博物館展示燈光原理的運用與燈具的選購

張江龍

摘 要：作為博物館的管理者，設備專業工程管理人員，能為單位及時排除各類電氣故障，使電氣設備得以正常工作，這是我的本職工作；博物館的電氣設備維護者，更應了解燈光效果及各類燈具性能的優缺點，使展廳布置達到更理想化的觀看效果，給觀眾帶來豐富的想象空間，這就使博物館展廳燈光原理的運用與燈具的選購顯得尤為重要，如何更好地選用燈具達到環保以及展示效果，就必須慎重地選購。

關鍵詞：博物館展示燈；燈光原理

中圖分類號：G265 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）11-0259-03

一、展廳的燈光效果

博物館展廳系列中層面繁多，在這里我重點闡述自然博物館展廳層面，該館一層分兩個展廳，一是恐龍展廳，另一個是海洋生物展廳。

（一）恐龍展廳

恐龍是屬于中生代的生物，早在幾千萬年前全都絕滅，引發了許許多多的人去探索恐龍是如何滅絕的，但至今仍是一個謎。對于如此遙遠及神秘的古生物，僅憑幾個生冷堅硬的化石骨架，很難引發人的興致與想象。這時燈光效果就顯示了它的重要作用。當然，大型的活靈活現的背景圖同樣不可缺少，但這些圖如果只是從正面照射，會給人反光刺眼光線分布不勻之感，如果從圖的里面裝入燈光，整個畫面就鮮亮起來，那高大的禮賢江山龍似在水中閑庭漫步，長長的脖子往后回首，似在悠閑地吃著岸上的樹葉，寧靜，祥和，真實感頓時大大增強。

同時在布置的巖體上做出一個洞，讓恐龍的尾部從洞的這頭伸進，又從洞的那頭鉆出，里面布置光線稍暗的燈光。此時恐龍的神秘感油然而生，同時冰冷的石頭似乎也被賦予了生命，一切顯得靈動起來，那只藏著尾巴的恐龍似個調皮的孩子在與你捉迷藏，整個場景一下活了起來。考慮到化石的冰冷性，整個展廳基本采用了高壓鈉燈，該燈在正常工作狀態下發出的是金白色光，它的光色柔和，這樣，這些冷冷的化石一下溫暖起來。

（二）海洋展廳

一直以來，海洋都是人們向往的地方，說起海洋，就想起一片無垠的湛藍，想到海鷗想到海灘想到美好。但海洋里的生物又是如何演示的呢？海洋展廳基本給了我們一個真實的展現，整個展廳把海洋生物分成了上中下三層，因為這樣的布局，能使得整個展廳頂端的燈離地面距離極高，但因為是海底世界，所以整個色調只能是藍色，此時只能采用大功率的金屬鈉燈，一般用 250 瓦，但因為離地面太高，這般大的功率仍顯光線暗淡，觀眾很難把標本看著非常清晰，對標本的命名與介紹更難辨別。而整個地面也仿真正的海洋，鋪上了層層疊疊、高低起伏的珊瑚等，于是在各個隱暗處照射出燈光，直指標本，這樣使得頭頂上的標本基本一一清晰可見，同時不失海洋神秘之感。此時，也不用一一照顧周全，偶爾不照射幾個，可以讓觀眾有驚喜，仔細瞧時，發現這里怎么有一個海星，那里怎么還有個一螃蟹，而在另一個還有個可愛的圓圓的小刺鲀……令觀眾不僅身臨其境，同時更會興趣盎然。

二、燈具的工作原理

我們首先來了解下高壓鈉燈的工作原理。

高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈，屬于第三代電光源，其發光管采用半透明氧化鋁管制成，燈的外殼采用硬質玻璃。啟動電源后，電弧管兩端電極之間產生電弧，由于電弧的高溫作用使管內的鈉汞齊受熱蒸發成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發射的電在向陽極運動過程中，撞擊放電物質有原子，使其獲得能量產生電離激發，然后由激發態回復到穩定態；或由電離態變為激發態，再回到基戊無限循環，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產生了光。高壓鈉燈中放電物質蒸氣壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現其它可見光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優于低壓鈉燈。？高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈泡。由于氣體放電燈泡的負阻特性，如果把燈泡單獨接到電網中去，其工作狀態是不穩定的，隨著放電過程繼續，它必將導致電路中電流無限上升，最后直至燈光或電路中的零、部件被過流燒毀。

