Лампа для подводного освещения
UNDERWATER LIGHTING LAMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электровакуумной и электронной промышленности и может быть использовано при проведении подводных работ в морской или океанской воде различного типа: открытом море, прибрежных водах, бухтах и т.п.
Уровень техники
Известны стандартные галогенные лампы накаливания, которые использовались в первых, выпускаемых промышленностью, подводных погружаемых аппаратах. Однако, низкие световые, цветовые и эксплуатационные характеристики этих источников света, вскоре вынудили отказаться от них и обратиться к разрядным лампам высокой интенсивности типа МГЛ (металлогалогенные лампы): появилась возможность «управления» спектром излучения путем подбора излучающих добавок. Общепринятой в 70-х годах ХХ века была точка зрения согласно которой, наиболее подходящей для целей подводного освещения была лампа с ртутно-таллиевым наполнением [Чернышова Н.В. Новые источники непрерывного горения для подводного освещения - Сб. Электротехническая промышленность, сер. Светотехнические изделия, 1972, №6, 26 - 27 с.], - ПРОТОТИП.
Именно подобный тип источников света и был востребован в конце ХХ в, - были разработаны и выпускались в промышленном масштабе ртутно-таллиевые лампы мощностью 125, 250 и 400 Вт, работающие как в номинальном, так и в перегрузочном режимах, а самое главное - излучение этих ламп (получивших условное обозначение ДРТСф - дуговая, ртутно-таллиевая, софитная) с максимумом 535 нм соответствовало «окну прозрачности» чистой морской (океанской) воды. Что и было доказано в результате натурных экспериментов [Петренко Ю.П. и др. Разработка ртутно-таллиевых ламп для подводного освещения.- Сб. Электротехническая промышленность сер. Светотехнические изделия 1982, №5, 10 - 11 с.].
Однако, ртутно-таллиевые лампы, хорошо зарекомендовавшие себя в конце 80-х годов прошлого столетия, оказались «ограничено» годными в условиях современной подводной техники и технологии. Для целого ряда работ под водой оказалось например востребованным цветное телевидение, т.е. стали необходимы и востребованы более сложные источники света и т.п.
Вполне естественно, что все многообразие подводных работ даже для оценочных, т.е. для черно-белых теле и кино передач, а так же для визуальных исследований оказалось привязанным к типу воды, глубине, чистоте, удаленности от берега, типа загрязненности и т.д.
Современные подводные работы - обслуживание и ремонт судов, исследование морского дна, поиск, обнаружение и обследование затонувших судов, подводные геология и археология и т.д. и т.п., настолько многообразны и разноплановы, что ртутно-таллиевые лампы далеко не всегда оказываются эффективными для всего этого набора различных условий и вариантов. А более тщательное изучение условий их использования свидетельствует о серьезных ограничениях, связанных с типом воды, что в конечном счете определяется спектром ее пропускания в видимом диапазоне.
Спектры пропускания морской воды изучались в 60 - 80 годы ХХ века многими исследователями, однако мы будем ссылаться на, ставшей уже классической, работу [А.А. Рогова Фотосъемки под водой, 1964], из всего многообразия публикаций по этой тематике.
Как следует из фиг. 1, допустимо использование иных спектральных интервалов излучения (либо расширения существующих) для разных типов воды:
- в открытом море (океане) будет востребовано сине-фиолетовое излучение, его добавка к резонансному излучению таллия с длиной волны 535 нм существенно увеличит лучистый поток в диапазоне прозрачности воды этого типа;
- для прибрежных вод и в бухтах, освещение при проведении каких-либо подводных работ требует добавки желтого и даже красного излучения (известно, что т.н., «мутные» воды характеризуются именно этой особенностью).
В принципе, особо не задумываясь, можно, конечно, сделать некую комбинированную световую систему с несколькими светильниками, например, содержащую световой прибор с ртутно-таллиевой лампой и светильники с лампами дающими фиолетовое и желто-красное излучение, при этом включая поочередно нужный светильник обеспечивать требуемый спектральный диапазон, однако подобная конструкция существенно усложнит осветительную установку и понизит ее надежность, что в подобной аппаратуре крайне нежелательно. Гораздо проще, с учетом данных, приведенных на фиг. 1, сделать одну лампу, имеющую излучающие добавки, которые усиливают часть светового потока необходимого спектрального диапазона. Как уже упоминалось - для чистой морской воды лампа должна излучать в сине-фиолетовом диапазоне, для мутных и загрязненных прибрежных вод эффективным будет добавка, излучающая в желто-красной части спектра. Учитывая то, что различие в «типах» воды достаточно условное, спектр излучения не должен состоять из далеко отстоящих отдельных линий: диапазон 450 - 650 нм должен быть заполнен по возможности полно и желательно линиями высокой интенсивности, причем уширение линий не должно быть значительным, невелик должен быть и фон излучения т.е. лампа должна быть высокого давления и при этом оптимизирована под предполагаемые цели и соответствующее наполнение. При этом условно считаем, что базовой (основной), должна быть линия таллия 535 нм. В этом случае, т.е. в предлагаемом нами решении в каком бы типе воды лампу не включили, в ее излучении всегда будет кроме линии 535 нм, дополнительный спектральный диапазон со световым потоком соответствующим по спектру нужному типу воды. Иной, «не нужный» спектр излучения данной лампы этим типом воды будет просто поглощаться, создавая небольшой ореол рассеянного излучения вокруг лампы (светильника), не мешая прохождению основного (нужного) излучения.
