專利名稱：高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光源設備，特別涉及一種高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)在人們很注重能源的節(jié)約，而我們?nèi)粘Ｓ玫淖疃嗍菬?，而現(xiàn)在高亮度的燈用途 越來越廣，而其中氣體放電燈是最普及的，但是氣體放電燈的壽命和效率都不是很高，一般 1年左右燈就會壞了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在使用的氣體放電燈存在的功率輸出不穩(wěn)定和使用壽命限制的 問題，提出了 一種高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，通過設計合理的電路和采用穩(wěn)定輸出 功率的裝置，達到了紫外光穩(wěn)定輸出的要求，并增加了使用壽命。本發(fā)明的技術方案為一種高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，包括供電電源、燈箱 組件、氣體放電燈，其特征在于，還包括穩(wěn)功率輸出控制組件、光學系統(tǒng)，供電電源向氣體放 電燈提供低壓高電流的直流電，并對供電電流進行調(diào)節(jié)，穩(wěn)功率輸出控制組件將氣體放電 燈的電信號經(jīng)過處理后反饋到供電電源保證電源的穩(wěn)定性，氣體放電燈發(fā)出的光通過光學 組件聚成點光源，或者平行光源后輸出，各個組件安裝并固定于燈箱組件上。所述光學系統(tǒng)由反射鏡、準直透鏡、聚焦透鏡、濾光片和石英光纖組成，氣體放電 燈放置于準直透鏡焦點處，氣體放電燈后部放置一反射鏡，氣體放電燈位于反射鏡的球心， 光通過準直透鏡輸出平行光；在準直透鏡右側(cè)放置一聚焦透鏡可將平行光聚焦輸出點光 源；在輸出接口處增加石英光纖，通過光路耦合，將匯聚的光斑通過光纖進行輸出。所述供電組件包括濾波器、穩(wěn)功率開關電源、觸發(fā)器、氙燈，220V50HZ的交流電首 先經(jīng)過濾波器濾除工頻電源中的干擾，然后接入穩(wěn)功率的開關電源，開關電源將交流電轉(zhuǎn) 換為氣體放電燈工作所需要的低壓直流電，在穩(wěn)功率開關電源與氣體放電燈管之間接入一 個觸發(fā)器。所述穩(wěn)功率輸出控制組件由濾波器、線性穩(wěn)壓電源、控制電路、穩(wěn)功率控制組件 組成，穩(wěn)功率控制組件由安裝于燈箱側(cè)壁的探測器、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、比較控 制電路組成，當安裝于燈箱內(nèi)的探測器受到紫外光照射后輸出微弱的電流信號，經(jīng)過電流 電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號，而后放大電路將此信號放大濾波后輸入到比較控制 電路中，并和控制電路內(nèi)部基準電壓進行比較，從而輸出穩(wěn)定的電壓信號，去控制氣體放電 燈穩(wěn)功率開關電源的輸出功率。所述燈箱組件由散熱片結(jié)構(gòu)的高硬鋁材料制成，內(nèi)有風扇。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，具有合理的電 路和采用穩(wěn)定輸出功率的裝置，達到了紫外光穩(wěn)定輸出的要求，并增加了使用壽命。該系統(tǒng) 適用于各種需要高亮度、高穩(wěn)定輸出的場合，如各類紫外光譜儀器、精確紫外光譜測量、精 確紫外曝光、精細紫外固化等。


圖1為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中穩(wěn)功率控制框圖；
圖3為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)左視圖；圖4為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)右視圖；圖5為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中平行光路輸出示意圖；圖6為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中點光源輸出示意圖；圖7為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖；圖8為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中放大電路圖；圖9為本發(fā)明高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)中比較控制電路圖。
