Немного об автомобильных фарах

Да что мы всё о кострах и факелах? Давайте лучше поговорим об автомобилях, а точнее о фарах автомобиля. Правда на первых автомобилях не было фар. Их на автомобилях стали использовать позже. Смешно подумать, но первые реально работающие фары на автомобилях были керосиновые. Потом ацетиленовые. Да что там говорить, и автомобили то были деревянные и ездили они так, что можно было выпрыгнуть на ходу и сбегатьпосмотреть, куда едешь. Свет не играл особой роли. Но с ростом скоростей автомобилей вопрос освещения проезжей части встал очень остро. Тогда кто-то догадался воткнуть в фары лампу накаливания. С этого момента  начинается прогресс электрического света вавтомобиле.

Самыми первыми, применяемыми на автомобилях электрическими приборами освещения, стали вольфрамовые лампы накаливания. Конструкция отражателя фары была параболическая. Куда там до сконцентрированного пучка света? Светили просто вперёд, постоянно слепя встречных водителей. Решение проблемы было простым: надо просто опустить фары. Так появились понятия о ближнем и дальнем свете. Причём первые «модели» переключателей света были механическимии наружными, водителю надо было выйти из автомобиля, чтобы переключить свет. Чуть позже, правда, научились делать салонный переключатель. Вот уж действительно, всё новое - это хорошо забытое старое, вспомним современные корректоры фар.

 Уже гораздо позже появилась фара с рифлёным стеклом. Свет в такой фаре отражался от рефлектора и проходил через сложную систему линз и призм, отпрессованных на внутренней поверхности стекла, рассеивающих свет в горизонтальной плоскости и концентрирующих световой поток в необходимых направлениях. Фары стали жёстко фиксированы, что значительно повысило надёжностьвсей системы в целом. Для переключения света с ближнего на дальний стали применять двухнитевую лампу накаливания. Нить дальнего света такой лампы расположена в фокусе рефлектора, обеспечивая максимальный световой поток, а нить ближнего смещена относительно фокуса с целью распространения светового пучка вниз.

Через 50 лет после изобретения вольфрамовой лампы на сцене появляются галогенные. Их светоотдача выше обычных вольфрамовых почти в 2 раза. Только вскоре стало ясно, что конструкция параболического рефлектора с оптическим рифлёным стеклом изжила себя и при увеличении светоотдачи ламп в фарах растут в геометрической прогрессии и всякие паразитные световые потоки (ну нельзя делать фары с точностью и качеством цейсовской оптики - золотыми станут).

 Ксеноновые лампы, вы не поверите, появились раньше галогенных, в 1946 году. Однако, для стабильной работы ксенона требуется высокоточный блок питания, для создания которого технического уровня развития в то время было недостаточно. Поэтому ксеноновое оборудование стоило баснословно дорого, имело огромные размеры и применялось только в промышленных масштабах. Но с появлением микропроцессорной техники и высокоточной электроники появилась возможность использовать ксенон и в автомобиле. Чем хороши ксеноновые лампы? Их светоотдача в 4 раза выше галогенных!  

И всё же, увеличение яркости света, к сожалению, не решало полностью проблему освещения дороги - с ростом яркости более остро встала проблема ослепления других участников движения. Поэтому разработчики пошли по пути улучшения самой оптики. На сцене появились фары с полиэллипсоидными отражателями и конденсорными линзами. Выговаривать эти слова сложно, поэтому у нас такие фары стали называть линзованными или просто линзами.

Конструкция проекторной фары, как ещё называют линзованные фары, проста. В фокусе эллипсоида находится источник света. Лучи света, отражённые от стенок эллипсоида концентрируются на проекторной линзе, которая обеспечивает сконцентрированный пучок света. Между лампой и линзой установлена шторка, отсекающая нежелательный поток света. С целью переключения света ближний/дальний существует возможность сделать шторку подвижной. Чёткая граница светового пучка и отсутствие бликов, присущих обычным фарам, позволили эффективно использовать проекторные фары совместно с ксеноновым оборудованием.

В настоящий момент разработчики ведут работы над светодиодными источниками света. Уже сейчас светоотдача светодиодов превосходит галогенные лампы почти вдвое и, по прогнозам специалистов,  к 2020 году будут превосходить ксеноновые более чем в 2 раза. Недостаток полупроводниковых источников света пока один - очень высокая цена.

 

Источники света	температура свечения, К	светоотдача, лм/Вт	КПД, %
Керосиновая лампа	2000	1
Вольфрамовая лампа накаливания	2300	15	2
Галогенная лампа накаливания	2800	25	2,5
Ксеноновая газоразрядная лампа	4300-12000	85	7
Полупроводниковый источник света		45	50
Прогноз полупроводниковых и.с. к 2020 г.		200
Теоретический предел белого света		250
Теоретический максимум монохроматического и. с. с длиной волны 555 нм (зелёный цвет)		683

 

СЛОВАРЬ: 

Линза конденсорная - Оптическая система, которая собирает свет лампы и формирует его в узкий пучок. Используется в прожекторах локального освещения. Этот термин иногда применяется к линзам Френеля, которые сжимают световой поток лампы в узконаправленный луч. 

Эллипсоид - Объемное тело, границы которого можно получить вращая эллипс вокруг одной из его осей. Является замкнутой поверхностью 2-го порядка. 

Вольфрамовая лампа накаливания - принцип работы заключается в нагревании проводника при протекании через него электрического тока. Русский учёный-электротехник Лодыгин А. Н. первый предложил использовать в качестве проводника вольфрамовые нити, закрученные в форме спирали. Он же первым стал откачивать воздух из ламп, а в последствии заполнять их инертным газом. Патент на своё изобретение Лодыгин продал компании General Electric.

Галогенная лампа накаливания - это вольфрамовая лампа накаливания, с добавлением в неё паров галогенов - брома или йода. При нагреве нити происходит испарение атомов вольфрама, которые вступают в химическое соединениес парами йода (брома). Процесс обратим - при высоких температурах соединение распадается, и атомы вольфрама высвобождаются на спирали либо вблизи неё. Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, что позволяет делать галогенные лампы очень компактными.

Ксеноновая газоразрядная лампа - представляет собой колбу, заполненную газом ксеноном и солями металлов под большим давлением. Дуговой разряд между двумя электродами из вольфрама инициирует свечение газа, создающее световой поток высокой интенсивности. Если газ внутри колбы без примесей, то лампа имеет цветовую температуру около 4300 K. Для получения более высоких температур свечения в смесь подмешивают другие газы. Сложность использования  ксеноновой лампы заключается в том, что это низковольтное сильноточное устройство, требующее  хорошей регулировки тока во время работы. Для поддержания дуги необходим источник постоянного тока напряжением 80 В, а для её инициализации - 25 кВ.

Полупроводниковый светодиод - полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода. При  рекомбинации электронов и «дырок» в переходе диод излучает свет в видимом диапазоне. Современные светодиоды изготовлены на основе соединений индия и галлия с применением специальных веществ - люминофоров.

 

Вернуться назад >>