專(zhuān)利名稱(chēng)：超高頻無(wú)極放電燈光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涉及一種特殊光源，特別涉及一種試驗(yàn)設(shè)備用超高頻無(wú)極放電燈光源 背景技術(shù)無(wú)極放電燈英文名稱(chēng)為"Electrodeless Discharge Lamp"，又稱(chēng)外置電極燈(External Electrode Lamp),由于沒(méi)有燈絲或電極進(jìn)入燈泡內(nèi)，不會(huì)有漏氣或燈絲失效等故障，因而壽 命特別長(zhǎng)。這些燈能產(chǎn)生窄線和無(wú)自吸的高強(qiáng)度光譜。高頻氣體放電按照外加高頻電場(chǎng)角頻率"與電子有效碰撞頻率u的相對(duì)大小，可以分 成"〈〈"、"^u 、">〉"三種情況。對(duì)于無(wú)極氣體放電燈的激發(fā)也有這三種情形。 目前，市售包括專(zhuān)利無(wú)極放電燈光源裝置如下1. 無(wú)極放電燈工作頻率均為lOOKHz以下，這種在低頻內(nèi)工作并激發(fā)燈內(nèi)的氣體分子而 發(fā)光，是一種低壓冷光燈，適用于小型化，像手持設(shè)備上使用。這種燈依靠電容耦合激發(fā)等 離子體發(fā)光。燈內(nèi)高頻氣體放電時(shí)"〈〈"，電子在高頻電場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)象一群蜜蜂隨風(fēng)飄動(dòng)一 樣向高頻電場(chǎng)的瞬時(shí)陽(yáng)極漂移；電場(chǎng)反向時(shí)又反向漂移。這類(lèi)放電屬于高頻電場(chǎng)直接激發(fā)的 E型放電，在E型放電中，通?；镜膶?dǎo)電電流由位移電流和傳導(dǎo)電流共同組成，放電由高 頻電場(chǎng)激發(fā)，傳導(dǎo)電流并不閉合，放電比較弱，并且由于發(fā)光點(diǎn)在燈管中心，容易產(chǎn)生自吸 收，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度比較低。2. 被譽(yù)為綠色新光源的高頻無(wú)極照明燈，工作頻率為2.5 3.0MHz，常用2.65MHz，工 作電壓在300V以上。其燈管是一個(gè)真空放電腔體，它的一端設(shè)置汞齊(固汞)，放電腔內(nèi)填 充緩沖放電氣體，形成連續(xù)的閉合放電環(huán)路，放電腔通過(guò)環(huán)形鐵氧體磁芯的中心軸線。事實(shí) 上，放電腔成為變壓器的次級(jí)，通過(guò)對(duì)環(huán)繞放電腔外鐵氧體磁芯上的線圈交變的高頻正弦電 壓，使電能藕合進(jìn)放電腔，通過(guò)線圈的電流產(chǎn)生穩(wěn)定的磁通量，進(jìn)而又沿放電腔產(chǎn)生感應(yīng)電 壓來(lái)維持放電，使汞離子氣化產(chǎn)生的紫外線激發(fā)稀土三基色熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光的。3. 用微波激發(fā)，采用商品微波發(fā)生器頻率2450MHz，石英管放置在微波諧振腔內(nèi)，微波 電磁場(chǎng)通過(guò)波導(dǎo)腔提供激發(fā)能量。在激發(fā)時(shí)燈的溫度升高，產(chǎn)生大量的熱，所以空腔內(nèi)應(yīng)通 空氣進(jìn)行適當(dāng)冷卻。上述2和3類(lèi)放電屬于H型放電，其中基本的導(dǎo)電電流具有閉合曲線的形式，它是由交 變磁場(chǎng)感應(yīng)的環(huán)形電場(chǎng)激發(fā)的，該放電可以調(diào)節(jié)得很強(qiáng)，類(lèi)似于弧光放電，該電離氣體可以看成是變壓器短路的次級(jí)回路?；」夥烹娛且环N自持放電，主要特點(diǎn)是維持電壓很低，放電 的電流密度很大。當(dāng)放電條件合適時(shí)能產(chǎn)生"集膚效應(yīng)"，使無(wú)極放電燈的放電集中在燈壁上 進(jìn)行，所以燈的輻射只經(jīng)過(guò)極薄的一層原子蒸氣，共振線的自吸可以大大減小。無(wú)論是輻射 強(qiáng)度或燈的壽命，都隨激發(fā)頻率的增大而增加，但是激發(fā)頻率增大導(dǎo)致無(wú)極放電燈溫度升高， 而溫度的變動(dòng)將會(huì)導(dǎo)至發(fā)射強(qiáng)度的波動(dòng)，光譜發(fā)射便不穩(wěn)定。 一般來(lái)說(shuō)，
1. 用射頻(100KHz 100MHz)穩(wěn)定性高，自吸很小。
