一款多用途燈具的研究和設計

熊慧珺，楊寶林，劉世國

武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050

0 引言

家居類燈具根據應用場景的不同，可分為室內燈具和室外燈具。根據燈具安裝后位置是否能夠移動，室內燈具又可分為室內移動式燈具和室內固定式燈具[1]。其中，室內移動式燈具指可在室內自由變換位置的燈具，其放置位置可根據室內布置的需要和被照物的位置而改變，主要包括臺燈、落地燈、藝術欣賞燈等，可用于局部照明和裝飾照明。作為讀寫照明用的臺燈的使用范圍最為廣泛，包括家庭、教室等類似場所[2]。室內固定式燈具指安裝在室內某一固定位置的燈具，主要包括吸頂燈、吊燈、面板燈、筒燈、射燈、裝飾燈等。

1 臺燈的使用要求

如表1所示，《讀寫作業臺燈性能要求》（GB/T 9473—2017）[3]將臺燈照度分成了A級和AA級兩個等級，AA級要優于A級。眩光要求規定：正常工作位置的出光口面高度低于750 mm的燈具，當人處于坐姿的位置時，人眼觀察到的所有發光部件的表面亮度不應大于2 000 cd/m2。

表1 照度及照度均勻度要求

光生物安全規定使用LED光源的燈具按《應用IEC 62471評估光源和燈具的藍光危害》（IEC TR 62778）評估的藍光危害類別不應超過RG0，要求相對較高。白光LED的光譜曲線。其中，400～500 mm的藍光的峰值較高，這是由于白光LED都是用熒光粉包裹藍光LED，藍光LED通電后發出的藍光打在熒光粉上產生黃光，黃光與藍光混合從LED中射出，使人們看到白光，但這其實只是黃藍兩種顏色的混合光。但是，人眼長時間接受過量藍光可能會對視網膜造成損傷，因此必須控制燈具的藍光。

燈具的頻閃指燈具的光通量隨時間波動的現象，具體體現為燈光在較短時間內出現明暗變化。人眼對燈具的明暗變化有一個可辨別的閾值，當燈光的閃爍頻率在80 Hz以上時，人眼將無法察覺，但燈光的閃爍依然存在。嚴重的頻閃會刺激人的視覺系統，容易引發視覺疲勞，因此用作讀書寫字照明的臺燈必須注意頻閃問題。燈具頻閃的根源在于燈具的驅動電路。燈具的驅動電路通常可以分為開關恒流電路、線性IC電路和阻容降壓電路3種。以最常用的開關恒流電路為例，燈具驅動電路的輸入端接入交流市電，通過變壓器降壓，再經過整流、濾波、穩壓，輸出穩定的低壓直流電，用于給LED供電。所輸出的直流電電壓是恒定值，但電流波形不是一條直線，而是類似交流電按周期變化的曲線，這表明給LED供電的電流是隨時間按周期性變化。LED輸出的光通量取決于輸入的電流大小，會隨時間波動，導致燈具的光通量隨時間波動，因此燈具的頻閃很難避免。通過合理地配置燈具驅動電路，可以有效地降低輸出電流的波峰，當電流的最大值和最小值之差與電流平均值相比小于5%時，燈具的頻閃在人眼可接受范圍內。

隨著城市化的發展，很多家庭都是租住房屋，租住房屋的照明條件通常難以滿足讀寫照明的“固定式燈具的大范圍照明+臺燈的局部照明”要求，甚至室內部分區域的燈光嚴重不足。此時需增設各種臺燈，并且在燈光不足的地方安裝固定式燈具。為了防止臺燈在調節角度過小時傾倒，會在臺燈底座加配重塊，一般是較大的鑄鐵件，使臺燈底座的尺寸通常較大。對于小戶型家庭，較大底座的臺燈會占用原本就相對擁擠的桌面空間。另外，固定式燈具在安裝時需在天花板或墻壁上打孔以及鋪設線路，將破壞室內原有的外觀，因此租戶難以根據實際需求安裝固定式燈具，為生活和學習帶來了極大的不便。

