制造商及周邊配套廠家的新型照明產品揮灑、傾力表現，為八方帶著需求的客戶找到合適LED照明產品、找到合作伙伴等提供重要的平臺。

這次展會也同時創下兩個新高：觀眾數目再創新高，迎來131個國家及地區超過140500名專業觀眾，較上屆增加21.1%，其中海外觀眾27000余人，國內觀眾113500人;參展企業對展出效果滿意度達到歷史新高。

Green Lighting 2015(北京)國際智能照明及其標準化研討會在北京召開

2015年4月22日，中國照明學會、國家半導體照明工程研發及產業聯盟、北京市可持續發展科技促進中心主辦的"Green Lighting 2015(北京)國際智能照明及其標準化研討會"在北京中國國際展覽中心隆重舉行。研討會以健康的光環境為核心關注點，集中探討智能照明的標準化、照明設計、創新應用等焦點話題。

Design and Research of Automatic Lifting Lamp Equipment

Shi Jia

(HangzhouHonyarElectricalCo.,LTD.,Hangzhou310023,China)

Abstract：Generally, outdoor lighting lamps are fixed in the building or the lamppost, and we can not adjust the height of the lamp, or we can only manually adjust the height of lamps. The paper presents a lamp automatic lifting device for lifting, real-time monitoring of the water level, and automatically adjusting the lamp height. It ensures the space between lamps and water surface, which both stops dangers of lamps flooded, and keeps the best illumination.

Key words:automatic lifting; real-time monitoring; lamp; adjust; device

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.03.025