2. 用微波OlOOMHz，常用2450MHz)，輸入功率轉(zhuǎn)化成為輻射的效率高，輸出強(qiáng)度大 有效使用壽命長(zhǎng)。所以現(xiàn)有的無(wú)極放電燈光源不能同時(shí)滿足穩(wěn)定性高，自吸小，發(fā)射強(qiáng)度大，光源壽命長(zhǎng)， 能低壓順利啟動(dòng)的要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種穩(wěn)定性高，自吸小，發(fā)射強(qiáng)度大，光源壽命長(zhǎng)，能低壓順利啟動(dòng)的超高 頻無(wú)極放電燈光源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用以下設(shè)計(jì)方案-無(wú)極放電燈是在直徑5 12mm，長(zhǎng)40 60mm的石英或玻璃管(視所使用的光譜區(qū)而定)中抽 成真空并充入壓力為67-200Pa的氫氣，氘氣和惰性氣體以及它們的混合氣。無(wú)極放電燈置于感應(yīng)線圈中間，工作時(shí)，電磁能由繞于燈管外部的螺線管耦合進(jìn)入燈內(nèi)， 由于螺線管感應(yīng)線圈電磁場(chǎng)是均勻變化的，燈內(nèi)充滿等離子發(fā)光體，光強(qiáng)度大，輻射均勻。無(wú)極放電燈的激發(fā)頻率介于射頻和微波之間，采用超高頻的電磁能激發(fā)，工作頻率為 50MHz 150MHz，即兼顧了射頻激發(fā)穩(wěn)定性高，自吸小的特點(diǎn)，又兼顧了微波激發(fā)輸出強(qiáng)度 大有效使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；另外一方面，采用超高頻激發(fā)，點(diǎn)火電壓峰峰值可以降到幾百伏 以?xún)?nèi)。高頻功率發(fā)生器，也即高頻電子鎮(zhèn)流器，它是高頻無(wú)極放電燈最主要的組成部分，采用 的電路形式為單管LC自激振蕩方式，沒(méi)有變壓器，只使用一個(gè)功率晶體管。 采用光敏傳感器控制無(wú)極放電燈的啟動(dòng)。高頻功率發(fā)生器啟動(dòng)電壓和工作電壓采用兩個(gè)二極管D1和D2進(jìn)行無(wú)縫切換，這兩個(gè)二極 管還能有效地防止高頻功率電子發(fā)生器產(chǎn)生的峰峰值浪涌電壓干擾供電電源。本發(fā)明超高頻無(wú)極放電燈光源，穩(wěn)定性高，自吸小，發(fā)射強(qiáng)度大，光源壽命長(zhǎng)，能低壓 順利啟動(dòng)，可以用為氣相色譜儀光離子化檢測(cè)器光源，原子吸收分光光度計(jì)的背景光源以及 質(zhì)譜儀中的光致電離源等，還能用來(lái)產(chǎn)生臭氧并用于光清洗、光氧化、水凈化等處理。


圖1是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源原理圖；圖2是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源耦合方案一的原理圖；圖4是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源耦合方案二的原理圖；圖5是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源耦合方案三的原理圖。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步闡述本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源，下面結(jié)合實(shí)施例作更詳盡的說(shuō)明。 圖2是本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源的結(jié)構(gòu)示意圖，超高頻無(wú)極光源由無(wú)極放電燈4、 感應(yīng)線圈2、絕緣骨架1和電路板3組成，無(wú)極放電燈4置于空心的絕緣骨架1中心，絕緣骨架l 外套有感應(yīng)線圈2，感應(yīng)線圈2連接電路板3，絕緣骨架1架在絕緣支架6上、用固定螺絲7和底 座8相連接，無(wú)極放電燈由直徑13mm，長(zhǎng)40 60誦的石英玻璃管，抽成真空并充入壓力為67-200Pa的 混合的惰性氣體，混合氣體成分由1% 10%的氪氣和90% 99%的氦氣或氖氣組成。感應(yīng)線圈選用直徑0.8，長(zhǎng)度60 cm銅絲(外表面最好鍍銀以減少導(dǎo)線上的集膚效應(yīng))， 線圈在絕緣骨架上繞7.5匝，D = 17 cm， L = 16 cm如圖4所示，從剩余銅絲從線圈兩端引 到高頻功率電子發(fā)生器印刷線路板上，感應(yīng)線圈距離線路板大約10 cm左右。電路板3上有超高頻功率發(fā)生電路、檢測(cè)控制啟動(dòng)電路和供電電路。圖l為本發(fā)明超高頻無(wú)極氣體放電光源的電路圖。