ОПЕРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОЙ РТУТНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
OPERATING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF AT LEAST ONE LOW-PRESSURE MERCURY DISCHARGE LAMP

Область техники
Настоящее изобретение относится к операционному устройству для управления работой по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления, которая содержит первую и вторую электродную спираль, с входом для подключения питающего напряжения, выходом для подключения по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления, устройством для предоставления параметра, который коррелирован с давлением паров ртути в ртутной газоразрядной лампе низкого давления, микроконтроллером, который связан с устройством для предоставления параметра, коррелированного с давлением паров ртути, и с выходом операционного устройства и выполнен с возможностью обеспечения на выходе сигнала для управления работой ртутной газоразрядной лампы низкого давления, причем сигнал характеризуется по меньшей мере одним рабочим параметром лампы, зависимым от параметра, коррелированного с давлением паров ртути. Оно также относится к соответствующему способу управления работой по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления.
Уровень техники
Из уровня техники известно, что давление паров ртути ртутной газоразрядной лампы низкого давления определяется для использования его для того, чтобы учитывать при управлении ртутной газоразрядной лампой низкого давления. При этом давление паров ртути косвенным образом определяется из температуры за счет того, что температурный датчик закрепляется на колбе лампы или на светильнике. Предпочтительным образом температурный датчик размещается вблизи и непосредственно на так называемом холодном пятне. В амальгамных лампах температурный датчик предпочтительно располагается вблизи подложки амальгамы.
Температурный датчик для управления соединен с управляющим устройством, например, с так называемым DALI-блоком, который выдает требуемые для работы лампы параметры на электронный пускорегулирующий аппарат. Управляющее устройство может быть также непосредственно встроено в электронный пускорегулирующий аппарат.
Однако использование температурного датчика имеет следующие недостатки:
Если холодное пятно находится в превосходной позиции, то можно, например, температурный датчик прикрепить на этом месте с помощью подходящей теплопроводной пасты. Тем самым, хотя температура на этом месте может быть определена, так что после соответствующей калибровки косвенным образом можно сделать выводы относительно существующего давления паров ртути, подобная измерительная система имеет нежелательную инерционность, которая проявляется как следствие теплопроводности и теплоемкости температурного датчика и разрядной колбы. Из-за этого определение давления паров ртути имеет задержку по времени.
Во-вторых, точное положение холодного пятна может изменяться в зависимости от условий использования ртутной газоразрядной лампы низкого давления: особенно критичными являются применения в условиях временного сквозняка, применения при очень низких внешних температурах, например ниже -20°С, или применения, при которых лампы эксплуатируются в динамических условиях, причем особенно состояния незначительного регулирования света, например более 90% съема номинальной мощности, сменяются состояниями сильного регулирования света, например менее 10% съема номинальной мощности. В зависимости от выходного состояния и временной длительности процесса регулирования света это может привести к сдвигу положения холодного пятна. Только для примера можно привести так называемые Т5-лампы с технологией холодной ножки, при которых при охлаждении разрядной колбы холодное пятно перемещается от исходного положения на краю цоколя к середине лампы. Без знания положения холодного пятна невозможно точно определить давление паров ртути, так что не обеспечивается определение надежных или корректных рабочих параметров лампы. Поэтому не может гарантироваться надежная работа лампы.
Сущность изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить операционное устройство и способ, которые обеспечивают возможность надежной работы ртутной газоразрядной лампы низкого давления в зависимости от давления паров ртути.
Эта задача решается операционным устройством с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также способом с признаками пункта 12 формулы изобретения.
Предложенное изобретение основывается на знании того, что из спектра излучения ртутной газоразрядной лампы низкого давления можно сделать выводы относительно давления паров ртути. Спектр излучения может определяться бесконтактным способом, так что влияние теплопроводности и теплоемкости исключается. Тем самым можно исключить временную задержку - с точностью до времени обработки участвующих компонентов. С другой стороны, спектр излучения может регистрироваться в местах, на которые не оказывается существенного влияния давлением паров ртути. Иными словами, нет необходимости варьировать место регистрации спектра излучения, в противоположность тому как это имеет место при определении температуры холодного пятна вследствие сдвига холодного пятна. Оно может выбираться по существу фиксированным.
