ПОРТАТИВНЫЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H01J65/04 F21V7/00 F21L5/00 G01N21/62 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а конкретно к приборам для проведения качественного люминесцентного анализа.

Предназначен для экспрессного качественного люминесцентного анализа во внелабораторных (полевых) условиях при экологическом контроле степени загрязненности грунтов, помещений, пищевых продуктов, пылеулавливающих фильтров промышленных предприятий. Прибор может быть использован в криминалистике, в поисковых геолого-разведочных работах, в банковском деле и др. областях.

Известен малогабаритный ультрафиолетовый светильник для обнаружения разного рода веществ во внелабораторных условиях [1]. Этот прибор, использующий в качестве источника ультрафиолетового света интенсивную дуговую ртутно-кварцевую лампу, позволяет получать визуально качественную характеристику цвета люминесценции и ее интенсивности у исследуемого объекта. Однако недостатком является то, что некоторые конструктивные особенности используемого источника света, такие как, например, работа лампы только в вертикальном положении (недопустимо отклонение более чем на 10^o), нестабильность горения дугового разряда, взрывоопасность источника, требующая его надежной загерметизованности, и некоторые другие причины, приводят к ограничению сферы применения прибора.

Известен облучательный прибор, в котором в качестве источника света используется безэлектродная шариковая лампа, обладающая эффективным ультрафиолетовым излучением, с помощью которого можно успешно проводить визуальный люминесцентный анализ [2]. Однако отсутствие автономного питания, значительные габариты и вес прибора не позволяют использовать его для экспрессной люминесцентной диагностики на местности (в полевых условиях).

Известен портативный переносной источник ультрафиолетового излучения [3] , наиболее близкий к предполагаемому изобретению по решению технической задачи. Прибор позволяет проводить качественный анализ люминесценции. Несмотря на субъективность визуального наблюдения, можно все же с достаточной степенью достоверности определять цвет и интенсивность, получать представления о распределении люминесценции по поверхности объекта различной формы. Прибор имеет автономное питание, что позволяет эксплуатировать его во внелабораторных условиях.

Недостатком известного источника ультрафиолетового излучения является то, что он требует сравнительно большого расхода ресурса аккумуляторной батареи. Это происходит из-за того, что нагревательный элемент для поджига разряда в лампе подключен непосредственно к источнику питания, а каждое включение разряда в лампе требует значительного расхода энергоресурса батареи. Кроме того, энергия теряется на активном сопротивлении в высокочастотном генераторе.

Технический эффект предполагаемого изобретения обеспечивает сокращение энергозатрат при эксплуатации прибора, а также упрощение конструкции и тем самым удешевляет производство при сохранении основных функциональных возможностей осветителя.

Технический эффект достигается тем, что в известном портативном переносном источнике ультрафиолетового излучения [3], содержащем автономный источник питания, преобразователь напряжения, высокочастотный генератор, безэлектродную шариковую лампу, светофильтр, отражатель, нагревательный элемент для поджига разряда в лампе, в соответствии с предполагаемым изобретением, нагревательный элемент включен последовательно в электрическую цепь высокочастотного генератора. Такое изменение в способе включения нагревательного элемента весьма существенно, так как он тем самым утилизирует энергию, которая бесполезно рассеивалась на элементах схемы ВЧ-генератора, и, кроме того, достигается стабилизация горения разряда.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется блок-схемами, изображенными на фиг. 1 и 2.

Портативный ультрафиолетовый осветитель, содержит источник питания - аккумуляторную батарею 1, преобразователь напряжения 2, высокочастотный генератор (ВЧ) - 3 с шариковой безэлектродной лампой и нагревательным элементом для поджига разряда, оптическую систему (отражатель и фильтр) - 4.

Элементы блок-схемы для удобства эксплуатации расположены в двух корпусах. Элементы 1, 2 расположены в корпусе A, элементы 3 и 4 в корпусе Б.

Из блок-схемы (фиг.1) вычленен элемент 3, который представлен на фиг.2.

Шариковая ртутная лампа Л расположена между витками индукционной катушки К, а разряд поджигается с помощью нагревательного элемента Н, надетого на отросток лампы.

Нагревательная лампа Н - у прототипа присоединена непосредственно к источнику питания, а в предлагаемом изобретении присоединена к ВЧ-генератору, заменяя часть его активного сопротивления С.

Работа прибора осуществляется следующим образом. В качестве первичного источника напряжения используется аккумуляторная батарея 1 с суммарным напряжением 5В. Преобразователь напряжения 2, стабилизированный по напряжению на 25 В, вырабатывает электрический сигнал, который питает высокочастотный генератор и последовательно включенный в его цепь нагревательный элемент для поджига разряда в лампе 3. Для облегчения зажигания разряда в безэлектродной шариковой лампе используется предварительный разогрев паров металла - наполнителя лампы, осуществляемы нагревательным элементом. Нагревательный элемент является частью активного сопротивления в электрической цепи высокочастотного генератора.

После зажигания разряда потребляемый ток падает и соответственно квадратично уменьшается мощность, выделяемая на нагревательном элементе; при этом значительно сокращается дополнительный подогрев паров металла в лампе. Последовательное включение нагревательного элемента в цепь высокочастотного генератора обеспечивает стабильность горения разряда в лампе в течение всего времени работы, так как устанавливает отрицательную обратную связь между температурой паров металла в лампе и мощностью, выделяемой на нагревательном элементе.

