Устройство для стабилизации излучения газоразрядных ламп

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2414767:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании и разработке аппаратуры, применяемой при физических и биологических исследованиях, а также в медицинской практике. Задачей изобретения является ослабление влияния изменения напряжения питающей сети, а также характеристик (параметров) внешней, окружающей среды на интенсивность и спектральные характеристики излучения. Устройство для стабилизации излучения газоразрядных ламп содержит газоразрядный источник излучения в виде газоразрядной лампы, помещенной в замкнутую светонепроницаемую полость цилиндрической формы, на оси которой размещается лампа. В средней части стенки полость имеет отверстие для вывода излучения во внешнюю среду. 1 ил.

Известно устройство для стабилизации светотехнических характеристик газоразрядного источника излучения, используемого в теплицах и вегетационных климатических камерах (авт. свид. СССР №1753631, МПК H05B 41/00, от 22.10 90 г., опубл. 07.08.1992 г.), содержащее газоразрядный источник с индуктивным балластом, силовой ключ, измерительный мост на диодах, соединенный с фильтром нижних частот, выход которого соединен с блоком опорного напряжения, а третий вход соединен с выходом датчика напряжения горения разрядного промежутка газоразрядного источника излучения, причем выход блока сравнения соединен с входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с управляющим электрода симистора, включенного в цепь питания газоразрядного источника излучения и его индуктивного балласта.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не обеспечивает стабилизацию интенсивности излучения, так как при его применении не учитываются потери на излучение.

Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности и достигаемому результату является устройство, осуществляющее стабилизацию интенсивности излучения промышленной газоразрядной лампы (патент №2285357, МПК H05B 41/39, от 02.03 2005 г., опубл. 10.10.2006 г.), содержащее газоразрядный источник излучения с индуктивным балластом, диодный мост, включенный параллельно источнику излучения, фильтр нижних частот, блок сравнения, один вход которого соединен с блоком опорного напряжения, согласно изобретению введен фотодатчик УФИ, соединенный через фильтр нижних частот со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с транзисторным блоком регулирования, последовательно с блоком регулирования в диагональ моста включено балластное сопротивление, а параллельно ему включен блок защиты.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает стабилизацию интенсивности излучения газоразрядного источника, поскольку отсутствует режим термодинамического равновесия и его излучение не находится в равновесии с плазмой газового разряда (излучение и плазма имеют различные температуры).

Размещение газоразрядного источника внутри замкнутой светонепроницаемой полости, с небольшим отверстием в средней части стенки для вывода излучения газоразрядной лампы во внешнюю среду, позволяет реализовать устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп.

Задачей изобретения является ослабление влияния изменения напряжения питающей сети, а также характеристик (параметров) внешней окружающей среды на интенсивность и спектральные характеристики излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп, содержащее газоразрядный источник излучения в виде промышленной газоразрядной лампы, согласно изобретению, газоразрядная лампа помещена соосно корпусу цилиндрической формы, диаметра D, выполненного из светонепрозрачного материала и имеющего отверстие диаметром d, расположенное в средней части стенки корпуса, причем d<<D.

На чертеже представлена схематическая конструкция устройства для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп.

Предложено устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп, которое содержит, например, промышленную кварцевую цилиндрическую газоразрядную ртутную лампу 1 низкого давления (0,8÷0,9 Па) типа ДРБ-8 ТУ 16-535.659-77 или TUV 8w G8 Т5 UV - Special «Philips», которая расположена соосно корпусу 2, выполненному из светонепроницаемого материала (например, из алюминиевого листа) диаметром D и имеющего в средней части стенки корпуса отверстие диаметром d, поз.3, причем d<<D.

Устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп работает следующим образом.

Газоразрядная лампа 1, расположенная соосно корпусом 2, имеет линейчатый спектр (регистрируемый при прохождении через отверстие 3), огибающая линий которого является функцией Планка

что свидетельствует о термодинамическом равновесии излучающей среды газоразрядной лампы.

Здесь h=6,625·10^-34 [Дж·c] - постоянная Планка;

k=1,381·10^-23 [Дж/К] - постоянная Больцмана,

с=3·10⁸ [м/с] - скорость света; v=c/λ;

T=9÷10 кК - абсолютная температура плазмы.

Если излучающая среда находится в термодинамическом равновесии, то при высокой оптической плотности излучения, имеющейся в линиях, присутствует равновесие излучения с веществом.