Тем самым можно быстро и корректно определить давление паров ртути, так что надежная работа лампы может гарантироваться.
Особенно предпочтительным является то, что время реакции соответствующего изобретению способа короче, чем в системах с температурным датчиком. Тем самым можно определить более надежные рабочие параметры для ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Для амальгамных ламп, в которых согласно уровню техники требовалось знание зависимости давления пара амальгамы от опорной точки температуры, теперь это может отсутствовать. Поэтому устройство для определения спектра излучения может жестко связываться со светильником. При этом при смене лампы - поскольку лампа монтируется в светильнике - в отличие от связанного с лампой температурного датчика не требуются никакие дополнительные монтажные операции.
Предоставленный устройством параметр ставится в соответствие микроконтроллером давлению паров ртути в ртутной газоразрядной лампе низкого давления. В ответ на это давление паров ртути микроконтроллер выдает сигнал для управления работой ртутной газоразрядной лампы низкого давления, который регулирует по меньшей мере один рабочий параметр лампы для управления ртутной газоразрядной лампой низкого давления, посредством которого можно влиять на давление паров ртути, а также на коррелированный с ним параметр.
По меньшей мере один рабочий параметр лампы относится предпочтительно к нагреву, в частности, предварительному нагреву и/или продолжительному нагреву и/или дополнительному нагреву по меньшей мере одной электродной спирали по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Тем самым можно оптимизировать кпд ртутной газоразрядной лампы низкого давления, за счет чего обеспечивается возможность особенно ресурсосберегающего режима работы ртутной газоразрядной лампы низкого давления.
Микроконтроллер предпочтительно выполнен с возможностью определения интенсивностей излучения заданных Hg-линий, и/или Ar-линий, и/или линий излучения светящегося вещества, и/или линий инертного газа, в частности Kr- и/или Xe-линий, и оценивания по меньшей мере для определения давления паров ртути по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Как будет изложено далее более детально, различные интенсивности излучения или их соотношения друг с другом позволяют сделать различные выводы. При различных условиях окружающей среды могут быть релевантными различные интенсивности излучения. Если один и тот же микропроцессор выполнен с возможностью оценивать самые разные интенсивности излучения, то большая часть или даже все из возможных выводов могут быть получены и приняты во внимание при работе ртутной газоразрядной лампы низкого давления. В частности, при слишком низких температурах окружающей среды ртутные спектры излучения могут быть оценены хуже. Поэтому в таких температурных диапазонах предпочтительно оцениваются Ar-линии.
Особенно предпочтительным образом микроконтроллер выполнен с возможностью определять соотношение интенсивности излучения Hg-линии при 405 нм, и/или 436 нм, и/или 546 нм, и/или 579 нм, и/или Ar-линии при 764 нм и оценивать по меньшей мере для определения давления паров ртути по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления. При этом речь идет об особенно выраженных интенсивностях излучения, так что выводы относительно давления паров ртути могут быть сделаны особенно просто и надежно.
Микропроцессор предпочтительным образом в особенности выполнен таким образом, чтобы определять соотношение интенсивностей излучения Hg-линии при 436 нм и Hg-линии при 405 нм и оценивать по меньшей мере для определения давления паров ртути по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления.
Предпочтительным образом устройство для определения спектров излучения содержит спектрометр. Особенно предпочтительно при этом используется спектрометр на диодной решетке.
В предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения устройство для определения спектров излучения содержит по меньшей мере один сенсор, который согласован с по меньшей мере одним заданным спектральным диапазоном. Иными словами, не обязательно требуется спектрометр; а напротив, достаточен спектральный сенсор, который выполнен с возможностью по меньшей мере регистрации интересующего спектра излучения. Тем самым можно реализовать настоящее изобретение особенно экономичным способом.
Устройство для определения спектров излучения может быть соединено с по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампой низкого давления. Однако оно может, как уже упоминалось, быть связано только со светильником, в котором смонтирована ртутная газоразрядная лампа низкого давления.
Первый названный вариант имеет преимущество, заключающееся в том, что место регистрации спектра излучения может быть задано особенно точно, однако с ним связан недостаток, заключающийся в дополнительных затратах на проводной монтаж при смене лампы. Второй названный вариант не имеет затрат на проводной монтаж, однако место регистрации спектра излучения не может быть настолько точно предварительно определено, как в первом варианте.
