Способ стабилизации светового потока дуговых газоразрядных ламп Советский патент 1982 года по МПК H01J61/00 

(5) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СВЕТОВОГО ПОТОКА ДУГОВЫХ Изобретение относится к оптическому приборостроению, осветительной технике и может быть использовано в устройствах спектрального анализа с применением дуговых газоразрядных ламп для снижения нестабильности све тового потока и спектрального состава излучения,поступающего от газораз рядных ламп на объект или входную цепь прибора, а также для модуляции светового потока при постоянстве интенсивности и cпeкtpaльнoгo состава. Дуговые газоразрядные лампы, имею щие большую яркость в ультрафиолетовой, видомой и близкой инфракрас ных (ИК) областях, находят широкое применение при фотометрических и люминесцентных измерениях. Однако, существенным недостатком газоразрядных ламп является нестабильность их излучения во времени как по величине потока, так и по спектральному составу, что Приводит к снижеГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП нию точности измерений при их применении. Нестабильность излучения имеет следующие причины: флуктуации яркости светящегося шнура, которые вызываются нестабильностью работы источника питания лампы; внутриламповая нестёбильность из-за хаотического перемещения светящегося шнура относительно поверхности электродов, что значительно изменяет освещенность входной щели прибора.. Вольтамперная 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 способы стабилизации светового потока газоразрядных ламп

с помощью обратной связи по световому потоку, оказавшиеся более эффективными по сравнению в простой стабилизацией тока лампы tl.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 J. ,

Недостатками этого способа является то, что он требует введения достаточно сложных дополнительных 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 10), а также на балластных элементах схем управления (до 25). Применение этого способа, позволяя выравнивать 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 газоразрядной лампы от ее тока, определяющего температуру плазмы дуги. Поэтому применение , стабилизации светового потока пос:редством известного способанеиз;бежно приводит к изменению спектрального излучения лампы. Следовательно, использование некоторого спектрального интервала стабилизируемого источника света в качестве источника сигнала управления, стабилиздции с нагрузки фотоэлемента не ;мржет обеспечить стабилизацию всей

спектральной 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

потока дуговых газоразрядных ламп, включающем сравнение части светового потока лампы с эталоном, определение и осуществление управляющеговоздействия на световой поток лампы,

на разрядный канал лампы воздействуют внешним продольным магнитным полем, при этом индукцию магнитного поля выбирают из условий

ii. В

ZK arctg, г м

где В - индукция магнитного поля дл стабилизации среднего светового потока;

- индукция магнитного поля дл стабилизации мгновенного светового потока;

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

t - постоянная времени системы регистрации светового потока;

К - постоянный для данного типа лампы коэффициент для режима стабилизации мгновенного светового потока;

9 - ширина щели светоприемника прибора;

М - коэффициент увеличения

проектирующей оптической системы;

d - расстояние между электродами.