三、燈具的結構和組成材料

了解了高壓鈉燈的工作原理后，知道了電弧管、燈芯、玻殼等是重要零部件，當然也是選購時的重中之重，下面簡單介紹下這些重要零部件的結構和組成材料及相應的特性與作用。

（一）電弧管

電弧管是高壓鈉燈的關鍵部件。電弧管工作時，高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強，一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能勝任；而采用半透明多晶氧化鋁和陶瓷管做電弧管管體較為理想。它不僅具有良好的耐高溫和抗菌素鈉蒸氣腐蝕性能，還有良好的可見光穿越能力。另外，單晶氧化鋁陶瓷管在耐高溫、抗菌素鈉蒸氣腐蝕和透光率等性能均優于多晶捫化鋁陶瓷管；因其價格昂貴，所以目前很少被采用。 電弧管是把電極、多晶捫化鋁陶瓷這、帽、焊料環裝配在一起，加入鈉汞齊進入封接爐封接；同時充入少量氙氣，以改善燈泡的啟動特性。電極是用高純鎢絲繞成螺旋狀，在螺旋孔中插入芯桿，浸漬電子粉，然后將電極芯桿一端和鈮管封閉端焊接成一體。多晶氧化鋁陶瓷管（帽）是選用多晶氧化鋁陶瓷粉經混粉、噴泉霧干燥、等靜壓成形、素燒、高溫燒結和切割等工序制成。 高壓鈉燈的光、電參數與電弧管的內徑和弧長（兩電極之間距離）有著密切聯系。

（二）燈芯

燈芯是采用金屬支架將電弧管、消氣劑環等固定在芯柱上，電弧管兩端電極分別與芯柱上兩根內導絲相連接。芯柱由導絲、排氣管和喇叭經高溫火焰熔融成一體。金屬導絲與玻璃封接部分的膨脹系數應與匹配，可避免因二種封接材料的膨脹系數不相同，造成封接處玻璃產生應力而爆裂或燈泡慢性漏氣。

（三）玻殼

玻殼是選用高溫的硬料玻璃制造。玻殼與燈芯的喇叭口經高溫火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性氣體后，再裝上燈頭整個燈泡基本成型。由于電弧管在高溫狀態下工作，其外裸的金屬極易氧化、變 脆，就必須將電弧管置于真空或惰性氣體的外殼內。這樣還可減少電弧管熱量損失，提高冷端溫度，提高發光效率。

（四）燈頭

燈頭的作用是方便燈具與燈座、電路相連接。長壽命燈泡要求燈頭與玻殼連接應牢固，不能有松動和脫落現象。所以，目前一般采用螺紋機械緊固技術，可防止焊泥自然老化而脫落。制造燈頭的材料一般采用黃銅帶，它可與燈座保持較小的接觸電阻，減輕金屬表面氧化層。如燈具在特殊環境中使用，還可以在黃銅燈頭表面涂覆鉻層或鎳層。

其規格型號有： E27 、 E40 二種。

（五）消氣劑

玻殼內經抽真空后，其真空度僅為 6.6X10 -2 Pa ，仍可使金屬零件氧化，影響燈泡穩定地工作；所以在玻殼內放置適量消氣劑，可將燈泡內真空度提高到 1.4X10 -4 Pa 高真空狀態。目前，高壓鈉燈一般采用鋇消氣劑，它是把鋇鈦合金置于金屬環內，再將其固定在消氣劑蒸散后不影響光輸出的位置。燈具經抽真空工序后，采用高頻感應加熱金屬環，使環內鋇鈦合金受熱后蒸散，在蒸散過程中吸收殘余有害氣體，同時在玻殼頸部形成 一層黑色鏡面。

必須指出 ，消氣劑放置位置非常重要，以黑色鏡面不阻礙光線輸出為宜；在使用過程中如發現黑色鏡面部分或全部變成灰白色，它指示該燈泡已漏氣，不能繼續使用，必須調換新燈泡。

（六）汞

汞常態時呈液態狀，具有銀白色鏡面光澤。在電弧管中加入泵可提高燈管工作電壓，降低工作電流，減小鎮流器體積，改善電網的功率因數，增高電弧溫度，提高輻射功率。

（七）鈉

該元素呈銀白色金屬，也稱金屬鈉。它的理化性能有質軟而輕，可溶于汞生齊。鈉光譜特點為共振輻射線寬，偏向紅色區，總輻射功率高；高壓鈉燈的光色和發光效率與鈉蒸氣壓有關。目前，工業化生產的高壓鈉燈均采用鈉汞齊添加入燈泡內，可簡化生產工藝，同時使燈泡參數一致性有很大提高。

四、燈具的選購

燈具的選購，尤其重要，首先在燈具選購時要注重產品質量。從平常的觀察和日常社會調查著手，我發現燈具從市場大量的品牌系列中，NING寧字牌、歐普牌、菲利普系列，無論是品牌的知明度，燈光的柔和度，產品的使用壽命、產品的質量，都大大優于其它的品牌，這是我在長期的工作實踐中獲得的經驗積累。尤其是在展廳頂部安置的高壓鈉燈，技術位置，要求都非常高，如果用質量差的劣質產品，就要增加維修難度和頻繁度，從人身安全角度和標本的保護兩方面都是非常不利的，所以要選用品牌知明度高、信譽好、質量靠得牢的產品。