Прямым следствием выполнения закона Планка является закон Стефана-Больцмана

R=σ·T⁴,

σ=5,6687·10^-8 [Вт/м²/К⁴], согласно которому интегральная светимость (плотность мощности) термодинамически равновесного излучателя с непрерывным спектром излучения пропорциональна его температуре в четвертой степени. Допустим, при действующем значении тока лампы Т₁ - абсолютная температура ее плазмы, тогда интегральная мощность излучения R₁, согласно закону Стефана-Больцмана, будет R₁=σ(T₁)⁴. При возрастании тока лампы мощность излучения увеличится до R₂=σ(Т₂)⁴. Рост абсолютной температуры плазмы, приводящий к росту относительной интегральной плотности мощности излучения, представленной в виде

не превышает 1,5÷2%, несмотря на существенное увеличение тока лампы . Коэффициент нестабильности излучателя, выражающийся как отношение ΔR/R к относительному изменению тока лампы мал, чем и обеспечивается ослабление влияния изменения напряжения сети на интенсивность и спектральные характеристики излучения.

Устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп отличается простым конструктивным решением и позволяет обеспечить большой коэффициент стабилизации интенсивности и спектра излучения газоразрядной лампы независимо от внешних условий и изменения напряжения сети.

Предлагаемое устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп было реализовано на основе ртутной бактерицидной лампы TUV 8w G8 Т5 UV - Special «Philips», которая располагалась в замкнутой непрозрачной алюминиевой полости цилиндрической формы диаметром D=0,12 м, длиной 0,6 м и стандартной системой питания, допускающей регулировку питающего напряжения от сети переменного тока в пределах 180÷252 В промышленной частоты 50 Гц. Диаметр отверстия для вывода излучения наружу d=0,009 м.

При исследовании интегрального излучения плазмы закрытой газоразрядной лампы для действующих значений токов и были найдены значения эффективных температур T₁(8620÷9520)К, и Т₂(8740÷9660)К. Согласно предыдущей формуле было найдено, что увеличение температуры с Т₁ до T₂ вызвало рост интегральной мощности излучения на 5,8%, а коэффициент нестабильности излучателя составил величину 0,133.

По выражению для интегральной мощности излучения (Горбунков В.И. Оценка поглощенной дозы излучения газоразрядной лампы. // Оптика и спектроскопия. 2007, Том 103. - №5. - с.876-880.) в указанном диапазоне температур был проведен расчет интегральной мощности излучения. Поскольку дискретные переходы играют основную роль в формировании линий излучения закрытой ртутной бактерицидной лампы, то рост интегральной мощности излучения для линий ртути составил величину 5,6%, оказавшуюся весьма близкой к соответствующему значению излучения непрерывного спектра.

Достоверность полученных результатов расчетов подтверждают экспериментально полученные оценки уровня нестабильности спектральной плотности потока излучения резонансной линии 253,65 нм, которая была выделена с помощью малогабаритного монохроматора МУМ 1.720.012, а в качестве фотоприемника был использован модуль ЛК 149L&L1 («Electro Optikal Components, Inc.») с известной спектральной чувствительностью и эффективной фоточувствительной площадью S_d=12,25·10^-6 [м²].

В ходе эксперимента было обнаружено, что рост действующего значения тока лампы с 0,194 А до 0,306 А привел к изменению фототока, вызванного излучением спектральной линией 253,65 нм на 6,16% (от 0,240 мА до 0,255 мА). Нестабильность тока фотодиода, по результатам экспериментальных данных, составляет величину 0,138, практически совпадающую с нестабильностью интегрального излучения непрерывного спектра.

Устройство для стабилизации излучения газоразрядных ламп, содержащее газоразрядный источник излучения в виде газоразрядной лампы, отличающееся тем, что газоразрядная лампа помещена соосно корпусу цилиндрической формы, диаметра D, выполненному из светонепрозрачного материала и имеющему отверстие диаметром d, расположенное в средней части стенки корпуса, причем d<<D.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к осветительным газоразрядным лампам общего назначения. .

Способ и устройство для зажигания газоразрядной лампы // 2319323

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронным пускорегулирующим аппаратам, предназначенным для зажигания и поддержания горения газоразрядных ламп с подогреваемым электродом, в том числе ртутных и амальгамных ламп ультрафиолетового диапазона, применяемых для обеззараживания различных сред.

Газоразрядный источник ультрафиолетового излучения // 2294034

Изобретение относится к области приборостроения. .

Газоразрядный источник ультрафиолетового излучения // 2236060

Изобретение относится к области электротехники, в частности к газоразрядному источнику ультрафиолетового (УФ) излучения для обработки объектов и материалов, в частности, для очистки и стерилизации жидкостей УФ-излучением, и содержит СВЧ-генератор, у которого внешний электрод коаксиального волновода соединен со стенкой газоразрядной емкости (ГЕ), в полость которой введен покрытый прозрачной для СВЧ-излучения изоляцией центральный электрод волновода.

Спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции // 2221311

Изобретение относится к области электротехники, а именно к спектральным газоразрядным источникам света, предназначенным для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа.

Спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции // 2170473

Изобретение относится к спектральным газоразрядным лампам полого катода, предназначенным для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа. .