Необходимо так же отметить следующее. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является (прототип) ртутно-таллиевая лампа как по конструкции - кварцевая оболочка с вольфрамовыми электродами, так и по наполнению - ртуть, аргон, иодид таллия. Однако расширение области применения подобных источников связано с расширением спектрального состава излучения путем введения в дуговой разряд иных дополнительных излучающих добавок. Причем, простым подбором добавок [Таблицы спектральных линий под ред. Зайделя] «заполнить» необходимый для данной цели спектральный диапазон весьма затруднительно из-за различий физико-химических свойств материалов, излучающих в одном спектральном диапазоне, т.е. подбор излучающих добавок должен осуществляться на основе анализа всего многообразия характеристик материалов (в частности температурная зависимость давления паров и процессов самопоглощения и самообращения, выхода излучения и т.п.). А создавая (регулируя) режимы насыщенных и ненасыщенных - точно сдозированых - паров той или иной добавки, решают вопрос количественной дозировки излучающего металла. Поэтому подбор излучающих добавок осуществляется как из теоретических предпосылок, так и из инженерной интуиции, опыта, практической проверки работы излучающих добавок в разряде.
И еще о целесообразности использования разрядных ламп относительно «модного» сейчас светодиодного освещения. Несмотря на общеизвестные преимущества светодиодов, существует ряд свойств разрядных источников света, оставляющих их в «нише» наиболее востребованных ламп для подводного освещения, к которым можно отнести например возможность освещения удаленных или труднодоступных объектов (трещины, расщелины морского дна и т.п.) в кратковременном (от нескольких секунд до нескольких минут) режиме электрической перегрузки по мощности (току) лампы, относительную сложность электропитания светодиодных систем, высокую чувствительность надежности светодиодов к характеристикам электропитания и т.п.
Раскрытие сущности изобретения
Целью данного изобретения является создание лампы высокого давления с ртутной основой для подводного освещения универсального типа (для всех видов морской и океанской воды).
Указанная цель достигается тем, что в ртутно-таллиевый разряд вводятся добавки, дающие сине-зеленое и желто-красное излучение при следующем соотношении компонентов (в вес. %):
иодид индия (451 нм)
10-30
бромид бария (553 нм)
20-25
иодид натрия (587/589 нм)
10-15
иодид лития  (610, 670 нм)
20-25
иодид калия (765, 769 нм)
20-25
В скобках приведены длины волн наиболее интенсивных линии излучения для данного элемента, причем излучение индия находится в синей области спектра (451 нм) , бария - в желто-зеленой, натрия в желтой, а лития и калия - в красной. Спектр излучения такой лампы усилен зеленой линией таллия - 535 нм и имеет весьма интенсивные фиолетовые и сине-зеленые линии излучения ртути( 404 нм, 436 нм, 546 нм и др.) , т.е. необходимости «усиления» сине-фиолетовой части у этой лампы нет. А вот красная составляющая, которую дают литий и особенно интенсивные линии калия (хотя и на границе видимости ), совместно с желтым натриевым излучением, и будет обеспечивать освещение в мутных и непрозрачных средах.
Осуществление изобретения
В технологическом плане дозировка может осуществляться как в виде галогенидов, так и в виде чистых металлов и иодидов и бромидов ртути, причем в начальный период работы лампы происходят соответствующие реакции, приводящие к необходимому составу в разрядном промежутке (см. фиг. 2).
Пример конкретного исполнения
Металлогалогенная лампа диаметром кварцевой оболочки 24 мм, межэлектродным расстоянием 45 мм, вольфрамовыми электродами, наполнена аргоном 20 мм рт. ст., ртутью - 65 мг и иодидом таллия - 5 мг, получила дозировку:
иодид лития - 4 мг
иодид индия   - 4 мг
иодид калия - 4 мг
бромид бария  - 6 мг
иодид натрия  - 2 мг
Электрическая мощность лампы составила 400 Вт, напряжение на лампе - 132 В при сетевом напряжении 220 В. Лампа включалась в сеть с балластным дросселем и зажигающим устройством. Спектральные измерения проводились спектрометром AVANTES, модель Ava Spec - ULS 3648. При больших значениях, чем указанные нами в формуле изобретения, наполняющих компонентов, на внутренней поверхности кварцевой оболочки появляется непрозрачный налет (обычно темно-коричневого цвета), соответственно излучение резко падает, лампа не выполняет свои основные функции. При уменьшении дозировки ниже заявленных значений - сначала исчезает сине-зеленая часть, а затем и красная. Перегрузка данной конструкции по мощности может привести к процессам уширения и самообращения линий, что дает снижение излучения в необходимых нам диапазонах, т.е. лампа перестает выполнять свои функции.