如何選用和選購燈具呢？首先在選購時要認定燈具制造廠家的ISO9001質量體系認證。如果沒有制造廠家的ISO9001質量體系認證，就不易采購，NING寧字牌歐普牌和菲利普牌的燈具外殼上都貼有防偽標志，里面有IP序列號和密碼，這些產品只要到公司的網站上輸入密碼和序列號，就可鑒別真偽。在初步認定燈具的品牌，ISO9001質量體系認證和防偽標志等同時，還要對燈具的亮度、色調和柔和度進行挑選。因為展廳的不同布展，需要各種不同層次，不同效果的光線。比如說：展廳一樓遠古生物標本是為了展現遠古時代恐龍的生活情景，需要用強烈的仿日光型燈源，這在選購燈具時就要考慮選購高壓鈉燈，因為高壓鈉燈有著逼真的日光效果，光線灑在恐龍骨架上使觀眾感覺猶如身臨其境的感覺，仿佛回到了遠古時代，所以在古生物、動物展廳選用高壓鈉燈特別重要。

不同的展區應選用不同的燈具型號和品種。在展廳的另一角展出的各類動物標本，如大型動物鯨鯊、鯨魚、藍鯨、鯊魚、海洋軟體動物等等。海洋的周圍環境是湛藍色的，所以我在選購燈具上，應選用藍色光源的彩色金屬鹵化物燈，它的特點具有光效高、顯色性能好、壽命大等特點。

從展區的頂部不同角度照射下，顯示出海洋深處動物、生物、軟體動物的生活場景，襯托出海洋湛藍的神秘色彩，吸引了觀眾的視線，使觀眾進入展區就有身臨其境之感覺，安裝燈具時應注意不同的角度。使觀眾的視覺角度更明顯，效果更逼真，更令人進入遐想的境界。

展區古生物化石類和動物標本類中，燈光效果更為講究。光源不能亮，光線要柔和。因為化石類標本特別講究，不能用強光照射，只能用柔和明亮的光源，所以在選購上應注重選用三基色節能燈。

它的特點是：光源柔和、不刺眼，在照射中不損壞化石，安全性能好，使用壽命長等特點。在布置畫展的臨時展廳里，對燈光的要求非常高，不能用強光，所以在選購燈具上，應用小型三基色節能燈，品牌用歐普照明，角度上，應控制在每個展品一只燈源，光線適中、柔和。

介紹了如何選購燈具和型號后，觀眾在參觀、游覽之后，對遠古時代古生物及海洋動物藝術家的精品和自博人忘我的勤奮努力工作一定會贊嘆不已和肅然起敬。

所以說燈光照明的效果離不開燈具的選購，它直接影響著展品直覺和藝術美感，燈具的選購多么重要。

五、燈具工作環境的配置

僅有優質的燈具仍是不夠的，只能在穩定地工作狀態下，才可使燈具壽命更長。不同的燈具要選用不同的工作環境。

高壓鈉燈同其他氣體放電燈具一樣，工作是弧光放電狀態，伏—安特性曲線為負斜率，即燈具電流上升，而燈具電壓卻下降。在恒定電源條件下，為了保證其性能穩定地工作，電路中必須串聯一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負阻特性，穩定工作電流，該元件稱為鎮流器或限流器。電阻器、電容器、電感受器等均肯有限流作用。

電阻性鎮流器體積小，價格便宜，與高壓鈉燈配套使用會發生啟動困難，工作時電阻產生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，百交流電路中使用燈光有明顯所閃爍現象。

電容性鎮流器雖然不象電阻性鎮流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時，電容器充電時，會產生脈沖峰值電流，對電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈具使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動能達到理想狀態，成為理想的鎮流器。 電感性鎮流器損耗小，阻抗穩定，阻抗菌素性偏差小，使用壽命長，燈具的穩定度比電阻性鎮流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮流器均為電感性鎮流器。

其缺點較苯重及價格偏高。 另外，電子鎮流器已經開始出現，目前其價格昂貴，可靠性還不能與高壓鈉燈相匹配，除特殊場合使用外，一般情況下很少被采用。 所以，高壓鈉燈必須串聯與燈具規格相應的鎮流器后方可使用。高壓鈉燈的點燈電路是一個非線性電路，功率因數較低，因此在網路上考慮接補償電容，以提高網路的功率因數。

同時還要強調的一點是： 不同規格的高壓鈉燈必須配用相應規格的鎮流器，燈具與鎮流器不能任意配用，尤其小功率燈具配用大功率鎮流器后，導致工作電流過大，縮短使用壽命，甚至會使燈具燒毀。 在壽命期間，鎮流器的電壓——功率特性曲線必須在規定的燈具電壓和功率極限范圍內變化。

六、結語

以上是我對在工作中燈具的選購和使用的一些經驗，此次寫論文搜集材料過程中學不了少知識，感謝大家對博物館的關心與愛護，謝謝大家。

參考文獻：

[1]陳林烽.博物館的燈光設計藝術[J].東南文化，2016（04）.

[2]智慧.淺析燈光設計在博物館設計中的重要性[J].美術教育研究，2015（15）.