Способ стабилизации светового потока дуговых газоразрядных ламп

 

г (и)920.896

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтсиик

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. спид-ву (22)Заявлено 20.05.80 (21) г980851/18-21 (51)М. Кл, с присоедииеиием заявки рй г980852/18-21

К 01 J 61/00

Ркудлрственньй квинтет

СССР кв делам нзе6ретеннй н открытнй (23) Приоритет (53) УДК бг1. 317. .4(o88.8) Опубликовано 15.04.8г. Ькмлетеиь М14 ,Ката опубликования описания 15.04.82 (72) Авторы изобретения

И.П. Цвирко„В.А. Лапшин и В.И. Арш

Научно-исследовательский институт пр физических проблем им. А.Н. Сев (7l) Заявитель (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СВЕТОВОГО ПОТОКА ДУГОВЫХ

ГАЗОРАЗРЯДКЬЗХ ЛАИП

Изобретение относится к оптичес- кому приборостроению, осветительной технике и может быть .использовано в устройствах спектрального анализа. с применением дуговых газоразрядных ламп для снижения нестабильности све- з тового потока и спектрального саста" ва излучения, поступающего от газоразрядных ламп на обьект или входную цепь прибора, а также для модуляции светового потока при постоянстве интенсивности и спектрального состава.

Дуговые газоразрядные лампы, имеющие большую яркость в ультрафиолетовой, видомой и близкои инфракрасv 1$ ных (ИК) областях, находят широкое применение при фотометрических и люминесцентных измерениях. Однако, существенным недостатком газораз20 рядных ламп является нестабильность их излучения во времени как по величине потока, так и по спектральному с уставу, что приводит к снижению точности измерений при их приг менении. Нестабильность излучения имеет следующие причины: флуктуации яркости светящегося шнура, которые вызываются нестабильностью работы источника питания лампы; внутриламповая нестабильность из-за хаотического перемещения светящегося шнура относительно поверхности электродов, что значительно изменяет освещенность входной щели прибора.. Вальтамперная характеристика газоразрядных ламп, такова, что небольшому изменению напряжения питания соответствует значительное изменение тока.

Поэтому для стабилизации их светового потока применяют стабилизатор тока. Но флуктуации светового потока, вызванные последней причиной, уменьшить до требуемых пределов применением стабилизатора тока принципиально невозможно..

Известны способь| стабилизации светового потока газоразрлдных ламп

3 920 с помощью обратной .связи по световому потоку, оказавшиеся более эффективными по сравнению в простой стабилизацией тока лампы 31) .Однако они не позволяют все же достичь желаемой стабилизации °

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ стабилизации светового потока газоразрядных ламп, включающий преобразование части светового потока лампы в электрический сигнал, сравнение его с эталоном, по результатам сравнения определение и осуществление управляющего воздействия на световой поток лампы посредством управления вели-. чиной тока разряда лампы (2).

Недостатками этого способа яв.ляется то, что он требует введения доста гочно сложных дополнительHblx фоторегистрирующих, сравнивающих, усилительных и управляющих электронных устройств. Известный способ трудно реализуем для дуговых . газоразрядных ламп повышенной мощности в связи с необходимостью точного управления значительными мощностями. Кроме того, при повышении мощности лампы значительная часть энергии, потребляемая от источника питания, непроизводительно расходуется на элементах светоотбора фоторегистрирующей системы (до 104), а также на балластных элементах схем управления (до 253). Применение этого способа, позволяя вырав-нивать световой поток, поступающий через оптическую систему. на объект, например на щель светоприемника, не устраняет основную причину нестабильности, светового потока, обусловленную самопроизвольным нерегулируемым перемещением светового шнура относительно поверхности электродов. Необходимо отметить сильную зависимость спектрального состава излучения газораэрядной лампы от, ее. тока, определяющего температуру плазмы дуги.. Поэтому применение стабилизации светового потока посредством известного способа неиз,бежно приводит к изменению спектрального излучения лампы. Следовательно, использование некоторого спектрального интервала стабилизифуемого источника света в качестве источника сигнала управления, стабилизации с нагрузки фотоэлемента не может обеспечить стабилизацию всей

896

K1. М р В,  < 2K arctg —, i где Вс — индукция магнитного поля для стабилизации среднего светового потока; — индукция магнитного поля для стабилизации мгновенного светового потока;

- постоянный множитель, характерный для данного типа лампы, для режима стабилизации среднего светового потока;

- постоянная времени системы регистрации светового потока; постоянный для данного типа лампы коэффициент для режима стабилизации мгновенного светового потока;

- ширина щели светоприемника прибора;

- коэффициент увеличения проектирующей оптической системы; — расстояние между электродами. в„

К„

С целью обеспечения модуляции светового потока по требуемому закону при постоянстве интенсивности и

50 спектрального состава стабилизированный световой поток прерывает посредством экрана, имеющего переменное по поверхности светопропускание, расположенного в фокусе оптической осветительной системы, проектирующей изображение разрядного канала лампы на входную щель прибора. При этом частоту модуляции задают веспектральной области излучения и при проведении спектрального анализа приводит к значительным ошибкам.

