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自制強光手電200w

生活 更新时间:2024-10-01 12:32:32

GG也是個老筒友了。跟玩電腦一樣,手電筒這東西,光買成品沒意思,到頭來還得搞DIY,搞一些大路貨還沒意思,一定要有所挑戰,自己做出點買不到的東西來——這就有了這一次的折騰經曆。

熟悉手電筒的朋友應該知道,影響手電筒射程的因素中最主要的是手電口徑和燈珠型号,要想做到遠射就需要盡可能大的反光杯口徑和盡量高的燈珠發光密度。常見的25.4mm左右直徑的小直手電,ANSI射程一般隻有200m左右,35mm左右的小中頭遠射手電,射程一般也隻有300~350M,而且最大光通量隻有1000流明左右,如果采用更高光通量的燈珠,反而因為發光密度降低而導緻射程下降。

一直以來,35mm以下直徑的小中頭手電,射程都被限制在400m以下,想進一步追求遠射的玩家要麼放棄便攜性上大頭,要麼放棄光通量玩小衆的NM1燈珠/白激光。當然手電廠家不推出“硬指标”更激進的産品其實也有他們的顧慮。作為玩家,當然不能滿足于DIY公版手電,挑戰極限才有意思 。

配件的選擇

為了挑戰極限,我給此次DIY設置了幾個目标:

1,手電頭部最寬處不超過35mm,使用一節18650/21700锂電池,可以保證便攜性;

2,手電極亮檔要能夠突破400M射程,光通量不低于1500lm,這是在硬參數上挑戰極限的要求;

3,手電散熱不能太差,至少得是實心銅倉結構,不能亮騷一會兒就把燈珠燒了。

三條中最難的是第二條,老筒友應該知道1500LM以上的LED燈珠至少得是額定功率15W以上的,在手電上常用的15~20W燈珠隻有幾個,分别是XHP50(.2)、SST40、XHP35-HI和XHP35-HI(超流)。不過很遺憾,根據已有的各種手電的數據,這三個燈珠裝在30mm這個級别的光杯上射程表現還不如光通量更低的XPL-HI,即使搞一些切果凍、超流之類的騷操作仍然離400M這個目标射程有較大距離。而XPL-HI燈珠的35mm手電數據可以參考fenix TK15 UE,34mm直徑,射程325m,1000lm,即使再搞進一步優化也不太行。

那麼真的就沒有合适的燈珠選擇了嗎?GG翻遍了各路DIY玩家的帖子,終于找到兩個差不多的冷門燈珠:歐司朗CSLPM1.TG和歐司朗LE UW Q8WP。

兩款燈珠都是設計最高電流6A,3V啟動電壓,最大功率20W左右,亮點是兩款燈珠的發光面積都不到2mm²,比XPL-HI的發光面積都小。淘寶上有售6500K冷白光的版本。

最後GG還是選擇了Q8WP,主要原因是Q8WP的核心尺寸為1.5×1.2,1.8mm²,PM1則是1.59×1.25,1.99mm²,Q8WP更小一些;而最大光通量上,1400mA電流下Q8WP是710lm,而PM1隻有630lm,明顯Q8WP的潛力更大一些。

最後計算一下理論光通量。Q8WP有三種光效等級的燈珠,在1400mA電流下光通量最大值分别不低于450lm、560lm、710lm。(這裡應該是25℃的數值)

自制強光手電200w(DIY一款470米射程的小型遠射手電筒)1

然後對照相對光通量-電流曲線,可以看出6000mA電流下光通量大約為1400mA下的3.2倍:

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再查一下相對光通量-溫度表,按照手電極亮檔下LED溫度80℃計算(這已經是非常激進的溫度),此時的光通量大約為25℃時的0.95倍;

自制強光手電200w(DIY一款470米射程的小型遠射手電筒)3

然後直接乘起來,最低等級的NB燈珠在6A下極亮檔的光通量下限應該是450×3.2×0.95=1368lm(溫度和電流的交叉影響忽略不計),另外兩個等級以此類推,燈珠的實際最大光通量按體質不同應該在1368lm~2158lm之間。

因為淘寶賣家一般不會标明燈珠光效等級,這裡就取一個中位數1763,乘一個0.9的光杯 鏡片損失,實際輸出數值是1587lm,因為官方标注和理論估算都比較保守,就假裝有1600lm吧 。這個數值其實并不遜于5A驅動下不虛标的SST40燈珠,碾壓XHP35。

不過這個燈珠在手電領域到底有多冷門呢,GG沒有找到一家品牌手電使用這個燈珠,似乎曾經有DIY商家使用過,但是現在已經見不到了。價格較高可能是原因之一,GG買到的Q8WP一顆45塊還不包郵,足夠買下4顆平價的SST40和2.5顆高貴的XHP50.2……

Q8WP就是下面這個了,燈珠造型比較複雜,平果凍設計利于遠射,GG叫賣家幫忙焊了20mm熱電分離銅基闆。

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燈珠的驅動嘛,就随便找了一家店鋪,規格是20mm,1mA月光-360mA低亮-1500mA中亮-3000mA高亮-6000mA極亮,共五檔,雙擊爆閃。

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驅動是單面設計,背面沒有電子元件,安裝方便,兼容性也很好。

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手電外殼這裡東翻西找最後買了一個F8外殼,看起來很小巧,用18650電池:

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手電頭部尺寸32.5mm,比預估的35mm還要小一些,保證了便攜性。

