用于監測容器和管道物料LED視鏡燈的設計

覃兆典 鄧加尊

【摘 要】針對目前國內視鏡燈都采用白熾燈或鹵鎢燈做光源，存在功耗大、發熱量高、壽命短、光效差、單色性差、色彩純度低等缺點，文章介紹一種節能環保且適用于石油、化工、醫藥、食品等行業的生產過程中監視容器和管道內物料的照明裝置。該裝置能隨時觀察管道中液體、氣體、蒸汽等介質流動、液位及反應情況，起到監視生產、避免生產過程中安全事故的發生。

【關鍵詞】監視；LED；視鏡燈；設計；光潔度

【中圖分類號】TQ320.52 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）02-0090-02

0 前言

視鏡燈是工業管道、容器等裝置上的主要附件之一，廣泛應用于石油、化工、醫藥、食品等工業生產過程的流體管道及容器上。而目前國內的視鏡燈都采用白熾燈或鹵鎢燈做光源，存在以下缺點：①功耗大；②壽命短；③光效差；④單色性差、色彩純度低。針對現有視鏡燈存在的功耗大、壽命短、光效差、單色性差和色彩純度低、燈體表面粗糙易隱藏污垢等缺點，本文介紹了一種高效、節能、環保、壽命長[2]，并且照度均勻性良好，對眼睛無刺激性，專用于監測容器和管道物料情況的視鏡燈。該視鏡燈能隨時觀察管道中液體、氣體、蒸汽等介質流動、液位及反應情況，起到監視生產、避免生產過程中安全事故的發生；燈體表面光潔，不隱藏污垢，符合高清潔區的要求。

1 視鏡燈結構設計技術方案

目前，國內視鏡燈都采用白熾燈或鹵鎢燈做光源，存在功耗大、發熱量高、壽命短、光效差、單色性差、色彩純度低、燈體表面粗糙等缺點[3]。某公司自主研發出一種節能環保且適用于石油、化工、醫藥、食品等行業的生產過程中監視容器和管道內物料的照明裝置。其總體技術方案如下。

該LED視鏡燈主要部件包括光源、燈體、電源驅動器和反光板，其中光源采用高品質的LED作光源，安裝在喇叭形反光鏡的中間，反光鏡通過支架固定在殼體上，LED光源的正前方有防眩板，防眩板外面有前端蓋，LED光源粘貼在鋁基板上，鋁基板固定在散熱器上，LED光源由電源驅動器提供穩定的直流電源，燈體的后方有后端蓋[3]。

（1）主體光源為LED光源，該光源高效、節能、環保、壽命長[2]。

（2）防眩板采用雅克力或玻璃制成，照明均衡性良好，對眼鏡無刺激性。

（3）考慮到LED光源在工作過程中的散熱問題，采用了金屬氧化物（氧化鐵、氧化鈦）與聚硅氧烷（polysiloxane，silicone）復合而成的導熱體。該導熱體將LED光源的熱量有效地傳到散熱器上；散熱器采用垂直散熱模式，優異的散熱特性能將芯片產生的熱量及時導出[1]，使得LED亮度高、散熱快、光衰小及光色漂移小[1]，確保LED處于良好的工作狀態。

（4）電源驅動器包括降壓電路、整流電路、穩壓電路和保護電路，所述的降壓電路由變壓器、電阻R1和電容C1及C2組成，也可以采用單獨的電阻電容組成，整流濾波電路采用橋式整流器和C3、C4電容，穩壓電路由317穩壓集成塊和電容C5、C6和電阻R2、R3構成，經過C5濾高頻，保護電路包括IN4007型二極管、可控硅G和電阻R4、R5，防止反壓、過流，提供給LED光源D1～D4穩定的直流電源，還設有調光電阻R3[3]。電源供電原理圖如圖1所示，電源供電電路圖如圖2所示。

