电脑摇头灯内部构造及工作原理

电脑摇头灯是集电子、机械、光学为一体的高科技产品。合格的电脑摇头灯，必须稳定可靠、光效优良、定位准确、散热良好，灯体及材料结构符合人机
工程要求。

    电脑摇头灯从使用功率大小可分为250W、575W、1200W等品种。其中1200W为专业演出场所的主要灯型。本文重点对1200W摇头灯的构造原理进行剖析
。概括地说，摇头电脑灯是由光学、机械、电气及程序控制三大系统组成。三大系统相互关联、有机组合，满足光、色彩、速度、方向、效果、散热、噪
声、定位等要素的需要。

一、光学系统 

    光学系统设计最主要考虑光源光通量利用率。具体表现指标包括光的强度、均匀度、饱和度、光斑大小。影响上述指标的要素有两方面，一是光源，
二是光学系统结构、材料选择。目前，国内外厂家、用户基本推荐OSRAM或PHILIPS 1200W短弧双端金属气体放电灯管。其特性是紧凑性、高亮度、高色温
、显色性好及灯源在调暗的过程中，能保持相对稳定的色温。缺点是，这种灯管内填充剂的分层问题，即填充剂在电弧成像中出现色带或在电弧管凝结，
形成阴影效果，需在光学结构设计时控制在最小范围。在光学结构中，为求得均匀的混合光束，可采用抛物面的反光镜，要采集发散或窄光束，应选择有
刻度加工或表面纹理的反光镜。使用镜面反射材料制成的反射器系统比折射系统好。当需要从一个光源得到几条光束时，可采用棱镜或透镜组合的折射系
统。当前，国内外1200W摇头电脑灯的光学设计中，均采用透镜组合的方式，由非球面（即抛物面）石英透镜等组成。

    抛物面透镜最重要特性在焦点上放置一个点光源，将得到一平行光束。在光路设计时，还需考虑到光强分布曲线、形状与光源尺寸、反射透镜的口径
尺寸大小及光源的形状之间的关联关系。

  二、机械系统 

    机械系统范围很宽，包括材料、结构、机械性能、壳体要求、散热要求等等。灯具材料选择主要考虑因素有：满足灯的功能要求，制造难易程度及经
济性。目前，国际、国内1200W摇头灯的材料主要有钢材、塑料、铝合金。在考虑满足灯的总体功能的前提下，设计灯的结构模型，分不同部位，采用不
同的材料。如Aceda-spot1200III1200W摇头灯，灯体外壳采用塑料件，灯体支撑架、底座、侧板、端板采用铝合金铸件、冲压件、车件。

    灯的结构决定了其机械性能、散热、强度、噪声、重量等要素。国际、国内1200W摇头灯均采用双臂支撑结构，灯体水平旋转达540°，垂直旋转达
255°，底座部分须做加强处理，满足摇头灯的悬挂倒装要求。

    灯体的机械性能，主要体现在灯体部件的机械强度，使灯体在连续有效工作的时间内，不变形、耐磨损、耐腐蚀、抗震、抗压；灯的壳体必须有严格
的防水、防尘、防静电、防潮要求。根据防尘、防水的程度不同划分不同的外壳的防护等级要求：如室内使用的电脑灯的防护要求等级通常为IP20，室外
的电脑灯的防护要求等级通常为IP44。

    1200W大功率电脑灯的机械结构，散热要求至关重要，散热系统如有缺陷，通常会造成电器参数漂移，色片、影片破裂，出现斑块，产生死机、失步
、不受控制等严重后果。

    三、电气及程序控制部分

    1、电脑摇头灯的电气特性及电路设计

    前全世界范围内专业1200W摇头电脑灯绝大多数采用稀有气体放电泡光源。气体放电泡的启动和稳定工作取决于电路类型的设计、供电电源、镇流器
等电气元件的选择。稀有气体放电泡启动后，一般不需要稳定的时间，为保证趋稳，在整个交流周期里，电路的维持电压和灯泡的瞬时电压之间的差值应
充分大。

    光源的启动、稳定性、熄灭、再起动，应根据光源的特性要求设计电路。稀有气体放电泡的启动电压非常高，要求采用变压器、启动器件、半共振电
路等方式，提高瞬间启动电压。光源起动后的稳定性，取决于镇流器和电路参数的匹配。镇流器的基本功能是防止电流失控和使光源在它正常的电气特性
下工作。目前生产企业通常采用两种镇流器，一种是电感整流器，一种是电子整流器。电感整流器的优点是稳定性好，缺点是重，对灯体的强度、搬运、
装卸都有较高要求；电子整流器本质上是电源转换电路，将输入的电源电流进行频率、波形和幅度方面的改变。其优点是重量轻，方便装卸、搬运；缺点
是结构设计要求高，维护成本高。

    光源的再启动，在常规电路设计中，由于气体放电泡工作时产生高温，使泡内饱和气体形成蒸汽压阻力，光源要立即再触发很难实现，必须使灯内气
体压强降低至冷态数值后，才能触发重新启动。目前，国际、国内生产企业基本采用常规电路设计。 

  2、程序控制部分 

    目前国际、国内电脑灯普遍采用DMX数据格式编写程序文件。DMX512的原理：DMX数据流的速度是250K，即每个BIT为标准的4微秒。DMX的数据格式分
为以下部分：1）IDLE（空闲的）或NO DMX situation(情况)：当没有DMX数据包输出时，将是一个高电平信号；2）BREAK：DMX数据包的开始是一个88微
秒的低电平输出的预报{头}；3）MARK AFTER BREAK（MAB）：MAB是BREAK后，是一个8微秒的高电平或2个脉冲；4）STARTCODE（SC）开始代码：SC是数
据流开始的通道数据，它具有与通道数据相同的格式，一般为11个脉冲或44微秒；5）MARK TIME BETWEEN FRAMES（MTBF）：MTBF可以为0-1秒，小于1秒
，在每个通道起始位前都能以有MTBF，为高电平；6）CHANNEL DATA（CD）：通道数据桢在SC之后逻辑格式为1-512或小于512；7）MARK TIME BETWEEN 
PACKETS（MTBP）：在有效数据发送完毕后发送高电平。

    电脑灯效果产生，是通过不同的造型景片、不同的色彩变化，不同的视角、水平、垂直出光角度的变化及速度快慢、频闪快慢、光圈大小变化、焦距
变化等综合表现。所有这些属性指标的工作是通过步进电机的传动来实现的，将步进电机的电气运行参数加以定义编程，就完成了电脑灯的控制。