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鹿城LED工业观片灯和传统观片灯的对比

*黄河
（温州市鹿城无损检测设备公司，温州，325000）

【摘要】：根据《GB/T 19802-2005无损检测 工业射线照相观片灯 最低要求》最新标准，对鹿城LED观片灯和传统的进口和国产的荧光灯观片灯进行了一系列的测试比较和实际应用对比观察，并根据测试对比的结果，预测将来工业观片灯的可能发展趋势。
【关键词】：工业观片灯，LED工业观片灯
引 言
射线检测是我国目前无损检测行业所有探伤方法中应用最为广泛，保障系数最高的检测方法之一，而观片灯在射线检测中扮演着非常重要的角色。《GB/T 3323-2005 金属融化焊焊接接头射线照相》在射线底片最低黑度的要求方面做了一些修改，将原来的底片最低黑度D=1.5提高到D=2.0，如果要达到B级要求，最低黑度D=2.3。这就是我国射线检测人员理论和实际经验的总结，为得到足够的底片对比度以满足评片要求，必须要提高底片的黑度。为此必然带来对密度计和观片灯在要求上的提高。要求密度计能测试到D=5.0以上，观片灯要能观察到D=5.0的底片。
目前市场上的观片灯各不相同，大部分国产观片灯厂家都宣称其名下的观片灯能观察到5.0黑度的底片，但是往往进口的观片灯却声称它们的观片灯只能看到4.0黑度的底片（包括韩国，日本，美国产的观片灯）。针对这种情况的出现和当前市场上的工业观片灯质量相差很大，没有一个强制的统一的鉴定方法，我们对鹿城LED工业观片灯FV-2008和韩国产及国产其它观片灯进行了一系列的测试比较和实际应用对比观察，试验结果表明：真正能看得到5.0黑度的观片灯寥寥无几，只能靠热光源的配合才能看到5.0黑度的底片；而且亮度不够的观片灯可以截留X射线底片上的密度影像，以致影响评片质量，产生误检，漏检。现将测试结果和试验报告公布如下：
测试结果和试验报告
1．观片灯观察窗口的亮度，均匀度和色温的测试和讨论
测试项目：
观片灯观察窗口的亮度，均匀度和色温
测试对象：
鹿城LED观片灯FV-2008,韩国产观片灯，国产其他观片灯
测试方法：
笔者采用日本TOPCON瞄点式亮度计BM－7进行亮度，均匀度和色温的测试。
根据《GB/T 19802-2005无损检测 工业射线照相观片灯 最低要求》最新标准的测试要求，将观片灯的观察窗口平均分成12个边长为3.5cm的正方形(图1)，分别测量每个正方形的亮度。