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電池倉是25.6mm,接近标準的一英寸25.4mm。因為電池倉比較細,塞不下21700電池。但是GG還是更喜歡一英寸筒身小巧精緻的感覺,小鋼炮嘛,就要有小鋼炮的樣子。

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量了一下光杯直徑大約28mm,相比于一英寸小直上20mm出頭的光杯可以更有效的聚集光線。

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頭部使用的是一體式鋁倉,導熱很快可以防止燈珠過熱燒壞。

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上手感覺非常棒,表面氧化後帶有一點磨砂手感,灰藍色很耐看。裸筒重量分布均勻,體積也正合适,塞進口袋裡不成問題。

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全家福。電池是LG的MJ1,額定容量3450mAh,最大放電10A。應付20W的燈珠應該是夠了。

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組裝

GG的手電DIY經驗不多,權當分享。

首先把手電頭部拆開,取下壓環,把驅動闆塞進去:

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把驅動闆的正負兩根線伸出來,大緻量一下尺寸,剪掉多餘的線:

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剪好的線剝一下線頭,把裡面的導電鋁絲露出來。這樣驅動闆就準備好了。

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然後是LED燈珠的處理。安裝燈珠前先用砂紙打磨一下觸點,磨掉銅觸點表面的氧化層,便于後面焊接時候沾錫。

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為了保證燈珠基闆能與電路倉充分接觸,快速散熱,基闆後面一般要塗上一些導熱膠。GG這裡沒有導熱膠,就随手拿了一支電腦CPU上用的矽脂代替。雅浚W13也算比較好的矽脂,雖然粘性不強,但是導熱效率比導熱膠強得多。

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把驅動闆和燈珠都裝進去,引線從凹槽處伸出來,螺絲固定好燈珠基闆,準備焊接。

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由于GG焊接技術不過關,這裡沒有用焊錫絲,而是選用了操作比較容易的錫漿用來焊接。這裡用的是熔點隻有138℃的低溫錫漿,可以減少長時間高溫焊接燒壞LED的風險。使用錫漿焊接非常簡單,将錫漿塗抹在需要焊接的位置,用電烙鐵輕輕點一下就可以焊上。

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焊接過程就沒有拍了,期間還出了些小插曲 。最後焊接完的成果是這樣的:

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扣上定位片和反光杯,裝好頭部壓環,電池倉前後套上防水圈,一支手電就完成了。

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在正上方拍攝可以看到“一杯黃水”。這是燈珠居中的标志。

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裝好電池,成功點亮。

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性能測試

先照一下牆,看看光斑:

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照片效果與實際有一點出入,實際上中央的主光斑還要更亮一點。邊緣稍微有一些雜環,應該是燈珠和光杯及定位片不是完全匹配的緣故。主光斑邊緣有些發黃,好在沒有像某些采用XHP35和SST40的手電一樣發綠。

總體來說,手電的光斑表現稍微超出GG的預期,沒有出現很嚴重的瑕疵。

下面是射程(照度)測試:

首先拉上窗簾,用照度計測得屋内的照度為7.2LUX,這是一個很低的值,不會影響後面的測試。

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測試方法如圖,參照ANSI的手電射程測試方法,在1m的距離上測試極亮檔位下手電的中心照度,然後換算成射程。

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測試過程沒有辦法拍圖了,說一下結果吧:極亮檔下中心照度在52000~58000LUX之間波動,這裡取出現頻率較高的55000LUX進行計算:

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計算的結果是469m。

這裡解釋一下ANSI的手電筒射程标準:這個射程反映的是手電筒射出的光線在理想狀态下(真空)照度衰減到0.25LUX時的距離。為什麼規定0.25LUX呢,因為晴天無空氣污染時滿月照在地面的照度就是0.25LUX。也就是說在理想狀态下當我打開手電極亮檔時,469m外的人看我就像一個人影拿着個大月亮(好像哪裡不太對 ?)。

由于0.25LUX的照度實在比較低,加上空氣中的水滴、灰塵的吸收和被照射物反射率的影響,實際上手電能照亮的距離一般是遠小于ANSI射程的。470m射程的手電,大約能讓人看清楚200m内的東西。


最後是令人期待的夜射環節 :

一下照片都是相機M檔鎖定曝光下拍攝所得。

原環境:

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月光檔,相機不太好拍出來……實際人眼可以看到亮光。

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低亮檔。可以明顯的看到主光斑,副光斑和手機自帶的“閃光燈”亮度接近,不太好拍出來。

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中亮檔,光通量應該在500lm左右。基本上看清四五十米内的東西沒有問題,走夜路已經足夠。副光斑也可以照亮腳下。

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高亮檔,已經可以看清楚前方七八十米處路口的細節,其實目測來看這玩意兒遠射效果已經比大多數汽車遠光燈要好了 。

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極亮檔。照亮一條路完全沒有問題。驅動闆帶有溫控,實際極亮檔打開兩分鐘左右就會降至高亮檔防止過熱。

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因為找不到更長的夜路,就照居民樓來看看(危險動作,請勿模仿):

下圖中的居民樓,離我的直線距離大約350m。

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原環境:

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極亮檔下的照射效果是這樣的,可以明顯看到對面樓層上的反光。考慮到光線與地面有一定角度,實際光路比350m還要長些。

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​最後,這個手電并沒有什麼使用體驗……主要還是DIY拿來玩的東西,滿足一下自己的好奇心。小時候喜歡拿又細又暗的激光筆指來指去,以後可以拿又粗又長的手電指點江山了,想想就感覺很有意思呢。

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