摘要：灯具运行状况的检测技术是用来确定灯泡运行状况、并讨论当今世界范围内正在研究的对不同类型灯泡的检测技术。现在已经明了的照明技术领域内所使用的检测技术尚不够完善。本论文涉及的是，能够将预先更换灯泡变成为经常性的例行工作。
关键词: 照明灯具 运行状况 检测技术
现行最为通常采用的保证灯具能够持续运行的方法，是根据预先设定的时间计划表来更换灯泡。这种方法成本较高，而且仍然不能保证某个灯会发生不希望 的早期失效。一种替代的方法是在灯具内安装备用灯泡，当第一个灯损坏时切换上去。然而这也不是好方法，这既会增加成本还会增加灯具体积。并且灯泡的切换会有时间上的延迟，对有些灯泡和控制电器有时会很厉害。
很清楚，日常生活中对于能够控制灯泡期望的维持使用寿命，有不断增长的需求。
过去20年间，英国加的夫(Cardiff)大学的智能处理检测和管理中心(IPMM)已经成功开发一系列科研项目，采用机械方法检测灯的运行状况。在这些科研项目中，开发并使用着各种不同技术领域中的不同合作者提供的各种不同的检测技术。目的是研制出能够快速检测灯泡故障并提出维修计划表。
IPMM研究中心在最近的一项研究工作中开始考虑检测灯具的运行状况以及如何改善其特性，以提供一种可“实时”地检测灯泡接近失效的方法。这将使得最终用户有足够的时间、根据需要及时地采取措施——或者据此来优化维修计划表。
一、传统的检测技术
传统的检测灯泡使用寿命的方法，是使用一种类似于计时器来测量灯泡已经使用了多长时间。但是，这种方法有许多缺点：
灯泡制造商提供的灯泡期望使用寿命本身就不太准确。根据早期失效率，有些灯泡在很短时间内就失效了，而有些灯却可能比预期的使用寿命延长二倍之多。这些都可能使得维修计划表产生严重错误。
带有调光功能的灯具，对灯泡使用寿命的影响非常大。外部的运行状况，如灯具的开关频次对灯泡的使用寿命也是个不确定的因素。
已经完全确定的、另外的检测灯泡运行状况的方法，是检测灯的某个运行参数，如灯电流。这样，当灯丝烧断、或是放电终止，检测系统会发出报警信号。但这只是事后检测，对于预先制定维修计划毫无作用。
二、检测灯泡运行状况的最新技术
本文所介绍最新的灯的检测方法，是基于测量灯泡的运行特性、或是特性组合，以准确地确定灯泡的剩余使用寿命。这种理想的检测方法，将能够根据所使用灯电流的轨迹，连续地提供更新灯泡剩余使用寿命。该种方法仍在研究和发展之中，并且根据灯泡的发展而在技术上不断地更新。
2.1采用灯丝的灯
传统的采用灯丝的白炽灯、或者卤钨灯的运行状况检测方法已经完全公开。几乎现在所有的检测方法均是采用检测灯电流是否中断来判断灯是否损坏。这类检测系统一般安装在高级轿车内，在这种使用场合似乎几乎没有专门的检测系统和器件用于预期灯泡失效检测。
2.2高强度气体放电灯(HID)的检测
最初由于该类灯较为昂贵、大都用于较为重要项目之中，同时还因为这类灯在失效时可能会发生爆炸，检测这类灯时曾发生过许多趣事。
1996年欧司朗(Osram Sylvania)公司发布的一项专利“检测气体放电灯整流效应及包含保护电路的镇流器”。专利中描绘采用一个器件测量跨在灯两端的直流电压分量，在灯使用寿命的后期这种直流电压分量会增长。当灯电极过热时，可能会使得镇流器失效。
惠普(Hewlett Packard)公司2002年获得一项发明专利中，“在灯泡使用寿命的后期提供一个信号，告示电弧管灯泡已接近有效的使用寿命，在该电弧管灯泡实际损坏之前应该予以更换。只需将门阀值设置在该灯泡的实际烧毁之前即可。”
飞利浦(Philips)电子公司于2003年获得一项器件的专利，可用以检测气体放电灯。“当测得的值显示灯电压明显地下降，在预定的灯使用寿命、甚至是灯可能发生爆炸之前，产生报警信号。”
2004年台湾明基(BENQ)公司的一项专利申请中表述：“一种想象的加紧器件，具有一个光源灯，伴有一对电极，一个检测装置用以检测灯电极两端的电压，一个模拟-数字转换器用来将模拟电压值转换为数字值，一个控制单元用来将数字值与对应的图表比较、以计算灯泡剩余使用寿命。”
从所有的这些已经申请的专利来看，已经有很多针对检测气体放电灯接近使用寿命终了阶段的研究工作正在进行之中，特别在实际的照明应用项目中。前述的这三项专利均未提及在什么时间点上可提出灯泡的实际剩余时间——都集中于基于设置个别灯泡的阀值上；也未提及如何结合灯泡的参数，保证用户在灯泡的使用寿命终了、灯泡爆炸之前被更换掉。最后的那个专利提出一个可用来任何时间点上测量灯的剩余使用寿命的器件，并当用户开始观察时，能够在任何时间点上显示出来。