（5）考慮到視鏡燈用于衛生標準要求高的工況問題，燈具外殼采用鋁合金或不銹鋼材質加工而成，外殼表面光滑，易清潔、不藏污。

2 解決的關鍵技術方案

視鏡燈廣泛應用于各工業設備上，如在石化煉油廠、糧油煉油廠、飲料加工廠、制藥廠等；當前使用的視鏡燈，其光源是白熾燈或鹵鎢燈，都存在以下問題：①功耗大、效率低；②發熱大、壽命短；③有污染；④光效差、色純度低；⑤燈體表面粗糙，不易清潔。

關鍵技術方案一：針對目前大多數視鏡燈均采用鹵鎢燈存在的技術問題，本文介紹了通過采用LED作為光源，在使用的效果方面達到了節能環保、功耗低、亮度高、色純度好、壽命長的效果。但LED作為光源，其工作穩定性受熱影響較大，因此在散熱方面需要采用特殊材料和技術處理。

（1）在LED光源與鋁基板的接觸面使用導熱性和絕緣性良好的金屬氧化物（氧化鐵、氧化鈦）與聚硅氧烷（polysiloxane，silicone）復合而成，利于LED散熱。

（2）散熱器采用垂直散熱模式，優異的散熱特性能將芯片產生的熱量及時導出[1]，提高散熱效果。

關鍵技術方案二：為了更加有效地延長LED視鏡燈的壽命，出于LED自身的伏安特性和溫度特性，使得LED對電流的敏感度要高于對電壓的敏感度[2]，在驅動電路方面，采用了恒流驅動電路，具有過壓保護、過流保護等功能，最終達到安全可靠的效果。

3 技術創新性

3.1 應用創新

（1）用LED作光源的視鏡燈適用于石油、化工、醫藥、食品等工業生產裝置的容器及管道上，視鏡能隨時觀察容器及管道中液體、蒸汽等介質流動及反應情況，起到監視生產、避免生產過程中事故發生的作用。

（2）燈殼外表面加工光滑，不藏污，易清潔，適合衛生要求高的食品、醫藥加工行業。

（3）安裝支架可根據視鏡的安裝要求靈活制作，安裝簡便。

（4）采用LED作為光源，節能環保，功耗低，亮度高，色純度好，壽命長[3]。

3.2 技術創新

3.2.1 散熱技術

為了提高LED光源工作的穩定性能，在LED光源與鋁基板的接觸面使用導熱性和絕緣性良好的金屬氧化物（氧化鐵、氧化鈦）與聚硅氧烷（polysiloxane，silicone）復合而成的導熱體，利于LED散熱。

3.2.2 電源電路穩流技術

電源驅動器包括降壓電路、整流電路、穩壓電路和保護電路，所述的降壓電路由變壓器、電阻R1和電容C1及C2組成，也可以采用單獨的電阻電容組成，整流濾波電路采用橋式整流器和C3、C4電容，穩壓電路由317穩壓集成塊和電容C5、C6和電阻R2、R3構成，經過C5濾高頻，保護電路包括IN4007型二極管、可控硅G和電阻R4、R5，防止反壓、過流，提供給LED光源D1～D4穩定的直流電源，還設有調光電阻R3[3]。

上述的穩壓電路的317穩壓集成塊并聯IN4007型二極管，防止反壓沖擊。而散熱器采用鋁型材料制成，燈具外殼采用鋁合金制成，外殼表面光滑，符合衛生標準要求，且重量輕，散熱和導熱性能優越，并運用鏤空導熱設計，加大了導熱面，散熱效果好。