2 多用途燈具的用途、結構和材料

針對上述原因，筆者設計了一款兼具臺燈和固定式燈具功能的多用途燈具。該燈具的電源線末端為插頭，將插頭插入房屋內的插座即可給燈具供電；當燈具安裝處附近無插座時，可利用燈具隨機配置的移動電源供電，解決了新增燈具的線路鋪設問題。

所設計的多用途燈具由壁掛座、伸縮桿、安裝卡鉤、燈具主體等部分組成，其吊裝示意圖如圖1所示，壁裝示意圖如圖2所示。

圖1 多用途燈具吊裝示意圖

圖2 多用途燈具壁裝示意圖

其中，壁掛座通過背面的吸盤或背膠固定在墻壁上，正面設有支座，與伸縮桿尾端相配合，伸縮桿可以相對壁掛座在垂直平面內旋轉±90°，停留在相應位置，如圖3所示。伸縮桿的長度可調節，其頭部與安裝卡鉤相配合。該燈具本體安裝在安裝卡鉤上，并可相對于伸縮桿在水平面旋轉360°、垂直面內旋轉±90°，停留在相應位置。燈具電源線末端設有2腳插頭，可插入插座得電。

由以上結構可知，該燈具無須在墻上打孔，無須另外鋪設線路，即可實現吊裝和壁掛兩種安裝模式，還可以根據需要調節燈具的照明角度，作為固定式燈具使用。通過調整伸縮桿的長度，能大幅度快速地調節燈具與被照物的距離，調整后距離桌面較近時可將其作為臺燈使用。

該燈具本體主要由塑料（PC）制成，采用LED光源。安裝卡鉤的材料是PC，伸縮桿的材料是鋁合金。為了達到足夠的強度和使用壽命，壁掛座的材料采用聚丙烯（PP）+30%玻纖。由燈具各主要部分的材料可知，該燈具整體重量較輕，吊裝或壁裝后，安裝強度可符合CCC標準。該燈具可以作為臺燈使用，因此需降低眩光，并滿足光生物安全的要求，即藍光危害類別不得超過RG0。

照明用LED燈具的光源板的安裝方式分為直裝式和側裝式2種。直裝式的光源板安裝在燈具出光系統的底部，LED發光面對燈具的出光口，一般通過透鏡改變LED的出光性能。當燈具的光通量較大且色溫在4000 K以上時，眩光較嚴重，無法滿足光生物安全的要求。側裝式的光源板安裝在燈具出光系統的側面，其LED發光面不直接對著出光口，而是通過導光板將光導出至燈具的出光口，導光板的材料通常采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或PC。經測量發現，光源板側裝式燈具所發出的藍光會顯著減少，眩光程度也較輕。因此，該燈具將光源板側裝，燈具出光系統的底部放置反光紙，再用導光板緊貼LED，使LED發出的光經過折射和反射，均勻、柔和地導出至出光口。

該燈具還可以加裝紅外傳感器和光線傳感器并增加相應的調節電路。燈具加裝紅外傳感器后，可根據燈具下方是否有人而自動開關燈；加裝光線傳感器后，可根據燈具所處環境的光線亮度，自動調節燈具的發光亮度。

另外，該燈具采用隔離電源，且采用塑料外殼，屬于二類燈具，安全性較高。

3 多用途燈具的優點

與現有的固定燈具（吊燈、壁燈等）相比，該多用途燈具無須在墻上打孔，無須鋪設線路即可安裝；無須另配附件即可自由選擇吊裝或壁裝；能便捷地調節燈具與被照物的距離。同時，該燈具可以靈活多變地滿足人們的照明需求，特別是租住房屋的照明需求。

與現有的移動燈具（臺燈等）相比，該多用途燈具的照明范圍更廣，與被照物的距離調節更為靈活，且不占用桌面或地面空間，極大地改善了人們的照明體驗。

4 結束語

通過分析臺燈的使用要求和租住房屋的照明條件，筆者設計了一款兼具臺燈和固定式燈具功能的多用途燈具。該燈具的安裝可以實現無須打孔和鋪設線路，可以有效滿足人們對房屋的照明需求，同時改善人們的照明體驗。