СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БЕЗЭЛЕКТРОДНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ
METHOD FOR NONELECTRODE GAS DISCHARGE LAMP FUNCTIONING

Изобретение относится к способу функционирования безэлектродной газоразрядной лампы, а также к устройству для функционирования подобной лампы.
Использование безэлектродных газоразрядных ламп находит применение, например, в измерениях резонанса. При этом используемые газоразрядные лампы не имеют никаких внутренних, т.е. размещенных внутри корпуса лампы электродов. Специфическое для газа излучение генерируется посредством плазменного разряда, который вводится, например, индуктивным образом посредством высокочастотной катушки. Механизмы генерации излучения при плазменном разряде представляют собой по большей части процессы ударной ионизации, при которых молекулы газа или диссоциируют, и/или частично или полностью освобождаются от своих электронных оболочек. Необходимую для этого энергию газ отбирает от высокочастотного поля. Ввиду того, что безэлектродные газоразрядные лампы не имеют никаких электродов, не происходит никакого поглощения газа на электродах, как это имеет место в обычных лампах с электродами.
Так как часто безэлектродные газоразрядные лампы являются объектом блока измерения, то подобные лампы зачастую жестко встраиваются в корпус лампы и сменяются только в случае повреждения. При этом смена безэлектродной газоразрядной лампы является весьма затратной и затруднительной. Поэтому желательно, чтобы безэлектродные газоразрядные лампы имели максимально длительный срок службы при оптимальных условиях зажигания и интенсивностях света, чтобы избежать частых замен ламп.
Функционирование известных до сих пор безэлектродных газоразрядных ламп осуществляется посредством генератора напряжения зажигания и усилителя высокой частоты. Оба схемных компонента в течение фазы зажигания одновременно активны, причем генератор напряжения зажигания после успешного зажигания отключается. Однако использовавшиеся до сих пор приборы для безэлектродных газоразрядных ламп не гарантируют в достаточной степени обеспечения разряда в рабочей точке. В качестве возможных причин этого следует назвать допуски электронных компонентов, их колебания зарядов, а также допуски на изготовление ламп. Кроме того, в случае безэлектродных газоразрядных ламп имеют место проблемы с зажиганием после длительного нерабочего периода, ввиду недостатка свободных электронов в корпусе лампы. Если при этом в пределах некоторого временного интервала не происходит зажигание, то контур зажигания для последующего временного интервала отключается, чтобы предотвратить перегрузку контура и предотвратить нежелательные помехи электромагнитной совместимости. Этот процесс чаще всего повторяется так долго, пока не произойдет успешное зажигание лампы. Оказалось, что при этом общее время может дойти более чем до 10 минут, пока не произойдет зажигание лампы.
DE 196 30 565 В4 описывает безэлектродную газоразрядную лампу, которая заполнена газовой смесью и генерирует соответствующее, специфическое для газа электромагнитное резонансное излучение. Газоразрядная лампа размещена в металлическом корпусе и управляется посредством высокочастотной катушки. Предложенное здесь решение имеет недостаток, заключающийся в том, что применяемая там газоразрядная лампа, ввиду ее специфической конструкции, имеет не особенно длительный срок службы и поэтому должна часто заменяться, что означает высокие временные затраты и, тем самым, высокую стоимость.
Задачей предложенного изобретения является предоставить устройство, в котором безэлектродная газоразрядная лампа может надежно зажигаться и которое обеспечивает функционирование лампы за 2 секунды после приложения напряжения питания.
Поставленная задача в соответствии с изобретением решается безэлектродной газоразрядной лампой соответственно признакам пункта 1 формулы изобретения.
Другие предпочтительные формы выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующий изобретению способ функционирования безэлектродной газоразрядной лампы, причем газоразрядная лампа содержит выполненный из стекла корпус лампы, который заполнен газом, предусматривает, что во время зажигания безэлектродной газоразрядной лампы на рабочую частоту лампы оказывается влияние с помощью свип-генератора (генератора качающейся частоты). При этом как безэлектродная газоразрядная лампа, так и свип-генератор размещены внутри корпуса. Посредством свип-генератора во время фазы зажигания рабочая частота конечного каскада циклически расстраивается. Этот процесс приводит к повышению напряженности электрического поля на лампе и предоставляет возможному газовому разряду лучшую возможность зажигания.
Свип-генератор, также часто называемый вобулятором, представляет собой прибор или схему для генерации частот в установленном диапазоне. В случае свип-генератора выходная частота циклически изменяется.
Оказалось, что за счет использования свип-генератора может быть обеспечено надежное зажигание и, тем самым, надежное функционирование безэлектродной газоразрядной лампы. В особенности безэлектродные газоразрядные лампы, которые заполнены газом под высоким давлением, могут с помощью такого свип-генератора зажигаться простым и надежным способом. Использование свип-генератора для зажигания безэлектродной газоразрядной лампы приводит к тому, что может обеспечиваться функционирование лампы за 2 секунды после приложения напряжения питания.