超高頻功率發(fā)生電路為單管LC自激振蕩電路，由功率管Q1、電感L2、電容C3、 C4組 成，電阻R1、 R2、 R3為功率管Q1提供直流工作點(diǎn)，電容C6為電阻R6的旁路電容，電感 Ll為隔離電感，防止高頻泄漏，LC自激振蕩電路工作頻率為50MHz 150MHz，超高頻功 率發(fā)生電路和感應(yīng)線圈2間采用耦合電容C5耦合。供電電路包括啟動(dòng)電壓電路S2和工作電壓電路Sl，都是通過(guò)AC/DC或DC/DC產(chǎn)生的 浮地電壓，啟動(dòng)電壓電路S2和工作電壓電路Sl分別通過(guò)二極管D2 、 Dl連接超高頻功率發(fā) 生器， 一固態(tài)繼電器SSR (也可使用可控硅)分別連接啟動(dòng)電壓電路S1和工作電壓電路S2， 控制電壓間的無(wú)縫切換。檢測(cè)控制啟動(dòng)電路包括光敏傳感器D3和放大電路Ul和比較電路U2，放大電路Ul和比 較電路U2串接，比較電路U2的輸出連接到供電電路中的固態(tài)繼電器SSR的輸入端。檢測(cè)控制啟動(dòng)電路中的光敏傳感器D3可采用光敏二極管、光敏三極管等，本實(shí)施例中采 用的光敏二極管。光敏二極管檢測(cè)無(wú)極放電燈是否已經(jīng)點(diǎn)亮，如果沒(méi)有點(diǎn)亮，放大器U1輸出 接近地電位電壓，比較器U2輸出高電平信號(hào)控制固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通。啟動(dòng)電壓電路S2輸出啟 動(dòng)電壓，通過(guò)二極管D2給高頻功率發(fā)生器供電，高頻功率發(fā)生器產(chǎn)生自激振蕩，感應(yīng)線圈內(nèi) 產(chǎn)生100M Hz左右的電磁波，此時(shí)啟動(dòng)電壓電路S2輸出600mA左右的電流。電磁場(chǎng)能量耦合進(jìn) 無(wú)極放電燈內(nèi)，燈內(nèi)的氣體雪崩電離形成等離子體發(fā)光，光敏二極管感應(yīng)光信號(hào)形成光電流， 放大器U1輸出電壓高于U2比較器反相端輸入的參考電壓，比較器U2輸出低電平信號(hào)，固態(tài)繼 電器SSR截止，啟動(dòng)電壓電路S2關(guān)斷，工作電壓電路S1輸出工作電壓，通過(guò)二極管D1給高頻功 率電子發(fā)生器供電，此后一直維持無(wú)極放電燈點(diǎn)亮狀態(tài)，工作電壓電路S1輸出的工作電流在 300mA左右。超高頻發(fā)生器和感應(yīng)線圈之間可以釆用多種方式耦合圖3顯示了一種耦合方式的電路圖。耦合電容C5接在感應(yīng)線圈的一端L和功率管Q1的基極 間，感應(yīng)線圈的另一端H接在功率管Q1的正電源上。由于電氣元件參數(shù)差異以及裝配工藝上的 差異，可通過(guò)可調(diào)電容C3輕微調(diào)諧，達(dá)到電路輸出最強(qiáng)的諧振狀態(tài)。圖4顯示了第二種耦合方式的電路圖。諧振電容C5接在感應(yīng)線圈的一端H和超高頻功率電 子發(fā)生器的正電源間，感應(yīng)線圈的另一端L接在功率管Q1的基極，工作原理與第一實(shí)施例相同。圖5顯示了第三種耦合方式的電路圖。去掉了諧振電容C5，感應(yīng)線圈的一端L接功率管Q1 的基極，另一端H懸空。是采用分布電容代替耦合電容C5，關(guān)鍵在于超高頻功率發(fā)生器印刷線 路板和感應(yīng)線圈、以及無(wú)極放電燈一體化安裝方式超高頻功率發(fā)生器的正電源的印刷線路 板導(dǎo)線在環(huán)形線路板的內(nèi)側(cè)邊緣，感應(yīng)線圈從環(huán)形印刷線路板中心孔穿入，電源正極和感應(yīng) 線圈形成分布電容，替代諧振電容C5。這樣，高頻功率電子發(fā)生器印刷線路板與感應(yīng)線圈及感應(yīng)線圈里面的無(wú)極放電燈能夠集 中裝配在一起，如圖1所示。而在前兩種耦合方案中，高頻功率發(fā)生器印刷線路板與感應(yīng)線圈及感應(yīng)線圈里面的無(wú)極 放電燈則可以分開(kāi)一段距離。視實(shí)際應(yīng)用情況，可選用本發(fā)明裝置不同實(shí)施例方案。本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例應(yīng)用在氣相色譜儀光離子化檢測(cè)器光源，其儀器性能超群就是本 發(fā)明裝置優(yōu)越性的最好的證明。