МАЛОГАБАРИТНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к газоразрядным лампам (ГРЛ), предназначенным для использования в качестве источника первичного оптического излучения в целеуказателях на основе оптического квантового генератора (ОКГ). Очевидно, что при разработке любого оптического излучателя, характеристики входящего в его состав источника первичного оптического излучения определяются назначением и условиями эксплуатации этого излучателя. При использовании целеуказателя на основе ОКГ в военной технике, в частности в составе индивидуального боевого комплекса пехотинца, одним из основных предъявляемых к нему требований является максимальное снижение весогабаритных характеристик. Естественно, что указанное требование может быть выполнено только за счет уменьшения габаритов всех образующих целеуказатель на основе ОКГ конструктивных элементов и, в том числе, источника первичного оптического излучения.
В настоящее время в качестве источника оптической накачки твердотельных ОКГ преимущественно используются ГРЛ, которые в самом общем случае представляют собой устройство преобразования электрической энергии в оптическое излучение при прохождении электрического тока через плазмообразующую среду. Конструктивно импульсная ГРЛ представляет собой ограничивающую канал разряда прямую трубчатую оболочку из кварцевого стекла, на противоположных концах которой установлены электродные узлы, содержащие элементы, обеспечивающие функцию электрического контакта с внешним источником электропитания и функцию герметизации рабочей полости ГРЛ, ограниченной оболочкой. Обеспечение герметичности рабочей полости ГРЛ осуществляется, как правило, путем спая с оболочкой входящего в состав электродного узла элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов. В настоящее время большинство выпускаемых в России ГРЛ снабжены элементами обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов, которые одновременно выполняют функцию герметизирующего элемента за счет спая с внутренней поверхностью кварцевой оболочки.
Известна ГРЛ[1], содержащая элемент обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов, представляющий собой согнутую в виде незамкнутого цилиндра молибденовую фольгу, заваренную средней частью боковой поверхности между внутренней поверхностью кварцевой оболочки и наружней поверхностью цилиндрического кварцевого вкладыша. С одного конца вне зоны спая цилиндр из молибденовой фольги находится в электрическом контакте с электродом ГРЛ, а с другого - с внешним токоподводом. Надежность герметизации рабочей полости ГРЛ в зоне спая элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов с оболочкой из кварцевого стекла обеспечивается в первую очередь благодаря малой толщине фольги. Только в этом случае разрывающие усилия, возникающие между поверхностями «стекло-металл» при остывании спая после заварки в результате разницы в коэффициентах теплового расширения, оказываются меньше сил смачивания. Именно поэтому максимальная толщина фольги, исходя из условия получения надежного спая, не превосходит 25-30 мкм [2].
Однако, такая конструкция приемлема только для ГРЛ с оболочкой, величина внутреннего диаметра которой, как показала практика, превышает 4 мм, т.к. при уменьшении внутреннего диаметра трубчатой оболочки соответственно уменьшается радиус сгиба фольги, что приводит к возрастанию жесткости конструктивного элемента электродного узла, ответственного за герметизацию ГРЛ в зоне спая. Плотное прилегание фольги к кварцевому вкладышу, в этом случае, имеет место только на участках достаточно удаленных от зоны разрыва цилиндрической поверхности, а в прилегающей к незамкнутой части цилиндрической поверхности фольга имеет склонность к отлипанию от кварцевого вкладыша, снижая тем самым надежность ГРЛ из-за нарушения герметизации.
Таким образом, недостаток ГРЛ, выбранной в качестве прототипа, состоит в принципиальной невозможности применения элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов, геометрия которого в зоне спая имеет вид незамкнутого цилиндра в ГРЛ, внутренний диаметр оболочки которых не превышает 2 мм, т.е. при изготовлении особого класса ГРЛ-т.н. малогабаритных ГРЛ с прямой трубчатой оболочкой из кварцевого стекла. Следует также отметить, что конструкция ГРЛ, выбранной в качестве прототипа, не обладает контролепригодностью, т.к. не обеспечивает возможность проведения пооперационного контроля на этапе приемо-сдаточных испытаний.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в обеспечении высокой степени воспроизводимости вакуум-плотного спая элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токопроводов с внутренней поверхностью оболочки из кварцевого стекла, внутренний диаметр которой не превосходит 2 мм.
