手电筒

背景

手电筒是一种用于照明的便携式电池供电设备。一个典型的单元由一个或多个干电池组成，该电池在电池盒内排列成一条线，该电池盒形成了灯的把手。从电池到灯前端灯泡的电流是通过放置在电池和灯之间的开关机构控制的。

历史

历史上一直在寻找实用的便携式光源。手电筒和蜡烛是早期的光源，但随着人们学会燃烧各种动物油和矿物油，它们在很大程度上被灯笼所取代。然而，直到 19 世纪，电力才被用来创造光。现代电池供电的手电筒由美国 Eveready 电池公司的原所有者 Joshua Lionel Cowen 于 1898 年创建。 Cowen 最初开发了一个用于盆栽植物的装饰照明灯具的想法。他的固定装置由一个带灯泡的金属管和一个干电池组成。 Cowen 将他的想法传递给了他的 Eveready 销售人员 Conrad Hubert，后者将金属管、灯泡和电池变成了世界上第一支手电筒，并开始销售电池和手电筒。在过去的一百年里，技术的进步已经产生了具有数百种不同风格和功能的手电筒。例如，手电筒现在由可多次使用的可充电电池制成。其他灯专为特殊操作而设计，例如在水下或高温条件下工作。

设计

最常见的手电筒设计是简单的家用灯，它由一个装有电池的管状手柄组成。该手柄固定在装有灯泡机构的螺纹头组件上。这些装置使用标准电池供电并提供典型的光输出。工业或专业用途需要特殊设计。这些灯由较重的规格材料制成，并且更耐用。它们还旨在产生更亮的光束。警察、消防员和军队使用光束更亮的手电筒。野营灯笼是较大的装置，通常由重型电池供电。由于其更高的能源效率，它们经常使用荧光灯管作为光源，但是，这种类型的灯泡不会投射出强烈或定向的光束。此外，这种灯笼的尺寸和重量的增加限制了它的便携性。新颖的手电筒是为儿童设计的。它们往往由轻质塑料制成，并以其视觉设计而著称。灯体可以装饰有装饰性塑料覆盖物，以增加装置的儿童吸引力。他们的设计通常基于流行卡通或儿童书籍中最喜欢的角色。最后，还有多种专为特定用途而设计的特种灯。例如，蛇形灯，可以弯曲或扭曲的软管，以在难以到达的地方提供光线。其他的则设计得足够小，可以放在钥匙链上以照亮钥匙孔。

设计手电筒时要考虑的因素包括光输出、耐用性和在特殊环境中工作的能力。电池寿命也是一个重要因素，有些灯被设计成插入电源插座充电或保持充电直到需要。其他灯使用特殊灯泡，例如用发光二极管制造的新一代手电筒。它们不像传统的白炽灯泡那么明亮，但它们的功耗非常低，使用一组传统电池可以持续数百小时，而白炽灯泡则可以持续几十个小时。

制造过程

塑料外壳

• 1 手电筒结构中使用的塑料部件通常使用聚苯乙烯和其他耐用聚合物注塑成型。在这个过程中，塑料颗粒与增塑剂和着色剂混合。这种混合物通过加热液化，然后通过注射柱塞注射到适当形状的模具中。然后对模具施加高压以确保模具完全填充，并抵抗注入的液体塑料的力将模具保持在一起。端盖也是模制的，通常内螺纹和外螺纹都模制。高达 2,500 吨的压力可用于高速或多腔生产成型机。
• 2 在注射过程之后，通过迫使水通过模具中的通道来冷却熔融塑料。塑料在冷却和压力释放时变硬。此时，模具的两半分开，可以取出塑料部分进行精加工。此过程中使用的塑料聚合物是热塑性的，这意味着它们可以反复熔化，因此可以重新加工废料以制造其他零件。因此，在此过程中浪费的塑料非常少。可能需要进行后续操作来抛光、切割和精加工塑料部件。

光源

• 3 白炽灯泡是手电筒中最常用的光源。它们由密封在玻璃灯泡中的金属丝组成。当灯丝暴露在电流中时，电线的电阻会使其升温并发出可见波长的光。灯丝焊接到两根电线上，这些电线穿过构成灯泡底座的圆柱形玻璃珠中的孔。这种结构被放置在一个固定装置中，一个一端封闭的圆柱形玻璃外壳被放置在灯丝上。玻璃外壳的开口端靠在玻璃珠上。