毕业于杭州电子科技大学，一直致力于LED发光照明行业的研发和生产工作。
E-mail：Lcndt@

图1. 观片灯的观察窗口的划分
（1） 测出一个亮度最大值，记为Lmax
（2） 找出四个亮度最大值，并求出其算术平均值，记为Lmax’
（3） 找出四个亮度最小值，并求出其算术平均值，记为Lmin’
（4） 均匀系数g= Lmin’/ Lmax’（俗称“均匀度”）
测试结果：
表1. 观片灯观察窗口的亮度，均匀度和色温测试
观片灯种类
最大亮度
（Cd/M2）
均匀度
色温
(K)
鹿城LED观片灯
205,000
0.95
7000
韩国产观片灯
51,120
0.92
6500
国产其它观片灯
50,760
0.70
6000
讨论：
（1）关于亮度的区别：由于韩国产和国产其它观片灯都是采用荧光灯作为观片灯的光源。而荧光灯是通过灯丝发射大量电子，氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。也就是说荧光灯的亮度很大程度上取决于荧光粉的激发程度。但现在市面上常规的荧光粉的激发程度是有限的，一般现在荧光灯的光效在50～70lm／W之间，荧光灯的亮度已经发展到了一个极限的状态，很难再有提高了。即使是强制加大工作电流，也只能以极大牺牲光源的寿命为前提，来提高亮度。而LED的光效逐年递增，从90年代的40lm/ W到如今的60～175lm/ W。而当今提高LED光效这个课题已成为世界各国照明界研究的重中之重，并且预计在2010年，LED的光效可以高达300lm/W，这就是鹿城LED观片灯能在亮度上远远超过荧光灯观片灯的原因。笔者认为LED观片灯的诞生，将对以后射线底片的黑度要求也会产生一些变化。以往因受到观片灯亮度的限制，底片黑度不能过大，但是又要保证底片具有足够的对比度，黑度不能太小，所以JB4730标准规定，底片最低黑度Dmin≥2.0。
（2）关于均匀度的区别：影响观片灯的均匀度有两个因素：光源本身发光面的均匀度和匀光板的漫反射特性。
光源本身发光面的均匀度：用于工业观片灯的荧光灯普遍为U型管或H型管，均为长条形，只要观片灯内部灯管排列合理，发光面就可以比较均匀。而LED的光束性强，即使是选择发光角度大于140o的晶片封装，均匀度也始终不及荧光灯，只有通过密集排布，通过光线的叠加，才能提高发光面的均匀度。
匀光板的漫反射特性：目前比较常见的用于观片灯的匀光板的材料：乳白色有机玻璃（ABS,亚克力，PVC），磨砂玻璃。而鹿城LED观片灯采用的是厂家定制的漫反射板，其原理是透过光线在树脂和德国进口化学颗粒之间不断反射、折射和散射，形成光的均匀散布的效果。
通过一个简单的试验测试匀光板性能：一个固定平面光源，固定的距离(5cm)放置不同种材料的匀光板，测量其平均亮度和均匀度。
表2. 不同材料匀光板的试验分析
匀光板材料
韩国
磨砂玻璃
国产乳白色
有机玻璃
普通
磨砂玻璃
定制漫反射板
亮度（Cd/M2）
7160
6250
5430
8330
均匀度
0.91
0.73
0.52
0.95
（3）色温的区别：色温的不同对观片效果的影响是跟人眼视觉分辨力的特性有关。根据人眼生理特点得知，分辨力和色觉在一定的光亮度范围内，是随光亮度的增加而提高的。此外，人眼在纯白色或略偏微蓝或者偏绿即较高色温（6000-8000K）的灯光下，对黑白密度影像的分辨力最高，清晰度感觉也最佳。这就是相同亮度，而带给评片人的感觉却不同的原因。
2．使用阶梯试块底片的测试比较和讨论
测试项目：
阶梯试块底片（黑度从2.0到5.5递增）的测试比较
测试对象：
鹿城LED观片灯FV-2008,韩国产观片灯，国产其他观片灯
测试方法：
将同一张阶梯试块的曝光射线底片放在上述不同观片灯上观察，分别将观片灯打到亮度最大档位上。以能看清晰相邻阶梯间分界线为标准。
测试结果：