Технический результат заключается в обеспечении гарантированно высокого процента выхода годных и надежности предназначенных для использования в лазерных целеуказателях малогабаритных ГРЛ при их серийном производстве.
Заявляемая малогабаритная импульсная ГРЛ, как и ГРЛ, выбранная в качестве прототипа, снабжена прямой трубчатой оболочкой из кварцевого стекла, на противоположных концах которой установлены электродные узлы, содержащие вакуум-плотно соединенные посредством спая с внутренней поверхностью оболочки элементы обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов.
Отличие заявляемой малогабаритной импульсной ГРЛ от прототипа состоит в том, что элемент обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов в зоне спая с внутренней поверхностью оболочки выполнен из имеющей ленточную форму металлической фольги, продольные стороны которой снабжены участками плавного уменьшения толщины фольги с образованием параллельных оси симметрии оболочки линий примыкания формообразующих поверхностей, причем ширина каждого из участков плавного уменьшения толщины фольги (h) и толщина фольги (t) вне зон участков плавного уменьшения толщины связаны соотношением
.
На фиг.1 приведено поперечное сечение элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов в зоне спая с оболочкой из кварцевого стекла заявляемой малогабаритной ГРЛ.
Формообразующие поверхности элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токопроводов в данном конкретном случае снабжены участками плавного уменьшения толщины 1 и 2, линии примыкания которых 3 параллельны оси симметрии 4 трубчатой оболочки ГРЛ.
Известно, что одним из самых простых, доступных и, следовательно, широко применяемых на практике приемов по обеспечению вакуум-плотного примыкания электродного узла ГРЛ и внутренней поверхности оболочки из кварцевого стекла является соединение находящейся в твердом состоянии детали электродного узла (в данном конкретном случае - выполненный из металлической фольги элемент обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токопроводов) с находящимся в состоянии расплава (в зоне спая) кварцевым стеклом. Для обеспечения надежного спая металла со стеклом необходимо обеспечить прочное примыкание спаиваемых материалов после их остывания. Установлено [3], что прочное примыкание (сцепление) достигается только при хорошем смачивании поверхности металла расплавленным стеклом. Смачивание [4] - в самом общем случае есть проявление молекулярного взаимодействия жидкости соприкасающейся с твердым телом. О характере смачивания можно судить по величине краевого угла (углу смачивания) [4]. Следует отметить, что обеспечение надежного спая за счет придания продольным краям металлической детали т.н. «заостренной» формы, что способствует более плавному обтеканию расплава кварцевого стекла поверхности металлической детали в зоне спая и препятствует формированию внутренних напряжений в кварцевом стекле, а, следовательно, не приводит к отлипанию стекла от металла после их остывания, известно, но численная величина ширины таких участков, что особенно актуально применительно к малогабаритным ГРЛ, представлена впервые.
Для обеспечения надежного спая величина угла примыкания α участков 1 и 2 формообразующих поверхностей элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токопроводов и краевой угол (угол смачивания) кварцевого стекла θ должны быть связаны соотношением α/2=180°-θ, а ширина h участков 1 и 2 соответственно составляют
, где t - толщина элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов вне зоны участков 1 и 2. В соответствии с [3] краевой угол кварцевого стекла лежит в пределах 124°-154°. Таким образом, на основании несложных вычислений, получаем:
Заявляемая геометрия элемента обеспечения электрического контакта внешнего и внутреннего токоподводов электродного узла малогабаритной импульсной ГРЛ исключает возможность отлипания кварцевого стекла оболочки от поверхности вышеуказанного элемента и обеспечивает, тем самым, гарантированно высокий уровень воспроизводимости ламп при их серийном производстве.
Следует также отметить, что заявляемая конструкция обеспечивает возможность визуального контроля качества спая, т.е. обладает высокой контролепригодностью.
Малогабаритная импульсная ГРЛ в соответствии с заявляемым решением разработана для серийного производства с использованием типовых технологий и стандартного оборудования.
Литература:
1. А.С. СССР №661652, H01J 61/36, Бюл. №17, 05.05.1979 г.
2. Г.Н.Рохлин. Разрядные источники света, М.: Энергоиздат, 1991 г.
3. М.Л.Любимов. Спаи металла со стеклом, М.: Энергия, 1968 г.
4. Физическая энциклопедия, М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1994 г.