СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ГАЗОРАЗРЯДНОЕ БЕЗЭЛЕКТРОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01J65/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционным безэлектродным лампам и может быть использовано в светотехнике для создания источников оптического излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, а также в лазерной технике.

Известны способы и устройства получения оптического излучения, когда для возбуждения молекул или атомов газа и паров рабочего вещества, заполняющих газоразрядную камеру, используется электрическая или электромагнитная энергия. Электрическая энергия в этих случаях вводится в газоразрядные камеры через электроды, расположенные внутри камеры, а электромагнитная энергия с помощью индукторов расположенных на наружной поверхности газоразрядных камер [1]
Наиболее близким по технической сущности является способ получения оптического излучения путем индукционного возбуждения молекул или атомов газа и рабочего вещества заполняющих газоразрядную камеру [1]
Известный способ получения оптического излучения осуществляется устройством, содержащим газоразрядную камеру из оптически прозрачного материала и индуктор, который установлен на наружной поверхности камеры и служит для ввода электромагнитной энергии внутрь камеры [2]
Недостатком известного метода получения оптического излучения является то, что при индукционном возбуждении атомов или молекул газа и рабочего вещества большая часть электромагнитной энергии рассеивается и не попадает внутрь газоразрядной камеры, поэтому коэффициент полезного действия такого устройства мал. Кроме того, необходимо применять высокочастотные источники энергии мегагерцового диапазона, которые сложны в изготовлении и эксплуатации.

В основу изобретения положена задача создания способа получения оптического излучения, который позволил бы сконцентрировать электромагнитную энергию, вводимую в газоразрядную камеру, и тем самым повысить коэффициент полезного действия устройства, увеличить его мощность и световую отдачу, а также обеспечить возможность работы на низких частотах.

Задача достигается тем, что в способе получения оптического излучения путем индукционного возбуждения молекул или атомов газа и рабочего вещества, заполняющих газоразрядную камеру, согласно изобретению возбуждение молекул или атомов газа и рабочего вещества осуществляют низкочастотным замкнутым разрядом трансформаторного типа.

Задача достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа получения оптического излучения, содержащем газоразрядную камеру из оптически прозрачного материала, заполненную газом и рабочим веществом, и индуктор возбуждения, установленный на наружной поверхности камеры согласно изобретению газоразрядная камера выполнена замкнутой, в виде тора охватывающего магнитопровод, служащий для возбуждения разряда, при этом замкнутый разряд в газоразрядной камере является вторичным витком трансформатора устройства.

Сечение магнитопровода выбирается из условия, чтобы величина индуцируемого напряжения была больше величины напряжения для поддержания разряда в разрядной камере. Магнитопровод может быть изготовлен из любых магнитных материалов (трансформаторные стали, ферриты).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить долю электромагнитной энергии передаваемую от источника питания для преобразования ее в оптическое излучение [3, 4] При этом способе увеличивается коэффициент полезного действия и увеличивается светоотдача устройства. Уменьшается частота тока источника питания, что значительно упрощает его.

Предлагаемое устройство для осуществления способ получения оптического излучения позволяет повысить стабильность излучения за счет значительного увеличения разряда тока (до сотен ампер), что, в свою очередь, позволит возбуждать более высокие уровни возбуждения атомов и таким образом менять спектральный состав и интенсивность излучения.

Способ получения оптического излучения иллюстрируется следующим примером.

В институте теплофизики было испытано устройство по предложенному способу получения оптического излучения. Технические характеристики устройства как источника оптического излучения были следующие:
Частота тока 10 кГц;
Масса магнитопровода из стали 2НСР 7 кг;
Количество секций магнитопровода 4;
Первичная обмотка каждой секции, витки 4
Разрядная камера из кварца имеет форму вытянутого тора с внутренним диаметром кварцевой трубки 40 мм и длиной средней линии 80 см.

Разряд горел в аргоне при давлении ≈ 133 Па. Напряжение в разрядной камере составило 14 50 В в зависимости от тока 40 200 А. Максимальная достигнутая мощность в разряде составляла 10 кВт. Разряд представляет собой ярко светящийся шнур, заполняющий все сечение разрядной камеры. Разряд может существовать неограниченное время.

Принципиальная схема устройства для осуществления способа получения оптического излучения представлена на чертеже.

Устройство состоит из магнитопроводов 1, изготовленных из магнитных материалов (трансформаторная сталь, феррит), разрядной камеры 2, являющейся вторичным витком трансформатора, изготовленной из оптически прозрачного материала (например, кварца), первичных обмоток магнитопроводов 3 и электродов 4 для подключения осциллятора при поджиге разряда.

Устройство работает следующим образом.

Разрядная камера 2 заполняется требуемым рабочим веществом и откачивается до рассчитанного давления, на первичные обмотки 3 подается напряжение от источника питания, через электроды 4 осциллятором поджигается слаботочный разряд, после заполнения основного разряда осциллятор отключается.

Сущность изобретения: способ получения оптического излучения обеспечивает концентрацию электромагнитной энергии, вводимой в газоразрядную камеру, для возбуждения молекул и атомов газа и рабочего вещества, что достигают низкочастотным замкнутым разрядом трансформаторного типа. Газоразрядная камера устройства выполнена замкнутой, в виде тора, охватывающего магнитопровод устройства, служащий для возбуждения разряда, при этом замкнутый разряд в газоразрядной камере является вторичным витком трансформатора устройства. Уменьшение частоты тока источника питания значительно упрощает предлагаемое устройство для получения оптического излучения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения оптического излучения, когда возбуждение и высвечивание возбужденных атомов или молекул газа и рабочего вещества осуществляется в газоразрядной камере с помощью высокочастотного индукционного разряда, отличающийся тем, что возбуждение атомов или молекул газа и рабочего вещества осуществляют электрическим током низкочастотного замкнутого разряда трансформаторного типа. 2. Устройство для получения оптического излучения, содержащее газоразрядную камеру из оптически прозрачного материала, заполненную газом или парами рабочего вещества, и индуктор возбуждения, установленный на наружной поверхности камеры, отличающееся тем, что устройство имеет магнитопровод, на котором установлен индуктор, при этом газоразрядная камера выполнена замкнутой в виде тора и охватывает магнитопровод, а замкнутый низкочастотный разряд в газоразрядной камере является вторичным витком трансформатора устройства.