Цель изобретения " повышение эффективности и надежности стабилизации светового потока дуговых газоразрядных ламп, Поставленная цель достигается тем, что в способе стабилизации светового

1ф потока дуговых газоразрядных ламп, включающем сравнение части светового потока лампы с эталоном, определение и осуществление управляющего воздействия на световой поток лампы, на разрядный канал лампы воздействуют внешним продольным магнитным по лем, при этом индукцию магнитного поля выбирают из условий

В э—

К

/ в

5 920896 6 личиной индукции магнитного поля отсутствии магнитного поля) до некосогласно зависимости торой предельной величины, определяВ=К4, емой размерами электродов и величиной межэлектродного промежутка. где К - постоянный множитель, харак- 5 При использовании данного спосотерный для данного типа лам- ба в конкретных устройствах надо

1 пы, различать два случая. Во-первых,неу — частота модуляции, обходимо стабилизировать среднее а форму ð àîÀ модуляции задают фор- значение светового потока за время

МоН и соотношением размеров отвер" io измеРенив. ТакаЯ ситУациЯ Реал зУетстия в экране. ся в спектрофотометрах, люминесДля получения кривой света в. виде центных спектрометрах, спектрофлуо прямоугольных импульсов световой Риметрах и т.д. В этом случае пепоток направляют через отверстие в Риод вращения светового шнура выбиэкране, ширина которого меньше тол- <5 Рается значительно меньшим постоян1 щины мгновенного изображения разряд- нои времени системы регистрации сВеного канала лампы. тового сигнала . В типичных спекдля получения модуляции светово- трофотометрических системах постоянго потока в виде синусоиды световой ная вРемени регистрирующей системы поток направляют через экран с круг- 2О находится е.ïpåäåëàx 0,1-100 с.При

: лым отверстием. легко достижимых значениях индукции

В результате положения внешнего магнитного. поля В = 0,07 Та частота магнитного поля, как указано, устра- вращения светового шнура дуговых га. няется самопроизвольное хаотическое зораэрядных ламп достигает 1000 гц, ;перемещение светящегося шнура отно- 5 т.е. необходимое Условие заведомо

:сительно поверхности электрода, Све- может быть выполнено. Необход„мое тящийся шнур вынуждают совершать значение магнитной индукции для постоянное вращательное движение по стабилизации светового потока в стабильной, заранее заданной круговой конкретном устройстве с минимальным траектории по поверхности электродов.3О значением постоянной времени реги&заимодействие внешнего магнит- стрирующей системы определяется ного и собственного магнитного иэ соотношения поля разрядного канала (силовые линии которого представляют собой окружности, лежащие в

35 плоскости, перпендикулярной силовым где .К - постоянный множитель харак1 g линиям внешнего магнитного поля) терный для данного типа

l приводит к возникновению тангенциаль- лампы, ной силы, приводящей светящийс№ шнур Г - постоянная времени системы во вращение по поверхности электро40 регистрации светового пода, по строго стабильйой круговой тока. траектории, радиус которой определя- Для лампы ЯКСШ-100 К б,85 10 . ется величиной индукции внешнего . При этом стабилизация обеспечиваетмагнитного поля. Диаметр принудитель- ся при всех значениях угловой амплиного движения выбирают много меньшим туды вращения электрической дуги. амплитуды (или размаха) хаотичес- Во-вторых необходимо стабилизиких колебаний светящегося шнура a . ровать мгновенное значение световоотсутствии магнитного поля..Учитывая, го потока. Такая ситуация реализучто форма, размеры электродов, а ется в устройствах для измерения также величина межэлектродного про- кинетических .(временных) характе50 межутка зависят от марки лампы, целе» ристик вторичного свечения при воз-. сообразнее для характеристики ам- буждении дуговыми газораэрядными плитуды вращения (колебания) элек- лампами спектрофлуорометрах, спектрической дуги выбрать не радиус трофосфориметрах. В этом случае вращения, а величину телесного угла - угловую амплитуду выбирают такой, с вершинои на катоде (угловую ампли- чтобы световое пятно, поступающее 5S ,туду), образуемого вращающимся раз- после оптической системы на входрядным каналом. При этом величина ную цель прибора, не превышало растелесного угла изменяется от 0 (при крытия щели. Необходимое значение

920896 магнитной индукции В с учетом коэффициента увеличения М (уменьшения) проектирующей изображение дуги на входную щель оптической системы линейных размеров светящегося шнура определяется по формуле

9М р с 2K; rctg — — . Х - Ъ1 где К - постоянный для данного типа 1О лампы коэффициент; — ширина щели спектрального прибора; .

