Среди осветительных приборов отдельную нишу занимают прожекторы от латинского projectus «направленный или брошенный вперед» — это устройства, концентрирующие световые лучи в определенном направлении при помощи отражающего конусовидного или параболического рефлектора. Идея впервые отразилась в чертежах Леонардо да Винчи, а в России ее воплотил в жизнь Иван Петрович Кулибин при Екатерине Второй в IX веке. Он смастерил оптический телеграф при помощи системы зеркал, перераспределяющих свет от обычных восковых свечей в направленный луч.
Изобретению нашлось применение в качестве семафора на флоте и в сухопутной связи, им ученый осветил темные переходы царскосельского дворца. В дальнейшем тема развивалась в военном направлении уже с электрическими источниками света, а схема с рефлектором использовалась практически во всех осветительных приборах, где был необходим концентрированный пучок света.
Для увеличения дальности действия приходилось увеличивать диаметр параболического отражателя и некоторые виды прожекторов достигали по габаритам 2-х метров в диаметре. В дальнейшем вместо защитного стекла стали устанавливать фокусирующие линзы. Хотя в линзе теряется часть полезного спектра свечения, это решение позволило сэкономить на площади отражающей поверхности и изготавливать компактные приборы, вплоть до ручных.
Характеристики прожекторов
Исходя из поставленной перед устройством задачи производители осветительной техники изготавливают продукцию с определенными свойствами, имеющими отношение не столько к конструкции прибора, сколько непосредственно к излучаемому им свету, а именно:
- мощность — уровень потребления электроэнергии источником света выражаемый в Ваттах (W). Чем выше мощность, тем ярче и дальше добивает лампа. При этом разные типы одинаковой мощности обладают разной энергоэффективностью — соотношением энергопотребления к светоотдаче;
- световой поток — главная характеристика, определяющая эффективность источника света, выражаемая в люменах (Lm). Однако конечная эффективность прожектора, с учетом всех оптических потерь, измеряется в люксах при помощи люксметра;
- угол рассеивания — в зависимости от конструкции и диаметра рефлектора формируется угол расхождения светового конуса от 6 до 160°. Чем меньше угол тем дальше будет светить прибор, но боковая засветка при этом будет минимальной. И наоборот: чем больше угол, тем большую площадь охватит световое пятно с минимальной дальностью;
- световая температура — оттенок освещаемых предметов, измеряемый в Кельвинах (K). Варьируется от красного к белому. От температуры зависит индекс цветопередачи — параметр от которого зависит, насколько естественно будет восприниматься цветовая палитра человеческим глазом. Наилучший индекс цветопередачи лежит в нейтральном диапазоне 3500–4500 K.
Теплый свет слабее, но лучше пробивает туман, снег и дождь. В условиях хорошей видимости холодный оттенок покрывает большее расстояние, хотя цвета и контуры объектов могут сливаться в одно пятно.
В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации прожекторы имеют определенные конструктивные особенности:
- источник питания — большинство аппаратов запитывается напрямую от сети 220 В, но некоторые типы ламп требуют для запуска пускорегулирующий аппарат или драйвер. Как правило, эти элементы схемы включены в конструкцию прибора изначально или подключаются извне. Есть и автономные прожекторы, питающиеся от аккумуляторов, бензиновых или дизельных генераторов тока;
Светодиодный драйвер - степень защиты — характеристика, определяющая факторы и условия внешней среды, при которых оболочка агрегата гарантирует стабильную работу системы. По международной классификации IP измеряется в цифрах относительно степени защиты от твердых частиц и влаги.
Виды прожекторов
Основное конструктивное отличие касается источника света. В первые, относительно эффективные электрические фонари устанавливались электродуговые лампы Эдисона или Ильича с нитью накаливания из углерода, платины, вольфрама. И хотя наибольший ресурс и светоотдачу продемонстрировала нить из платины в связи с экономической нецелесообразностью ей на замену был применен более дешевый вольфрам. В дальнейшем эволюция ламп двигалась в направлении повышения КПД, ресурса, компактности, удешевления производства.
Галогенные
Первая модификация ламп накаливания представляла собой колбу из кварцевого стекла, заполненную инертными газами и галогенами йода. В инертной среде нить перегорает не так интенсивно, что позволило повысить напряжение и увеличить светоотдачу. Для прожекторов чаще всего применяется линейная галогеннка с двусторонним цоколем типа R7s
Для круглых рефлекторов существуют более компактные лампы со штырьковыми цоколями типа G.
Энергоэффективность галогенок составляет в среднем 22 лм/ватт против 15 лм/ватт у ламп Ильича. Ресурс их работы тоже увеличен минимум в 1,5 раза. Для питания необходим трансформатор, но есть виды, рассчитанные на прямое включение в сеть 220 В.