• 4 该结构被放置在真空室内，并加热以将玻璃外壳密封到玻璃珠上。热量会导致玻璃软化，并可能导致灯丝向一侧移位。因此，必须注意确保灯丝正确对齐，否则灯泡将不会向正确的方向投射光束。

  其他可能的光源包括荧光灯泡，通常用于野营灯笼。由于灯泡内的气体分子被激发，这些灯泡发光。 LED，或发光二极管，用于一些特种灯；当暴露于极低水平的电流时，它们会发光。灯泡通常安装在抛光铝反射器的前面，有助于在操作过程中聚焦光线。

开关和控制

• 5 手电筒的电子电路因设计而异。简单的灯依靠一个开/关开关来连接电池端子和从灯泡底部伸出的电线。这种类型的开关最常见的是滑动式，可向上或向下移动以进行正确连接。在更复杂的灯中，开关组件更复杂。一项美国专利描述了一种柔性金属条，该金属条被压下以在电线之间形成接触。

组装

• 6 根据设计和制造商的能力，可以在自动输送线上或手工组装单元。某些型号，尤其是使用小型手表电池的型号，在组装过程中会插入电池。否则，该装置可能会在没有消费者稍后插入的电池的情况下组装。此操作包括将灯组件拧到外壳上的螺纹上。

  一个手电筒。

包装

• 7 组装好的商品可能会放入某种形式的外包装中，例如透明塑料泡罩包装或蛤壳。然后可以将塑料外壳固定到硬纸板显示卡上或在装运前装入盒子中。

质量控制

完成的手电筒经过一系列质量控制测试，以确保其正常工作。首先，必须检查灯泡以确保它与反射器正确对齐；如果未对齐，性能可能会受到影响。其次，评估开关组件以确定它是否与电引线正确接触。第三，必须检查电池仓上的封条，以确定湿气是否会不经意地进入电池仓。该密封件必须允许排出电池运行期间可能形成的气体。

灯泡本身必须符合单独的质量标准。通常，Division 2 认可的手电筒的温度等级为 TI 至 T6，其中 Tl 是低于或等于 842°F (450°C) 的温度，T6 低于或等于 185°F ( 85°C）。手电筒制造商使用的测试实验室包括 Factory Mutual Research Corporation、Underwriters Laboratories 和 Demko。

危险环境

任何将在危险环境或密闭空间中使用的手电筒都必须经过适当测试，以确保其符合或超过这些位置的所有适用安全标准。危险场所由国家电气规范定义，包括以下分类。 I 类场所是易燃气体的存在量足以产生爆炸性或易燃性混合物的区域。由于存在可燃粉尘，II 类场所可被描述为危险场所。 III 类位置包含易点燃的纤维和锉屑。危险气氛进一步由“组”定义。这些包括含有乙炔、氢气或具有同等危害的气体或蒸气的气氛，例如乙醚蒸气、乙烯、环丙烷、汽油、己烷、石脑油、苯、丁烷、丙烷、酒精、丙酮、苯、漆溶剂蒸气，或自然 气体。金属粉尘，包括铝、镁和它们的商业合金，也可能产生危险的气氛。包含炭黑、煤或焦炭粉尘、面粉、淀粉或谷物粉尘的环境由该规范分类。专为在这些环境中使用而设计的手电筒在出厂前均经过单独测试。

未来

制造商不断改进手电筒的设计。具有改进电源的新型号正变得越来越流行。例如，新型自供电手电筒的动力装置是革命性的 Freeplay Generator，这是一种独特的专利机制，可将动能储存在碳钢 弹簧 当用户转动上链手柄时。当灯打开时，这种能量以电能的形式释放，从而在没有任何其他外部电源的情况下为灯供电。

手电筒的其他改进包括更坚固的聚合物以提高耐用性和更智能的计算机技术，这些技术将允许自动关闭机制以延长电池寿命。最后，越来越复杂的成型技术将允许创造出更多不同形状和颜色的新颖手电筒。