С целью обеспечения модуляции светового потока по требуемому закону при постоянстве интенсивности и 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 величиной индукции магнитного поля согласно зависимости В KV, где К - постоянный множитель, характарный для данного типа лам1) - частота модуляции, а форму кривой модуляции задают формой и соотношением размеров отверстия в экране. Для получения кривой света в виде прямоугольных импульсов световой поток направляют через отверстие в экране, ширина которого меньше толщины мгновенного изображения разрядного канала лампы. Для получения модуляции светового потока в виде синусоиды световой поток направляют через экран с круглым отверстием, В результате положения внешнего магнитного поля, как указано, устраняется самопроизвольное хаотическое (Перемещение светящегося шнура бтно сиУельно поверхности электрода. Светящийся шнур вынуждают совершать постоянное вращательное движение по стабильной, заранее заданной кругово траектории по поверхности электродов Взаимодействие внешнего магнитного и собственного магнитного поля разрядного канала (силовые линии которого представляют собой окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной силовым линиям внешнего магнитного поля) приводит к возникновению тангенциаль ной силы, приводящей светящийся шнур во вращение по поверхности электрода, по строго стабильной круговой траектории, радиус которой определяется величиной индукции внешнего , магнитного поля. Диаметр принудительного движения выбирают много меньшим амплитуды (или размаха) хаотических колебаний светящегося шнура а отсутствии магнитного поля. Учитывая что форма, размеры электродов, а также величина межэлектродного промежутка зависят от марки лампы, целе сообразнее для характеристики амплитуды вращения (колебания) электрической дуги выбрать не радиус вращения, а величину телесного угла с вершиной «а катоде (угловую ампли.туду), образуемого вращающимся разряднь1м каналом. При этом величина телесного угла изменяется от О (при 66 отсутствии магнитного поля) до некоторой предельной величины, определяемой размерами электродов и величиной межэлектродного промежутка. При использовании данного способа 8 конкретных устройствах надо различать два случая. Во-первых,необходимо стабилизировать среднее значение светового потока за время измерения. Такая ситуация реализуется в спектрофотометрах, люминесцентных спектрометрах, спектрофлуориметрах и т.д. В этом случае период вращения светового шнура выбирается значительно меньшим постоянной времени системы регистрации светового сигнала f. В типичныхспектрофотометрических системах постоянная времени регистрирующей системы находится в.пределах 0,1-100 с.При легко достижимых значениях индукции магнитного поля В 0,07 -Та частота вращения светового шнура дуговых газоразрядных ламп достигает 1000 Гц, т.е. необходимое условие заведомо может быть выполнено. Необходимое значение магнитной индукции для стабилизации светового потока в конкретном устройстве с минимальным значением постоянной времени регистрирующей системы Т определяется из соотношения постоянный множитель характерный для данного типа лампы; постоянная времени системы регистрации светового потока. ля лампы ДКСШ-100 К 6,85 Ю . , ри этом стабилизация обеспечиваетя при всех значениях угловой амплитуды вращения электрической дуги. Во-вторых необходимо стагбилиэировать мгновенное значение светового потока. Такая ситуация реализуется в устройствах для измерения кинетических .(временных) характеристик вторичного свечения при воз-. буждении дуговыми газоразрядными лампами спектрофлуорометрах, спектрофосфориметрах. В этом случае угловую амплитуду выбирают такой, чтобы световое пятно, поступающее после оптической системы на входную цель прибора, не превышало раскрытия щели. Необходимое значение магнитной индукции В с учетом коэффициента увеличения М (уменьшения) проектирующей изображение дуги на входную щель оптимеской системы линейных размеров светящегося шнура определяется по формуле Б ZKrj arctg f где Кл - постоянный для данного тип лампы коэффициент; f - ширина щели спектрального прибора; . коэффициент увеличения про ектирующей оптической системы;d - расстояние между электродами. Для лампы ДКСШ-1000 Кг; «,8 1Q 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 стабилизирова ный указанным способом Световой по 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 сче вращения электрической дуги фокус светового потока перемещается по поверхности. Частота модуляции опр деляется частотой вращения электри ческой дуги, равной индукция внешнего продоль ного магнитного пояя; постоянный для данного ти па лампы коэффициент. Для лампы ДКСШ-1000 К 3 2-10 Таким образом, необходимую величин магнитной индукции определяют,исходя из требуемой частоты модуляци по формуле В Кт11. 68 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 величине, так и, что главное, по спектральному составу. Данный способ позволяет осуществить модуляцию светового Потока по заданному закону и снизить затраты энергии, значит/зльно упростить, повысить надежность (с одновременным удешевлением) систем с использованием газоразрядных ламп, повысить точность измерений. Формула изобретения 1. Способ стабилизации светового потока дуговых газоразрядных ламп, включающий сравнение части светового потока лампы с эталоном, определение и осуществление управляющего воздействия на световой поток лампы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности стабилизации светового потока, на разрядныйканал лампы воздействуют внешним продольным магнитным полем, при этом индукцию магнитного поля выбирают из условий - .2K arctg, где 8 - индукция магнитного поля для стабилизации среднего светового потока; В| - индукция магнитного поля для стабилизации мгновенного светового потока; К-, - постоянный множитель, характерный для данного типа лампы для режима стабилизации среднего светового потока, Т - постоянная времени системы регистрации светового потока;Кл - постоянный для данного типа лампы коэффициент для режима, стабилизации мгновенного светового потока; 2 - ширина щели светоприемника прибора; М - коэффициент увеличения про ектирующей оптической системы;- расстояние между электро2. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что, с целью обеспечения модуляции светового потока по заданному закону при постоянстве интенсивности и спектрального соста за, стабилизированный поток света прерывают посредствомэкрана, имеющего переменное по поверхности светопропускание, расположенного в фокусе оптической осветительной систе мь, проектирующей изображение разрядного канала лампы на входную щель прибора, при этом частоту моду ляции задают величиной индукции маг нитного поля согласно зависимости В KV, где К - постоянный множитель, харак терный для данного типа лам пы; V - частота модуляции. а форму кривой модуляции задают формой и соотношением размеров отверстия в экране. 3. Способ по п.2, отличающийся 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. k. Способ по п.2, отличающий с я тем, что для получения модуляции светового потока в виде синусоиды цветовой поток направляют через экран с круглым отверстием. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 275226, кл. h 05 В , опублик. 1970. 2.Алькевич Л.В., Костко М.Я., Удинский А.В.- Исследование стабилизации светового потока газоразрядных ламп. 1978. ЖПС 1Г 6, т. 29, с. 1Й9 (прототип).