Световой поток от высокочастотной шариковой лампы (прямой и отраженный от отражателя) в оптической системе 4, проходит через светофильтр, выделяющий из него ультрафиолетовую часть спектра излучения источника света. Отражатель не только повышает общую освещенность облучаемой поверхности, но и улучшает равномерность облучения.

Конкретная реализация предполагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

Устройство выполнено в виде двух корпусов. В корпусе А, имеющем габариты 60 x 200 x 150 мм и массу около 2,5 кг, расположены первичный источник питания - аккумуляторная батарея с суммарным напряжением 5 В, состоящая из четырех никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 7 А/ч каждый, которые обеспечивают непрерывную работу прибора в полевых условиях без перезарядки в течение 5 часов, а также преобразователь напряжения (возможно использование в качестве источника питания аккумуляторной батареи на 24 - 30 В, при этом, естественно, отпадает необходимость в преобразователе напряжения). Корпус А находится в отдельной сумке.

В корпусе Б, имеющем вид цилиндра диаметром 65 мм и длиной 75 мм, соединенного с цилиндрической ручкой диаметром 20 мм и длиной 120 мм и общей массой 260 г, расположены электрическая схема генератора для возбуждения высокочастотного разряда паров ртути в шариковой безэлектродной лампе ВСБ-1. Лампа расположена в поле катушки, образующей совместно с конденсаторами резонансный контур. Питание генератора производится стабилизированным напряжением +24 В, подаваемым по кабелю от блока питания прибора, находящегося в корпусе А. Ток, потребляемый генератором, составляет величину порядка 100 mA. Нагревательный элемент для поджига разряда в лампе представляет собой спираль из нихромовой проволоки ⊘0,2мм, намотанную на отросток баллона лампы. Мощность, потребляемая цепью нагревательного элемента во время поджига, составляет величину порядка 2,5 Вт. Источник ультрафиолетового излучения - безэлектродная шариковая лампа с ртутно-аргоновым наполнителем типа ВСБ-1 - имеет кварцевый баллон диаметром 8 - 10 мм и обладает высокой интенсивностью излучения, особенно в коротковолновой части ультрафиолетового спектра, так как самообращение резонансной ртутной линии 254 нм в этом источнике существенно меньше, чем в электродных газоразрядных лампах. Соотношение интенсивностей линий 254 нм и 365 нм для ВСБ-1 примерно 1:1. Для более полного использования светового потока позади лампы имеется отражательное сферическое зеркало. Прямой и отраженный световой поток проходит через фильтр УФС-1 толщиной 3 мм, который пропускает ультрафиолетовый свет источника в области 240 - 400 нм с максимумом вблизи 280 - 360 нм. Конструкция прибора позволяет легко заменять светофильтры. Светофильтр плотно прилегает к торцу корпуса осветителя. На корпусе расположена сигнальная лампочка для контроля включения прибора.

Благодаря тому что цепь питания поджигающего нагревательного элемента не отключается от электрической цепи высокочастотного генератора и в оптической системе прибора отсутствуют жидкофазные фильтры, существенно облегчается эксплуатация прибора при низких температурах, что весьма важно при проведении люминесцентных исследований на местности в зимнее время года или в условиях северной зоны.

Технико-экономическая эффективность предполагаемого изобретения по сравнению с мировым уровнем техники, в качестве которого принят прототип, состоит в том, что часть активного сопротивления в схеме высокочастотного генератора используется в качестве нагревательного элемента для поджига разряда лампы, что позволяет отказаться от автономного нагревательного элемента и тем самым приводит к сокращению энергозатрат при эксплуатации прибора. Упрощение конструкции прибора снижает стоимость его изготовления. При этом сохраняются основные функциональные возможности осветителя.

Предполагаемое изобретение коммерчески реализуемо, просто и удобно в эксплуатации и может найти применение при работе в различных климатических зонах, в том числе северных районах, и в разное время года эксплуатации на местности. Прибор может быть рекомендован к широкому использованию при экологическом контроле степени загрязненности грунтов, помещений, пищевых продуктов, при эксплуатации пылеулавливающих фильтров промышленных предприятий. Может быть использован при проведении люминесцентных исследований в криминалистике, в поисковых геолого-разведочных работах, для контроля подлинности денежных купюр и ценных бумаг и в других областях.

Литература
1. Авт. св. SU N 402717, 1973, Зажигин А.С., Зайцев А.Ф., Тюрин В.А. и др. "Малогабаритный ультрафиолетовый переносный светильник".

2. Авт.св. SU N 1702085, 1989, Переверзев А.П. "Облучательный прибор".

3. В сб-ке "Геофизическая аппаратура", 1973, Л.: Недра, вып. 52, с. 138 - 140, Бердников С.Л., Зеликин Я.М., Красильников С.А. и др. "Портативный переносный источник ультрафиолетового излучения".

Портативный ультрафиолетовый осветитель предназначен для экспрессного качественного люминесцентного анализа во внелабораторных (полевых) условиях природных и техногенных объектов. Прибор позволяет качественно определять цвет и интенсивность люминесценции, получать представления о распределении люминесценции по поверхности объекта различной формы. Новым в портативном ультрафиолетовом осветителе является последовательное включение в электрическую цепь высокочастотного генератора нагревательного элемента для поджига разряда в лампе. 2 ил.

Портативный ультрафиолетовый осветитель, содержащий автономный источник питания, преобразователь напряжения, высокочастотный генератор, безэктродную шариковую лампу, светофильтр, отражатель, нагревательный элемент для поджига разряда в лампе, отличающийся тем, что нагревательный элемент включен последовательно в электрическую цепь высокочастотного генератора.