黑知识 | 黑光灯知识知多少？

本文作者：李龙博士

上海磁海公司全球产品开发总监、总经理

作者通讯邮箱：gm@chindt.com

为什么叫“黑光灯”？

人眼可识别的电磁波波段在380-800nm，而紫外线灯的光谱集中在365nm附近，人眼不能察觉，故而成为黑光灯。

热光源“黑光灯”发光机理是什么？

热辐射

（1）从经典物理学看来热辐射过程的实质是物质中分子、原子受到热激发后以电磁波的形式向外辐射能量的过程。

（2）热辐射波谱是连续谱，各种波长（频率）不同。热辐射强度按波长（频率）的分布和温度有关，温度上升，短波长的电磁波比例也随之上升。

如：

低温物体发出的是红外光

炽热物体发出的是可见光

高温物体发出的是紫外光

低温物体发出的是红外光

炽热物体发出的是可见光

高温物体发出的是紫外光

斯芯蕃----玻尔兹曼定律

黑体辐射出射度与绝对温度有如下关系：

斯芯蕃----玻尔兹曼定律

含义：它说明对于黑体，温度越高，辐射出越大且随T增高而迅速增大。

恩位移定律

黑体温度增高时，其单色辐出度的峰值波长向短波方向偏移，且有如下关系：

注意：以上两种规律只适用于黑体，对非黑体只近似成立。

为产生365nm为中心光谱的灯泡，中心温度需要在~4500K

因此，热光源黑光灯有若干显著缺点！

物理学决定，热光源黑光灯温度必须高！导致的问题：

热量大，大部分能量转化为热能！

耗电多，可用能量少！

必须有滤色片，否则无法检测。

遇水滤色片会爆裂！

需要镇流器。

害怕磁场干扰！

热量大，大部分能量转化为热能！

耗电多，可用能量少！

必须有滤色片，否则无法检测。

遇水滤色片会爆裂！

需要镇流器。

害怕磁场干扰！

LED“黑光灯”发光机理是什么？

利用半导体PN结能级阶跃原理发光，光谱高度集中，产品功率仅为相同功率的热光源黑光灯的1/5~1/10。同时在稳定的能量激发下，电子在特定的电子层之间阶跃，这就决定了其产生的光谱比较纯正，不产生过多的其他无效光波。

LED“黑光灯”之前没有普及，为什么这几年畅销起来了？

原因1：前几年，UV LED转换效率低，灯珠价格高，产品价格更高。

原因2：自20世纪90年代起，环境保护法开始实施，旨在减少包括灯泡在内的汞灯废物，普通照明汞灯大部分被淘汰，但由于对高强度UV-A源的特殊要求，NDT行业是一个例外，探伤用灯曾不受限制。然而从2016年起，此类豁免开始到期。（随着巴黎气候协定的签署，2019年后，热光源灯及灯泡或将被迫停产。）

原因3：UV LED技术优势太明显，出现了大量热光源灯无法实现的应用。

LED主要优势一：开启即可达到最高强度，无需预热。发热量低，可不加风扇，实现高防护等级，复杂工况可使用，遇水防炸裂。

LED主要优势二：汞灯会产生有害光谱，LED光谱安全，不产生有害的UV-B,UV-C,对探伤人员伤害降到最低。

LED主要优势一：开启即可达到最高强度，无需预热。发热量低，可不加风扇，实现高防护等级，复杂工况可使用，遇水防炸裂。

LED主要优势二：汞灯会产生有害光谱，LED光谱安全，不产生有害的UV-B,UV-C,对探伤人员伤害降到最低。

LED“黑光灯”究竟有何优点？

优点1：光谱纯正

LED UV-A光谱曲线非常窄，90%以上能量集中在365±7nm。

热光源UV光谱曲线非常宽，只有不到10%的光源可以用于荧光检测。

因此，汞灯会产生有害光谱，并且能量有效利用率低。LED光谱安全，不产生有害的UV-B,UV-C,对探伤人员伤害降到最低。

优点2：节省耗电量

冷光源与热光源灯的能耗对比:

热光源灯能耗比LED灯要高出数倍，甚至数十倍。

优点3：抗电磁干扰，强磁场中稳定工作

(上图磁强计显示强磁场中，磁海LED黑光灯依然正常工作)

优点4：在生命周期内，LED每1万小时衰减约10%(磁海使用灯珠)