М вЂ” коэффициент увеличения проектирующей оптической системы;

d - расстояние между электродами.

Для лампы ДКСШ- 1000 К „ = 4,8 10 .

В этом случае стабилизация осуществляется при всех значениях частоты вращения светящегося шнура . Естественно, что в этом случае также стабилизируется и среднее значение светового потока.

Для осуществления модуляции светового потока по заданному закону при постоянстве интенсивности и спектрального состава стабилизированный указанным способом световой поЭО ток прерывают посредством экрана, имеющего переменное по поверхности светопропускание и установленного в фокусе оптической (осветительной системы, проектирующей изображение разрядного канала лампы на входную щель прибора. При этом, вследствие переменного по поверхности светопропускания происходит модуляция светового потока, поскольку за счет вращения электрической дуги фокус. светового потока перемещается по поверхности. Частота модуляции определяется частотой вращения электрической дуги, равной

45 ,В

Ъ

К где В - индукция внешнего продольного магнитного поля;

К - постоянный для данного ти3 па лампы коэффициент.

Для лампы ДКСШ-1000 К = 3,42-10

Таким образом, необходимую величину

/ магнитной индукции определяют,исходя иэ требуемой частоты модуляции по формуле

В К

Применение данного способа по сравнению с известным позволяет устранить основную причину нестабильности светового потока газоразрядных ламп, связанную с хаотической флуктуацией светящегося шнура, и обеспечивает стабилизацию светового потока как по интегральной велие чине, так и, что главное, по спектральному составу. Данный способ позволяет осуществить модуляцию светового потока по заданному закону и снизить затраты энергии, значительно упростить, повысить надежность (с одновременным удешевлением) систем с использованием газоразрядных ламп, повысить точность измерений.

Формула изобретения индукция магнитного поля для стабилизации среднего светового потока; индукция магнитного поля для стабилизации мгновенного светового потока; постоянный множитель, характерный для данного типа лампы для режима стабилизации среднего светового потока, постоянная времени системы регистрации светового потока постоянный для данного типа лампы коэффициент для режима, стабилизации мгновенного светового потока; ширина щели светоприемника прибора; где В

Вм

1. Способ стабилизации светового потока дуговых газоразрядных ламп, включающий сравнение части светового потока лампы с эталоном, определеwe и осуществление управляющего воздействия на световой поток лампы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности стабилизации светового потока, на разрядный канал лампы воз-. действуют внешним продольным магнитным полем, ри этом индукцию магнитного поля выбирают из условий

920896

В = Кф, Составитель А. Латай

Техред Л. Пекарь Корректор Н. Стец

Редактор К. Волощук

Тираж 758 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3241/65 т филиал ППП,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

М вЂ” коэффициент увеличения проектирующей оптической системы;

d - расстояние между электро5 дами.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения модуляции светового потока по заданному закону при постоянстве интенсивности и спектрального состава, стабилизированный поток света прерывают посредством экрана, имеющего переменное по поверхности светопропускание, расположенного в фокусе оптической осветительной системы, проектирующей изображение разрядного канала лампы на входную щель прибора, при этом частоту модуляции задают величиной индукции магнитного поля согласно зависимости где К - постоянный множитель, характерный для данного типа лампы, в

4 - частота модуляции, а форму кривой модуляции задают формой и соотношением размеров отверстия в экране.

3. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что для получения выходного потока света в виде прямоугольных импульсов световой поток направляют через отверстие в экране, ширина которого меньше толщины мгновенного изображения разрядного канала лампы.

4. Способ по п.2, о т л и ч à юшийся тем, что для получения модуляции светового потока в виде синусоиды световой поток направляют через экран с круглым отверстием.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 275226, кл. М 05 В 41/39, опублик. 1970.

2. Алькевич Л.В., Костко M.ß., Удинский А.В. Исследование стабилизации светового потока газоразрядных ламп. 1978. IllC N 6, т. 29, с. 1149 (прототип) .