Оказалось предпочтительным, если рабочая частота при зажигании лампы снижается с помощью свип-генератора. Это означает, что свип-генератор частоту колебаний в установленной рабочей точке расстраивает в направлении к более низкой частоте, и тем самым резонансная кривая проходит с эффектом более высокого электрического поля, которое предоставляется газоразрядной лампе. Если при этом свип-генератор достигает самой низкой рабочей частоты, то частота вновь повышается, пока затем вновь не будет достигнута рабочая частота.
Предпочтительным, кроме того, является то, что в течение воздействия на рабочую частоту посредством свип-генератора в распоряжение предоставляется дополнительное напряжение зажигания. Это напряжение зажигания вырабатывается высоковольтным трансформатором. При этом повышается фотоионизация и, тем самым, склонность к зажиганию безэлектродной газоразрядной лампы. Этот процесс нормальным образом повторяется так долго, пока не произойдет успешное зажигание, которое с использованием соответствующего изобретению способа осуществляется чаще всего менее чем за 2 секунды.
Изобретение описывается далее на менее предпочтительном примере выполнения и со ссылками на приложенные чертежи, где в схематичном представлении показано следующее:
Фиг.1 - влияние коэффициента усиления,
A
Фиг.2 - влияние рабочей точки f на интенсивность,
Фиг.3 - влияние диапазона качания частоты (вобуляции),
Фиг.4 - блок-схема.
A
Фиг.1 иллюстрирует влияние коэффициента усиления конечного каскада на интенсивность лампы при постоянной рабочей частоте f 28.
С помощью потенциометра устанавливается желательный коэффициент усиления 16. Можно видеть, что при слишком малом коэффициенте усиления 16 лампа больше не может зажигаться (рабочая точка лежит ниже порога 10 зажигания). Это состояние является недостатком, так как срок службы лампы при высоких интенсивностях сокращается.
Фиг.2 иллюстрирует влияние рабочей частоты на интенсивность при постоянно установленном коэффициенте усиления 16.
В зависимости от выбранной рабочей частоты достигается желательная интенсивность лампы.
Можно видеть, что при слишком высоко установленной рабочей частоте 28 лампа не зажигается (рабочая точка лежит ниже порога 10 зажигания). Отсюда можно сделать вывод, что лампа может зажигаться и функционировать только с интенсивностями выше порога 10 зажигания. Это состояние является недостатком, так как срок службы лампы при высоких интенсивностях сокращается, и требуется режим работы лампы также при низких интенсивностях.
A
Фиг.3 показывает влияние размаха частоты (диапазона вобуляции) свип-генератора 38 на зажигание и работу лампы для выбранной рабочей точки 28 f.
В зависимости от выбранного размаха частоты (Δf) обеспечивается возможность желательного зажигания лампы посредством перестройки частоты по диапазону (превышение порога 10 зажигания), и достигается успешный режим работы лампы также при низких значениях интенсивности.
Последовательность операций
A
A
min
A
Если желательна рабочая точка 28 f с интенсивностью лампы ниже порога 10 зажигания, то электроника запускается не с рабочей частотой f, а с f и перестраивает частоту непрерывно (процесс вобуляции) до выбранной рабочей точки 28 f. При этом порог 10 зажигания превышается, лампа запускается и продолжает функционировать также при спадании ниже порога 10 зажигания.
На фиг.4 показана блок-схема.
Блок-схема показывает требуемые функциональные узлы электронного схемного устройства.
Процесс функционирования
A
После приложения питающего напряжения блоком управления 36 активируются генератор 34 напряжения зажигания и свип-генератор 38. Блок управления оценивает сигнал, который он получает от детектора 44, и поддерживает этот процесс до тех пор, пока не произойдет успешное зажигание. При этом открытый разрядный промежуток 46 является элементом, дополнительно способствующим зажиганию. После зажигания генератор 34 зажигания и свип-генератор 38 деактивируются. Одновременно f 28 подается на усилитель 42. Генератор 40 управляется посредством блока управления 36 через свип-генератор 38 и вырабатывает желательные частоты 24, 26 и 28. Из-за функционирования генератора 40 реализуются диапазон 18 вобуляции и максимальный диапазон установки частоты 20.
Список ссылочных обозначений
10 порог зажигания
12 частота
14 интенсивность
16 коэффициент усиления
18 диапазон вобуляции
20 диапазон установки рабочей частоты
22 изменение интенсивности
A min
24 f: наименьшая рабочая частота
A max
26 f: наибольшая рабочая частота
A:
28 f частота в рабочей точке А
R1
30 f: резонансная частота с усилением 1
R5
32 f:
34 генератор зажигания
36 управление
38 свип-генератор
40 генератор
42 усилитель
44 детектор
46 зажигание