优点5：LED即开即用，无需预热vs热光源：需预热五分钟

优点6：LED寿命不受开关影响，不限次开关VS热光源：寿命受开关影响很大

优点7：LED外壳温升很低，可机械散热vs热光源：发热很大，必须有电扇

优点8：LED可以不用滤色片，不怕水 VS热光源：必须要有滤色片，怕水溅，易炸裂

LED黑光灯更贵吗？ NO

从购置和使用成本来看，冷光源黑光灯比热光源要节约很多成本。最重要的是冷光源黑光灯可以节约90%以上的耗电量和碳排放量，对地球更加绿色环保，这也是为什么2016年以后热光源黑光灯豁免陆续到期的原因。

为何LED黑光灯也要加滤色片？

LED黑光灯不产生有害的UV-B,UV-C光谱，但是根据ASTM E3022规范要求，冷光源黑光灯也需要加滤色片，其实原因是过滤可见光，如果可见光过多，会在工件表面形成紫外炫光，产生盲区，影响检测效果。

不加滤色片的话，会有少量白杂光，导致工件检测时，尤其针对表面光滑的精加工件，会出现紫色反光盲区。而LED 黑光灯增加滤色片后，将可见光滤去，,避免出现紫色反光区，从而规避漏检的风险(对比效果见下图)。

便携式黑光灯是不是越小越好？

相同覆盖面积和强度的便携式灯，一般对于使用者来说，比较喜欢轻巧一些的。毕竟长时间持续探伤也不是为了练举重，自然越轻小越好。

但是体积重量越小是否灯就真的好呢？!

1.黑光灯体积小，意味着灯体面积随之变小，这样黑光灯的散热面积就会小。

2.黑光灯重量小，则就需要缩减散热片重量，这样同样会影响散热效果。

散热性不好则会影响灯珠的寿命及光谱的峰值。

黑光灯可以小，但是必须要在确保良好散热性的前提下。ASTM E3022规定了在25±3℃环境温度时，温升不超过48.8℃。若灯体温度超过48.8℃，即不符合ASTM E3022标准。

LED灯珠寿命真有5万小时？

大部分厂家都会写出LED寿命3-5万小时，根据行业经验，不同的温度，湿度，使用工况，人员操作等均会影响LED黑光灯的寿命，同时大部分LED灯都使用光学树脂透镜，长时间使用也会老化，基本UV LED寿命1-2万小时。

并且冷光源黑光灯长时间使用后也会有损坏的，与热光源灯更换灯泡不同，冷光源灯珠损坏后，用户一般很难自己维修更换。这就要求厂家提供快速稳定，优质的售后或者提供方便用户自己维修的设计方案。

好消息！！！

磁海不仅售后服务优质快速，更研发了可更换LED模组，适合大面积和手持式黑光灯。使用几年后，若某颗LED灯珠有不亮情况，用户可自行针对性的更换灯珠模组。

LED黑光灯为什么特别注重散热？

1. 环境温度或者灯体的温度过高会影响灯珠的发光光谱峰值。

2. 环境温度和灯体温度过高会影响灯珠的寿命。

因此，ASTM E3022规定了在25±3℃环境温度时，温升不超过48.8℃。

（航空铝制灯体，机械散热设计）

冷光源黑光灯一定抗水吗？

1.相比热光源灯的遇水易炸裂，冷光源黑光灯遇水一般不炸裂。

2.电风扇散热型黑光灯，不抗水，如水从风扇散热口进入会容易烧掉驱动板。

3.密封性好的机械散热黑光灯，防水防尘能力强，一般适合各种复杂恶劣的工况使用。

无损检测中的，环境白光和黑光灯可见光有何区别？如何进行测量？

环境白光，一般是指环境内的白光强度，荧光磁粉和荧光渗透探伤时要求的暗室内可见光低于20Lux。

黑光灯内可见光，也叫黑光灯漏白光，根据ASTM E3022标准，是指在黑光灯照射下，在工件表面处测量的漏白光强度。

而我们一般检测标准中规定的Visible light其实是环境白光与漏白光的叠加。

环境白光和黑光灯漏白光的测量，需要的仪器也不相同。测量黑光灯漏白光必须使用增设滤色片的测量探头。国内北京X范大学白光照度计，可以测量环境白光强度，但是测试黑光灯里面可见光，可见光数值超标。其根源是感应探头没有滤色片，会有荧光反应，同时该探头测量波段是380-700nm，对部分紫外线长波也有反应，虽可以测试环境白光强度，但不可用于检测黑光灯中的漏白光输出。