具體實施例方式如圖1所示為結(jié)構(gòu)框圖，高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)由供電電源I、穩(wěn)功率輸 出控制組件II、燈箱組件III、光學系統(tǒng)IV四部分組成。供電電源向氣體放電燈提供低壓高 電流的直流電，并能夠?qū)╇婋娏鬟M行調(diào)節(jié)，穩(wěn)功率輸出控制組件將燈的電信號經(jīng)過處理 后反饋到供電電源保證電源的穩(wěn)定性，使得紫外光輸出的強度波動在1 %以下，燈發(fā)出的光 通過光學組件可使紫外光會聚成點光源，或者平行光源后輸出，各個組件安裝和固定于燈 箱組件上，燈箱的箱體由散熱片結(jié)構(gòu)的高硬鋁材料制成，有利于氙燈工作環(huán)境的快速散熱。供電組件包括濾波器1、穩(wěn)功率開關電源2、觸發(fā)器3、氙燈4，220V50HZ的交流電首 先經(jīng)過濾波器1濾除工頻電源中的干擾，然后接入穩(wěn)功率的開關電源2，開關電源將交流電 轉(zhuǎn)換為氙燈工作所需要的低壓直流電，給燈箱里的短弧氙燈供電，開關電源的輸出功率可 通過輸入的0 IOV的控制電壓進行調(diào)節(jié)；氙燈燈管內(nèi)充有數(shù)個大氣壓的氙氣，其著火電壓 很高，開關電源加于燈管兩端的電壓不足以使氙燈放電，所以在開關電源與氙燈燈管之間 接入一個觸發(fā)器，當啟動電路時，觸發(fā)器產(chǎn)生高壓使氙燈進入弧光放電狀態(tài)，而后氙燈即工 作于低壓狀態(tài)。穩(wěn)功率輸出控制組件如圖1所示，220V50HZ的交流電首先經(jīng)過濾波器6濾除工頻 電源中的干擾，然后接入線性穩(wěn)壓電源7后給控制電路8供電，穩(wěn)功率控制組件9將氙燈的 信號接收經(jīng)過處理到控制電路8去控制穩(wěn)功率開關電源2，控制部分如圖2所示由安裝于燈 箱側(cè)壁的探測器30、電流電壓轉(zhuǎn)換電路31、放大電路32、比較控制電路33組成，當安裝于燈 箱內(nèi)的探測器30受到紫外光照射后輸出微弱的電流信號，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路31轉(zhuǎn)換 為微弱的電壓信號，而后放大電路32將此信號放大濾波后輸入到比較控制電路33中，并和 控制電路內(nèi)部基準電壓進行比較，從而輸出穩(wěn)定的電壓信號，去控制氣體放電燈穩(wěn)功率開 關電源2的輸出功率，實時的進行調(diào)節(jié)，從而使光源的紫外光輸出功率保持穩(wěn)定。圖7為電 流電壓轉(zhuǎn)換電路，當紫外探測器30受到紫外波段的光照射時，會輸出自左向右的微弱電流 信號，信號的強弱與照到探測器30上的光強大小成正比例關系。經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路31 后，信號轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號。R3和R4部分為調(diào)零單元，可調(diào)節(jié)運放正向端的輸入偏置 電壓，反饋電容C4可減小高頻噪聲增益。圖8為放大電路32，利用兩個運算放大器組成兩個 反相放大器，用于將光信號檢測電路輸出的微弱信號放大，放大倍數(shù)通過變阻器RV2調(diào)節(jié)， 穩(wěn)壓管和變阻器RVl為調(diào)零單元。經(jīng)放大電路出來的信號接入圖9比較控制電路33中比較控制電路的反相輸入端。比較控制電路的正相輸入端連接由集成穩(wěn)壓芯片和RV3構(gòu)成的 基準電壓。基準電壓的大小可通過調(diào)節(jié)RV3實現(xiàn)。運放A為比較器，當輸入信號大于基準 電壓時，引腳1輸入低電壓，當輸入信號小于基準電壓時，引腳1輸出低電壓，穩(wěn)壓管DW2限 制輸出電壓的大小，使其在要求的輸出電壓內(nèi)。運放B構(gòu)成的電路為電壓跟隨器，輸出電壓 等于引腳5的電壓。輸出電壓為O 10V，將其接至開關電源控制端，即可調(diào)節(jié)穩(wěn)功率開關 電源2輸出電流的大小。當光強過大時，紫外探測器反饋的電壓信號變高，經(jīng)放大后與基準 電壓比較，低于基準電壓，比較控制電路即輸出低電壓，開關電源的輸出功率變小，當光強 過小時，過程正好相反，整個過程構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，使光源的光功率輸出保持穩(wěn)定。
燈箱用于對光學系統(tǒng)和氣體放電燈的固定和安裝，并能夠起到快速散熱的作用。 其結(jié)構(gòu)圖如圖3、4所示，組件上安裝有觸發(fā)器、燈座27、反射鏡座28、準直鏡座25、透鏡調(diào) 節(jié)環(huán)24、聚焦透鏡座23、紫外探測器20、接線孔21、風扇11。氙燈4垂直放置于燈箱的正 中央；由于觸發(fā)器3離氙燈較遠時不容易點火，所以將觸發(fā)器放置于燈箱內(nèi)，置于箱體的底 部；反射鏡置28于燈箱的后壁，中心與氙燈中心平行；準直鏡座25安裝于燈箱的前側(cè)，風 扇11安裝于燈箱的右側(cè)。箱體的四壁均用散熱片結(jié)構(gòu)的高硬鋁制成，實現(xiàn)箱體的快速散熱，箱體的頂蓋22 與箱體之間留有換氣狹縫29，有利于空氣的快速流通，和風扇相配合可實現(xiàn)燈箱內(nèi)的快速 散熱，箱底有調(diào)節(jié)螺釘26可調(diào)節(jié)箱子的水平位置。較強的紫外線可對人體的健康造成一定的傷害，本裝置的整個燈箱體除前面的光 輸出口和風扇處外，其他各面均無光射出，避免了光源使用時對使用者的傷害。