但是很清楚，早期的这些研究主要关注于某些照明工程项目中灯泡的使用寿命。
2.3荧光灯
CEYX科技公司的一份白皮书中介绍了一种用来检测用于LCD背景光的冷阴极荧光灯的控制系统。这种系统检测灯电流，是为了能够使得控制器持续地保证灯的输出照度。控制器还具有内置的诊断器，利用灯电流来预测灯寿命。
现在似乎对于加热阴极的荧光灯运行状态的检测不太感兴趣。荧光灯不像气体放电灯那样昂贵，检测使用寿命似乎也无太大必要。因此，所有的检测装置应该成本低廉、在经济上可被接受。否则，可能会使用灯安全判断系统的成本成为使用该灯所必须考虑的第二个因素。使得荧光灯运行状态检测成为必要的一个重要因素，是荧光灯庞大的使用数量。在恰当地时间更换灯管，有可能节约荧光灯的灯管成本和巨额的运行成本。同样的这种检测系统也可以应用于紧凑型荧光灯(CFL)。
2.4静态感应放电灯(SID)
现在尚无适用此类灯运行状态的检测技术。其原因可能是：首先，这类灯的技术比较先进、应用数量也较少——同时这种灯的使用寿命长达60000小时，要获得这种灯的整个寿命周期的技术数据将花费很多时间。更换这种灯的频次很低，所以这种点灯系统中的灯几乎不需要更换。驱动这种灯所使用的电子镇流器本身的失效率很高，所以很难预测。因此，在这种灯被大量应用、并取得更多的数据之前，开发应用于该类灯的检测系统可能不会有较高的性能-价格比。
2.5发光二极管(LED)灯具现在似乎还没有、或很少有用于LED光源运行状况的检测技术。虽然LED并非新技术，但是要成为普通照明的主要光源，其输出功率尚需很大的提高。因此，实际使用LED的数量还很少。大多数在一些特殊的场合下使用，比如交通信号、火炬等。之所以还没有使用LED状态检测的原因与SID灯是相同的。
三、新型的检测系统
3.1飞利浦照明(Philips Lighting)
最近，已经证明最容易理解的、飞利浦大作广告的检测系统是其用于室外照明的Telemanagement系统。共有二种系统：称为Starsense 和Telesense。与以往所有的检测系统相比，这二种系统均可提供极好的控制和检测。这二种系统交替地围绕在灯泡的周围，伴以专门的、可对每个气体放电灯调光控制的电器箱。电子镇流器也检测气体放电灯内部的电气参数，以准确地预计何时灯可能会失效，这样可有效地、定时地更换灯泡。据称，这种系统可以根据一天中不同时段、天气情况以及灯泡的使用年限，将灯调整到所需要的照度输出，从而大幅度地节约灯的使用成本。而且完全不需人工去检查灯泡是否已经失效。
Starsense系统还具有分析、判断功能，可以和交通管理系统、地理信息等结合起来。这种控制装置完全可用于大型的照明装置中，比如高速公路以及大型的道路立交系统。Telesense系统的结构则较为简单，一般用于单独的道路照明装置中(见图1)。
在该二种系统中，每一组灯泡都装有一个分段控制器(SC)——并通过电网电缆连接到安装在每个灯具上的室外照明控制器(OLC)中。室外照明控制器(OLC)检测灯的运行，并根据分段控制器(SC)的指令调整灯的照度输出。分段控制器(SC)又通过电话线或因特网与控制中心的监控计算机相联系。
3.2集成装备和仪器(IEI)
英国集成装备和仪器公司(IEI)的 R.Seevaratnam 先生撰写的论文“街道和公共照明监视系统”(SPL)中提出了一种非常简单的测试系统。该系统在每个灯具中安装一个“基本信号模块”(BSM),通过电源线与安装在电源配电板上的“数据记录模块”进行通讯，从“数据记录模块”中通过电话线、光纤电缆或无线模块将数据反馈、送至中央计算机。如果采用的镇流器是调光型的，该系统还能够使得灯具中的遥控开关增、减光输出。在进行控制的同时，该系统还可以反馈，包括灯泡失效、无效灯泡运行以及灯杆的门正打开着等等的故障情况。中央计算机的数据库中记录着每个灯的开关次数，也记录着每次检测到的故障情况。如果检测到的灯泡在无效运行，可以告知维修人员在灯泡尚未完全失效前更换之。
3.3Mayrise 公司的控制系统