Металлогалогенные
Представляют собой двойную стеклянную колбу, во внутренней из которых под высоким давлением содержатся галогениды различных металлов — газы, способные светиться при активации их разрядом электричества. Проводник или нить накала в конструкции отсутствует. Самый распространенный тип лампы имеет винтовой цоколь типа E27 или E40, однако в студийном, сценическом освещении иногда применяются односторонние и двусторонние штырьковые цоколи.
МГЛ отличаются высокой цветопередачей, ресурсом до 20000 часов и энергоэффективностью 85 Лм/Ватт. Для запуска прибора необходим дроссель — пускорегулирующий аппарат, кроме прочего, поддерживающий стабильность работы при перепадах в электросети. Лампы не нуждаются в разогреве и запускаются при температурах -40°C, что позволяет использовать их в северных широтах.
Натриевые лампы (ДНаТ)
Конструктивно практически не отличаются от металлогалогенных. Во внутреннюю колбу добавлены соли натрия, испаряясь которые выдают мощный поток световой энергии желтого и красного спектра. Лампы высокого давления имеют энергоэффективность около 130 Лм/Ватт, а низкого до 180 Лм/Ватт. При этом монохромный спектр свечения искажает цветопередачу, но максимально приближен к солнечному в диапазонах, необходимых для фотосинтеза растений. Именно эти виды прожекторов чаще всего устанавливают в теплицы.
Стандартные типы ламп имеют винтовой цоколь, но имеются разновидности со штырьковыми.
Для имитации дневного света и улучшения цветопередачи имеются образцы с окрашенным в белый цвет стеклом.
На морозе ниже 35°C пары солей светятся менее интенсивно. Приборы крайне чувствительны к перепадам в электросети, поэтому для их работы и зажигания необходим дроссель. Ресурс работы колеблется в диапазоне 13000–15000 часов с последующей просадкой в световом потоке.
Инфракрасные прожекторы
В отличие от других осветительных устройств, ИК лампы излучают только невидимый человеческому глазу инфракрасный диапазон от 800 нанометров. В комбинации с видеокамерами, рассчитанными на работу в этих диапазонах, представляют скрытую систему ночного видеонаблюдения.
Камера улавливает только отраженные лучи от ИК прожекторов в черно-белом цвете, а остальное пространство представляется неосвещенным. В качестве источника света для этих приборов используются газоразрядные или светодиодные лампы с заданным спектром свечения.
К сведению! Существуют редкие аномалии развития человеческих органов зрения при которых ИК лучи частично видны.
Светодиодные
Получили широкое распространение в последние 20 лет благодаря компактности, дешевизне и энергоэффективности в диапазоне от 70 до 130 Лм/Ватт. Существует два вида LED лампочек, применяемых для прожекторов:
- COB — кристаллы, расположенные близко друг к другу и залитые люминофором. Выдают равномерный поток света, но сильно нагреваются, в связи с чем нуждаются в массивном радиаторе или принудительном охлаждении.
- SMD — матрицы с набором led элементов одинаковой мощности.
Имеют больший разброс, но за счет наличия пространства между элементами обладают лучшим теплоотводом. При последовательном соединении, если перегорает один светодиод, то выходит из строя вся плата. В параллельном варианте вся нагрузка ложится на оставшиеся лампочки, что ускоряет их износ.
После частых перегревов LED элементы если и не перегорают, то дают просадку до 30%. В связи с этим производители уделяют больше внимания матрицам SMD, не таким требовательным к теплоотводу. Американские светодиоды Cree, японские Nichia или германские Osram в среднем выдают 100 Лм/Вт и имеют ресурс до 50000 часов работы.
Устройство прожектора
Традиционно конструкция состоит из следующих элементов:
- корпус — из пластика или металла. Лучшее решение, если корпус целиком состоит из алюминия: легкого, стойкого к коррозии и обладающего достаточной теплопроводностью. Задняя часть оснащается металлическим радиатором;
- рефлектор — отражатель из блестящего металла или фольгированного пластика, выступающего в качестве зеркала для фокусировки луча;
- защитное стекло — иногда изготавливается из жаропрочного поликарбоната. В моделях с широким углом рассеивания имеет рифление для лучшего распределения светового пятна. В некоторых образцах вместо стекла установлена фокусирующая линза;
- источник света;
- блок питания — представлен трансформатором, драйвером или дросселем в зависимости от типа лампы. Может отсутствовать если прибор работает напрямую от сети 220 В или подключаться извне.
Отдельную нишу занимают полностью автономные приборы с солнечной панелью и аккумулятором. Некоторые образцы оборудуются датчиками света и движения для автоматического включения в ночное время суток или при попадании движущегося объекта в сектор обзора датчика.
В зависимости от назначения приборы имеют несколько типов крепления:
- На консоль.
- Кронштейн.
- Штатив.
- Подвес.
- Грунтовый колышек.
- Переносной вариант.
- Поворотный модуль.
Сфера применения
Прожекторы повсеместно используются во всех областях жизнедеятельности, где необходимо освещение больших площадей или на больших расстояниях.