Мощная лампа тлеющего разряда // 2096863

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в установках, в которых для проведения фотостимулированных процессов требуется мощное излучение в необходимом спектральном диапазоне.

Компактная люминесцентная лампа // 2096862

Газоразрядная лампа // 2079181

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, усовершенствует газоразрядные лампы для целей общего и специального освещения. .

Лампа для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра // 2067337

Большая лампа-пар, показывающая превосходный цвет, с повышенной эффективностью и сроком службы // 2464491

Изобретение относится к большим лампам с параболическим алюминизированным рефлектором

Лампа кварцевая ультрафиолетовая // 2525846

Изобретение относится к области светотехнических устройств электрорадиотехники, в частности касается лампы кварцевой ультрафиолетовой, и может быть использовано в составе аппаратов ультрафиолетовых, а также в технологических системах, требующих источник излучения ультрафиолетового диапазона, например электроники и спектроскопии, а также в медицине. Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, повышение мощности излучения, увеличение срока службы лампы, повышение стабильности излучения и обеспечение устойчивого включения и работы при низких температурах. Поставленная задача решается тем, что в лампе, колба которой выполнена из кварцевого стекла, на внешнюю поверхность которой нанесено селективнопропускающее покрытие, заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, в составе электрода горения и электрода зажигания, при этом электроды горения и зажигания выполнены из неоднократно скрученной спирали с покрытием, понижающим работу выхода электронов, электродные сборки повернуты на 180°, по отношению друг к другу, на внутреннюю поверхность колбы лампы нанесено защитное покрытие, а на наружную поверхность колбы лампы электродного участка дополнительно нанесено отражающее покрытие двуокисью циркония. 1 ил.

Отражающее покрытие // 2544992

Изобретение относится к области электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности и может быть использовано, например, в металлогалогенных или серных СВЧ-лампах. Предложено отражающее покрытие для оболочек разрядных ламп, содержащее помимо оксида кремния и термостойкого красителя - оксида хрома оксиды иттрия, бериллия, циркония и магния. Технический результат - повышение адгезионной способности отражающего покрытия при высокой температуре в окислительной среде. 1 табл., 3 пр.

Источник излучения // 2559806

Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использовано в различных областях науки и техники, где необходимо ультрафиолетовое и вакуумное ультрафиолетовое излучение, например в фотохимии, фотобиологии, фотомедицине, микроэлектронике. Источник включает в себя разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод, расположенный во внутренней трубке колбы, заземленный электрод, расположенный на поверхности внешней трубки. При этом ось внутренней трубки колбы смещена относительно оси внешней трубки, образуя газоразрядный промежуток и буферный объем колбы, при этом колба ориентирована относительно вертикали на угол 45°<φ<75°, где φ - угол между газоразрядным промежутком и вертикалью, проходящей через центр внешней трубки в поперечном сечении колбы. Технический результат - увеличение ресурса и энергетической светимости. 2 ил.

Амальгамная люминесцентная лампа // 2608348

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве газоразрядных источников света, в частности люминесцентных ламп с разрядом в парах ртути низкого давления, в которых ртуть находится в связанном твердожидком состоянии за счет соединения с каким-либо металлом. Технический результат - упрощение конструкции лампы, обеспечение надежного зажигания лампы и сокращение времени разгорания лампы до оптимальной величины светового потока. Амальгамная люминесцентная лампа с трубчатой колбой с нанесенным на ее внутреннюю поверхность люминофорным покрытием и с электродами, установленными на противоположных концах колбы с помощью ножек, в каждой из которых имеется два токовых ввода, внутренние концы которых соединены с электродом, а наружные - с контактными штырьками цоколя, в одной из ножек имеется расположенный между токовыми вводами третий изолированный ввод, который отогнут от электрода в сторону цоколя и на котором закреплена основная амальгамообразующая прямоугольная пластина толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки, поверхность которой покрыта тонким слоем амальгамирующего материала. На одном из токовых вводов этой же ножки закреплена дополнительная амальгамообразующая прямоугольная пластина толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки меньшей площади, поверхность которой покрыта тонким слоем амальгамирующего металла. Площади основной и дополнительной амальгамообразующих пластин находятся в соотношении 3:1. Основная амальгамообразующая пластина расположена на расстоянии 12-14 мм от электрода. Дополнительная амальгамообразующая пластина расположена на расстоянии 12-14 мм от электрода. В этой же ножке имеется штенгель, в котором размещается свободно перемещаемый внутри штенгеля дозатор ртути, представляющий собой двухкомпонентную амальгаму весом 20 мг с соотношением металла и ртути 50:50 весовых процентов. Лампа может быть выполнена с двумя дополнительными амальгамообразующими пластинами, расположенными на токовых вводах противоположных электродов лампы. 2 з.п. ф-лы,1 табл., 2 ил.