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定優(yōu)選實(shí)施例作出說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出各種變更 和修飾，都不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述超高頻無(wú)極光源由無(wú)極放電燈(4)、感應(yīng)線圈(2)、絕緣骨架(1)和電路板(3)組成，所述無(wú)極放電燈(4)置于空心的所述絕緣骨架(1)中心，所述絕緣骨架(1)外套有所述感應(yīng)線圈(2)，所述感應(yīng)線圈(2)連所述電路板(3)，所述絕緣骨架(1)架在絕緣支架(6)上、用固定螺絲(7)和底座(8)相連接，所述電路板(3)上有超高頻功率發(fā)生電路、檢測(cè)控制啟動(dòng)電路和供電電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述無(wú)極放電燈(4)是 在直徑5 12mm，長(zhǎng)40 60mm的密封石英玻璃管中充入氫氣、氘氣和惰性氣體或者它們的 混合氣，要得到較低波長(zhǎng)的光源時(shí)窗口材料采用藍(lán)寶石或氟化物晶片封接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述感應(yīng)線圈(2)為等 間距螺旋線圈。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述超高頻功率發(fā)生電路 為單管LC自激振蕩電路，工作頻率為50MHz 150MHz，所述超高頻功率發(fā)生電路和所述感 應(yīng)線圈(2)間釆用耦合電容(C5)耦合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述供電電路包括啟動(dòng)電 壓電路(Sl)和工作電壓電路(S2)，都是通過(guò)AC/DC或DC/DC產(chǎn)生的浮地電壓，所述啟 動(dòng)電壓電路(Sl)和工作電壓電路(S2)分別通過(guò)二極管(Dl、 D2)連接所述超高頻功率發(fā) 生器， 一固態(tài)繼電器(SSR)分別連接所述啟動(dòng)電壓電路(Sl)和工作電壓電路(S2)，控制 電壓間的無(wú)縫切換。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高頻無(wú)極放電光源，其特征在于所述檢測(cè)控制啟動(dòng)電路包 括光敏傳感器(D3)和放大電路(Ul)和比較電路(U2)，放大電路(Ul)和比較電路(U2) 串接，所述比較電路(U2)的輸出連接到所述供電電路中的固態(tài)繼電器(SSR)的輸入端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)極放電光源，其特征在于所述耦合電容(C5)采用穿心 電容，連接在所述高頻功率電子發(fā)生器的集電極和感應(yīng)線圈之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)極放電光源，其特征在于所述耦合電容(C5)采用穿心 電容，連接在所述高頻功率電子發(fā)生器的基極和感應(yīng)線圈之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)極放電光源，其特征在于所述耦合電容(C5)所述電感 采用采用感應(yīng)線圈與正電源的分布電容替代。10、根據(jù)權(quán)利要求7_9之一所述的無(wú)極放電光源，其特征在于所述無(wú)極氣體放電光 源應(yīng)用范圍包括做為分析檢測(cè)設(shè)備上各種光致電離源、發(fā)射光譜光源以及用來(lái)做為各種光照 化學(xué)反應(yīng)裝置的光源。
全文摘要
一種超高頻無(wú)極放電光源，由無(wú)極放電燈、感應(yīng)線圈和超高頻發(fā)生電路電路板組成，無(wú)極放電燈置于空心的絕緣骨架中心，絕緣骨架外套有感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈連接超高頻發(fā)生器電路板，無(wú)極放電燈是在密封玻璃或石英管中充入氫氣、氘氣和惰性氣體或者它們的混合氣，超高頻發(fā)生器工作在50MHz～150MHz，利用超高頻電離燈中氣體發(fā)光。本發(fā)明超高頻無(wú)極放電燈光源，穩(wěn)定性高，自吸小，發(fā)射強(qiáng)度大，光源壽命長(zhǎng)，能低壓順利啟動(dòng)，可以用為氣相色譜儀光離子化檢測(cè)器光源，原子吸收分光光度計(jì)的背景光源以及質(zhì)譜儀中的光致電離源等，還能用來(lái)產(chǎn)生臭氧并用于光清洗、光氧化、水凈化等處理。
文檔編號(hào)H01J65/04GK101217098SQ20071030386
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者李選培 申請(qǐng)人:北京東西分析儀器有限公司