光學系統(tǒng)由反射鏡、準直透鏡、聚焦透鏡、濾光片和石英光纖組成。光路的出光口 徑約50mm，使得更多的能量可以輸出。通過簡單的拆卸和裝配，光路能夠?qū)崿F(xiàn)3種輸出方 式，一種是紫外平行輸出，一種是紫外會聚輸出，最后一種可以在輸出接口處增加石英光 纖，這樣可增加輸出的長度和使用的靈活性。如圖5所示平行光路輸出示意圖，氣體放電燈放置于準直透鏡焦點處，氣體放電 燈成像于透鏡右側(cè)無限遠處，準直透鏡即輸出平行光，為了使光源輸出的光強盡可能的大， 在氣體放電燈后部放置一反射鏡，使氙燈照射到后側(cè)的光反射回準直透鏡處，氙燈位于反 射鏡的球心，此時物點與像點相重合。如圖6所示點光源輸出示意圖，在準直透鏡右側(cè)放置一聚焦透鏡可輸出點光源， 平行光經(jīng)過聚焦透鏡后，在其焦點處近似匯聚為一點，更換不同焦距的聚焦透鏡，可改變聚 焦點的位置，圖5即為不同焦距情形下的光路模擬圖。光纖輸出在輸出接口處增加石英光纖，通過光路耦合，將匯聚的光斑通過光纖進 行輸出，可增加輸出的長度和使用的靈活性，能夠方便的用于紫外曝光和固化。
權利要求
一種高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，包括供電電源、燈箱組件、氣體放電燈，其特征在于，還包括穩(wěn)功率輸出控制組件、光學系統(tǒng)，供電電源向氣體放電燈提供低壓高電流的直流電，并對供電電流進行調(diào)節(jié)，穩(wěn)功率輸出控制組件將氣體放電燈的電信號經(jīng)過處理后反饋到供電電源保證電源的穩(wěn)定性，氣體放電燈發(fā)出的光通過光學組件聚成點光源，或者平行光源后輸出，各個組件安裝并固定于燈箱組件上。
2.根據(jù)權利要求1所述高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，其特征在于，所述光學系統(tǒng) 由反射鏡、準直透鏡、聚焦透鏡、濾光片和石英光纖組成，氣體放電燈放置于準直透鏡焦點 處，氣體放電燈后部放置一反射鏡，氣體放電燈位于反射鏡的球心，光通過準直透鏡輸出平 行光；在準直透鏡右側(cè)放置一聚焦透鏡可將平行光聚焦輸出點光源；在輸出接口處增加石 英光纖，通過光路耦合，將匯聚的光斑通過光纖進行輸出。
3.根據(jù)權利要求1所述高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，其特征在于，所述供電組件 包括濾波器、穩(wěn)功率開關電源、觸發(fā)器、氙燈，220V50HZ的交流電首先經(jīng)過濾波器濾除工頻 電源中的干擾，然后接入穩(wěn)功率的開關電源，開關電源將交流電轉(zhuǎn)換為氣體放電燈工作所 需要的低壓直流電，在穩(wěn)功率開關電源與氣體放電燈管之間接入一個觸發(fā)器。
4.根據(jù)權利要求1、3所述高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)功率 輸出控制組件由濾波器、線性穩(wěn)壓電源、控制電路、穩(wěn)功率控制組件組成，穩(wěn)功率控制組件 由安裝于燈箱側(cè)壁的探測器、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、比較控制電路組成，當安裝于 燈箱內(nèi)的探測器受到紫外光照射后輸出微弱的電流信號，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為微 弱的電壓信號，而后放大電路將此信號放大濾波后輸入到比較控制電路中，并和控制電路 內(nèi)部基準電壓進行比較，從而輸出穩(wěn)定的電壓信號，去控制氣體放電燈穩(wěn)功率開關電源的 輸出功率。
5.根據(jù)權利要求1所述高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，其特征在于，所述燈箱組件 由散熱片結(jié)構(gòu)的高硬鋁材料制成，內(nèi)有風扇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高亮度穩(wěn)功率輸出紫外光源系統(tǒng)，由供電電源、燈箱組件、氣體放電燈、穩(wěn)功率輸出控制組件、光學系統(tǒng)四部分組成。其中供電組件的功能是向氣體放電燈提供低壓高電流的直流電，并能夠?qū)╇婋娏鬟M行調(diào)節(jié)；燈箱部分用作氣體放電燈和光學輸出系統(tǒng)的安裝和固定，燈箱的箱體由散熱片結(jié)構(gòu)的高硬鋁材料制成，有利于氙燈工作環(huán)境的快速散熱；穩(wěn)功率控制組件用以實現(xiàn)光功率的穩(wěn)定輸出，使得紫外輸出的強度波動在1％以下；光學系統(tǒng)可使紫外光會聚成點光源，或者平行光源后輸出。具有合理的電路和采用穩(wěn)定輸出功率的裝置，達到了紫外光穩(wěn)定輸出的要求，并增加了使用壽命。
文檔編號F21S2/00GK101839398SQ200910047628
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權日2009年3月16日
發(fā)明者李松松, 瑚琦, 顧玲娟 申請人:上海理工大學