表3.不同观片灯所能看到的阶梯黑度等级
观片灯种类
鹿城LED观片灯
韩国产观片灯
国产其它观片灯
阶梯黑度
5.5
4.1
4.0

讨论：
由于时间和器材的缺乏无法采用线对数测试卡进行测试比较，无法得出一个直观的各种观片灯能分辨的Lp/cm值。但是测试结果依旧表明在灯不够亮的观片灯下评片，会使许多细微影响截留，从而造成评片质量下降，甚至误检，漏检。此等因素引起的现象应充分注意，不可疏忽！
3．关于各种光源寿命的讨论
目前工业观片灯的种类按光源的性质来分，可以分为热光源和冷光源两种。
所谓的热光源也就是白炽灯，是通过将灯丝的温度加热到高达2000℃以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。
现在市场上普遍采用500W的白炽灯做为工业观片灯的光源。这样的大功率的白炽灯，正常工作时，会产生极大的热量,灯管管壁温度高达600℃,不但会对胶片产生很大的影响，还会极大程度上影响光源本身的寿命。因为白炽灯的寿命跟灯丝的温度有关，温度越高，灯丝就越容易升华（钨直接变成钨气）。所以，白炽灯的功率（瓦数）越大，寿命就越短。笔者查询了相关资料得知普通的40W的白炽灯连续工作寿命在1000小时左右，但是如果频繁的开关，会造成钨丝闪断，寿命将有很大程度的影响。
所谓的冷光源，其实是相对热光源而言的，这个名称会让很多人误会，其实没有不会发热的光源，即使是冷光源在点亮的过程中也会产生不同程度的热量。目前市场上冷光源观片灯大致可以分为荧光灯和最新刚刚上市的LED观片灯。
荧光灯的点亮过程是：通过光源启动器点燃荧光灯，点燃的过程中，必须要给荧光灯的两端施加大于电源电压，才能够点燃荧光灯。有注意过荧光灯的人都会发现，只要是用过的荧光灯，两侧管壁上都会发黑。其原因是：钨丝的升华直接变成钨气，这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的，当钨丝升华到比较细瘦时，通电后就很容易烧断，从而结束了灯的寿命。普通荧光灯的厂家宣传的寿命是2000小时但是我们平常发现观片灯的光源寿命远不及2000小时，甚至半年就要因为光源亮度的衰减而更换灯管。这是因为工业观片灯防眩光的要求，必须要使荧光灯处于不断的开开关关的状态，以避免强光直接照射眼睛，对评片人员造成伤害，这势必会极大程度上影响光源的寿命。
而LED也就是发光二极管这种光源，它是利用固体半导体芯片作为发光材料。当两端加上正向电压,直接发出各种颜色的光。由于没有灯丝、工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时，也就是5年到10年时间。既然没有灯丝，开关次数也就对光源的寿命不产生影响，而且LED的响应速度极短，非常适合在频繁开关的场合下使用。唯一影响LED寿命的因素，就是LED片基通电时产生的热量。所以针对观片灯而言，解决好LED片基的散热，是观片灯质量好坏至关重要的一步。而鹿城LED观片灯FV-2008采用了热阻为0.5℃/W散热器，强制风冷，并且启用了温控报警功能，一旦LED片基的温度超过了正常工作范围，指示灯将由绿色变成红色，提示评片人员，有效的保护了光源的寿命。这也是鹿城LED观片灯FV-2008能提出两年质保期的依据所在。
4．关于各种光源抗震性能的讨论
传统的光源，无论是白炽灯，还是荧光灯，都离不开充了卤素气体的玻璃灯管。通常这种玻璃灯管的管壁厚度都很薄，无论是在运输的过程中还是在野外使用中都很容易造成灯管的损坏。而LED这种光源不需要灯管，它是一个半导体电子发光器件，所以根本不存在摔坏的可能性。就这点，也是相对传统工业观片灯而言一项重大的改进。

总 结
纵观整个工业观片灯的市场，热光源（白炽灯）做为光源的工业观片灯，因为其在点亮的过程中产生的大量热量（使用中有95％的能量转化为热能）使胶片变形甚至烧焦，而被淘汰。进而绝大部分厂家选择了荧光灯做为观片灯的光源，而荧光灯的亮度存在一定的局限性，荧光粉的激发水平已经发展到了接近极限的程度，荧光灯已经渐渐淡出了照明界的研究重点，导致荧光灯的光效一直停留在目前的等级。而且荧光灯虽然属于冷光源，但在点亮的过程中，如果散热系统设计的不理想，仍然产生大量的热量，以致胶片变形。再加上荧光灯光衰快，易碎等特性，也阻碍了其在观片灯中应用与发展。而LED在近十年内的飞速发展，随着大功率LED的出现，更使其大有替代荧光灯之势。目前高光效的LED芯片的成本虽然每年都在下降，但是跟荧光灯比起来还是高很多倍，这也是LED工业观片灯到今年才面世最重要的原因。不过LED以其亮度高，寿命长，无辐射，环保节能等特性，已成为工业观片灯发展的必然趋势。
笔者发现众多探伤部门普遍采用完善X射线检查设备，改进拍片方法和暗室技术，此举虽然可以获得很大的成效，但忽略了观片灯的质量，会使原已提高清晰度和对比度的X射线底片在光源质量较差的观片灯上无法充分的显示出来，产生负抵消。因此采用质量较好的工业观片灯对提高X射线底片的清晰度和对比度有着重要的意义。并且从经济的角度上分析，情况也是如此，一台质量较好的观片灯的费用远远要低于X射线机，甚至一箱工业胶片的费用。这种一次性的小投资，对于探伤部门提高检测成功率和效率都是一劳永逸的。

参考文献：
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[4] GB/T 3323-2005 金属融化焊焊接接头射线照相[S] .
[5] JB/T 4730.2-2005 承压设备无损检测[S] .
[6] 张兆臣. 遮幅观片灯在影像诊断质量保证中的价值[J]. 第四军医大学学报，2003.24（15）：1430-1432.