與現有的視鏡燈相比，該產品設計的優點如下：①采用LED作光源，節能環保、功耗低、亮度高、色純度好、壽命長。②防眩板采用雅克力或玻璃制成，照度均勻性良好，對眼睛無刺激性。③散熱器散熱效果好。且在LED光源與鋁基板的接觸面使用導熱性和絕緣性良好的金屬氧化物（氧化鐵、氧化鈦）與聚硅氧烷（polysiloxane，silicone）復合而成，利于燈珠散熱。④顯色性好，對實物顏色的呈現更真切，有多種光色可選，能滿足不同環境的需求。⑤驅動電路：采用恒流驅動電路，具有過壓保護、過流保護和短路保護、可調光裝置等功能，安全可靠。⑥適用于石油、化工、醫藥、食品等工業生產裝置的容器、管道上，視鏡能隨時觀察管道中液體、氣體、蒸汽等介質流動及反應情況，起到監視生產、避免生產過程中事故發生的作用。⑦燈殼外表加工光滑，易清潔，適合衛生要求高的食品、醫藥加工行業。⑧安裝支架：根據視鏡的安裝要求，可以靈活制作，安裝簡便。⑨配光技術：運用先進配光技術（用調光功能配合防眩裝置），使LED點光源擴展為LED面光源，增大發光面，消除眩光，升華視覺效果。

4 技術路線

為了確保產品的開發、推廣成功，本設計采用如下技術路線。

（1）以市場為需求，以專業為尺度，以實用為宗旨的產品功能設計路線，項目產品功能需求分析完全遵循市場規則，以用戶真實需求為基礎，以解決用戶節能、燈具長壽命的目的，通過采用自主研發的LED視鏡燈先進技術，克服了現階段功耗大、壽命短、光效差、單色性差色彩純度低等缺陷。

（2）要做好LED視鏡燈市場需求的調研工作，汲取自主開發的產品經驗，綜合研究目前的帶燈視鏡的生產技術工藝，把現有產品中有優勢的技術功能、經驗發揮出來，同時克服目前產品的不足，對產品的設計、功能、開發進行提升。

（3）在項目設計中，要以目前市場需求方向為創新方向。本設計以性能穩定、功能專業、操作簡單為主要要求，因此在開發設計中，各項技術應用均要求成熟、性能穩定。對于一些需要創新的應用、技術，需在設計開發后，進行重點測試后才能投入到使用開發過程中。主要解決了以下問題：①體光源采用LED，是一種綠色環保的光源，該光源功耗低、壽命長、光效好。②防眩板采用雅克力或玻璃制成，照明均衡性良好，對眼鏡無刺激性。③采用金屬氧化物（氧化鐵、氧化鈦）與聚硅氧烷（polysiloxane，silicone）復合而成導熱體，做LED光源與鋁基板導熱介質，提高了LED光源工作的穩定性。圖3是本發明監測容器和管道物料情況的LED視鏡燈的結構圖。

5 結論

能源是人類生存和社會發展的基礎，過去200多年人類依賴煤炭、石油、天然氣等石化燃料生存和發展，但是現在人們發現大規模使用這些燃料的嚴重后果是資源日益枯竭、環境不斷惡化，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應。可見，利用清潔環保的太陽能、風能，使用節能環保的新型電器關系到地球氣候變化、人類生存環境、國家能源安全和可持續發展的大局，為此全世界各國領導人都對開發太陽能、風能等綠色能源和發展環保節能的綠色照明光源LED產業高度關注并給予大力支持，市場前景十分廣闊。

國家相繼出臺了一系列政策來促進相關產業發展。2012年7月，科技部發布《半導體照明科技發展“十二五”專項規劃》；2012年8月，“三部委”（財政部、發改委、科技部）開展半導體照明產品財政補貼推廣項目招標（837萬盞）；目前，科技部批復了37個“十城萬盞”試點城市，推進半導體照明技術集成及應用示范，LED照明將迎來前所未有的發展機遇。

本文介紹的產品使工業生產過程更加可控，減少事故的發生，減少企業的損失，具有較好的市場前景。

參 考 文 獻

[1]劉沛，柴廣躍，郭倫春.基于不同散熱模式LED的光電熱特性研究[J].照明工程學報，2011，22（6）.

[2]張準、陳曉冰.大功率LED恒流驅動電源設計[J].現代電子技術，2012（16）.

[3]覃兆典，鄧加尊.LED視鏡燈[P].中國專利：ZL201310024188.9，2015-12-02.