由Mayrise 公司提供的控制系统，采用计算机软件系统来帮助管理和维护街道路灯。该系统还带有分别由二个不同厂商提供的遥控检测系统组成一个完整的路灯管理系统。第一个检测系统是由Royce Thompson有限公司生产，在灯具中采用射频(RF)部件来替代以前常用的光伏电池装置。据该公司称“这种Oasis2000RF装置可以根据时间表或道路路灯运行情况对电子镇流器进行调光，还可以检测路灯的运行状况，提供灯具的维修报告。”该系统还可采用街道路灯集群控制器，从中央计算机下载时间表，并据此对灯泡调光控制。
第二个检测装置称之为“照明主控器”（Lightmaster）,由“智能管理系统公司”生产，也使用射频(RF)模块替代光伏电池。该系统使用一个“次级控制器”以单独地控制一系列路灯中的各个灯泡，然后“主控制器”控制“次级控制器”，该系统最多可以控制32000个节点。“主控制器”可以通过无线电、现有的宽带区域网络或者数字通讯系统(GSM)连接到中央计算机上。
3.4哈佛工程公司
哈佛工程公司开发的LeafNut系统是另一种无线路灯照明控制系统。在每个灯具中安置一个这种“哈佛电子调光镇流器”，该镇流器又与一个称为”LeafNode”的无线器件替代原先安装在灯具顶上的光伏电池。为了控制LeafNode的无线器件，需要一个体积稍大、但仍能够安装在灯具顶上的BranchNode单元。BranceNode单元通过868kHz的无线电网络与LeafNode进行通讯，在大约1km的范围内可能控制大约256个LeafNode。一个称为TrunkNode的主服务器通过数字通讯(GSM)无绳电话、或者“通用分组无线业务系统”（GPRS）与BranchNode单元通讯。它还可以与互联网接口进行控制和对系统进行监控。
该系统最多可以进行8种不同的调光模式的控制，以适应不同的使用场合。比如在半夜时分、道路上通行的车辆稀少，可以使灯泡以较低照度的光输出。如果失去与LeafNode无线器件的通讯，则会以与前一天相同的时间表持续地开关和调光灯泡。在采用中央控制计算机利用时间计划表或者基于网络的太阳能时钟控制的控制方式中，可采用在每个灯上原先安放BranhNode通讯单元处安装光伏电池的方式进行控制。
LeafNut系统在控制灯泡的同时，还可以对灯泡的运行进行全面的检测，包括：检测点灯系统的效率、预测灯泡寿命、镇流器运行状况和电能消耗等。如果灯泡在寿命终了、出现周期循环的自熄时，能够自动检测出来，并使得灯泡以75%的额定功率运行，直至该灯泡被更换为止。据制造商称，这种LeafNut系统是“唯一的一种可以直接与镇流器中的单片微处理器连接、并因此而能够精确地预测灯泡使用寿命的检测控制系统。”
3.5Archnet Technology公司
Archnet Technology公司生产的另一种控制系统，有些类似于3.1节和3.3节所描述的控制系统。该系统能进行检测，还能够发出预测灯泡失效的信号。该系统现在已经应用于街道和小区内的路灯照明的检测，方法是将一个检测灯电流的器件连接到各个灯泡回路中，以此来判断灯泡是否失效。器件的通讯通过电源线以及电源线解调器，将转换的信息通过因特网或通用分组无线业务解调器系统(GPRS)送回中央计算机。还可以将信息送至灯泡模块，以根据要求开、关灯泡。
3.6 Fortran Traffic公司的控制系统
由于Fortran Traffic公司生产的控制系统主要用于对交通信号灯的检测控制，采用精密电流互感器以检测流经各个灯泡的灯电流。快速地检测出失效的交通信号灯，以便于快速地更换之，以避免交通事故的发生。但该系统没有预测灯泡使用寿命的功能。
四、结束语
接下来对现在市场上常用的灯泡进行调查，以考虑不同类型灯泡的检测技术的现况。很清楚，已经做的很多研发工作中大部分是针对高强度气体放电灯（HID），而且是结合照明工程项目而开展的。主要目的是检测当灯泡接近失效时，提醒用户以避免灯泡发生爆炸等现象。而对于荧光灯和白炽灯的检测技术所做的研发工作则较少。毫不奇怪，因为高强度气体放电灯(HID)的灯具通常比较昂贵，能够负担由此而额外增加较多的成本支出。不过，灯泡检测装置的好处已经得到确认，而在英国，高强度气体放电灯(HID)的应用数量仅仅占很少的一个零头。见表“英国2002年市场各类灯的销售情况”
从表中可以看出，虽然对高强度气体放电灯(HID)的检测做了许多工作，但是在英国的销量仅占1.3%左右，对于照明市场的影响非常小。