Особенно предпочтительным образом микроконтроллер выполнен таким образом, чтобы на выходе операционного устройства предоставлять сигнал для осуществления отключения, связанного с концом срока службы. Достижение конца срока службы лампы может также детектироваться путем оценки определенных интенсивностей излучения. Так, можно конец срока службы лампы особенно просто распознавать тем, что Ar-линия при 764 мм усиливается, в то время как Hg-интенсивность в общем случае падает. За счет этого лампы с малым содержанием Hg, в которых основной газовый разряд еще происходит, могут обнаруживаться и отключаться, чтобы избежать ненужного расточительного расхода энергии.
Микроконтроллер может также быть выполнен таким образом, чтобы управлять по меньшей мере одним компонентом, релевантным для управления теплом по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления, в частности элементом Пельтье, вентилятором, устройством нагрева, устройством охлаждения, в зависимости от давления паров ртути по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Тем самым особенно простым способом температура лампы контролируется и регулируется, так что лампа может эксплуатироваться в предпочтительном температурном диапазоне. За счет этого может, например, увеличиваться срок службы лампы.
Особенно предпочтительным образом устройство для предоставления параметра, который коррелирован с давлением паров ртути в по меньшей мере одной ртутной газоразрядной лампе низкого давления, выполнено таким образом, чтобы предоставлять параметр, который коррелирован с давлением паров ртути нескольких ртутных газоразрядных ламп низкого давления, причем для каждой ртутной газоразрядной лампы низкого давления в качестве устройства приема света предусмотрен размещенный на пути луча соответствующей ртутной газоразрядной лампы низкого давления световод, причем каждый световод, в частности, через мультиплексор связан с устройством для определения спектров излучения. Это обеспечивает возможность работы нескольких ртутных газоразрядных ламп низкого давления только с одним единственным устройством для определения спектров излучения. Тем самым обеспечивается особенно экономичная реализация. Другие предпочтительные формы выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Представленные выше предпочтительные формы выполнения для соответствующего изобретению операционного устройства и их преимущества, насколько это применимо, соответствуют заявленному способу.
Особенно предпочтительное дальнейшее развитие соответствующего изобретению способа позволяет прогнозировать смещение точки цветности для определенной ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Это знание особенно важно в применениях в области освещения сцен, управления дневным светом, при регулировании света в помещениях, в которых кондиционеры оказывают влияние на температуру. В этой связи определение точек цветности и прогнозирование их смещения с применением RGB-сенсора уже известно из уровня техники. В предложенном изобретении можно, однако, как определение давления паров ртути, так и прогнозирование сдвига точки цветности осуществлять с применением одного единственного сенсора, а именно, спектрального сенсора, в то время как согласно уровню техники для этого были необходимы два типа сенсоров, то есть температурный сенсор и RGB-сенсор.
В предпочтительном дальнейшем развитии выполняются следующие этапы: определение первого, коррелированного с давлением паров ртути параметра первой ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства; определение, в особенности измерение по меньшей мере одного коррелированного с точкой цветности параметра при первом, коррелированном с давлением паров ртути первой ртутной газоразрядной лампы низкого давления параметре в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства; определение коррелированного с давлением паров ртути параметра второй ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства и, наконец, вычисление по меньшей мере одного коррелированного с точкой цветности первой ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 параметра из соответствующего, коррелированного с точкой цветности первой ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 и первого коррелированного с давлением паров ртути параметра первой ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1, а также второго коррелированного с давлением паров ртути параметра второй ртутной газоразрядной лампы низкого давления в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2.
Разумеется, вышеупомянутый микропроцессор может быть выполнен с возможностью осуществления этих этапов способа.
Краткое описание чертежей
Далее описываются примеры выполнения изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано следующее:
Фиг.1 - интенсивности излучения различных ртутных (Hg) линий по отношению к Hg-линии при 405 нм в зависимости от температуры холодного пятна;
Фиг.2 - схематичное представление структуры соответствующего изобретению операционного устройства;
Фиг.3 - характеристика интенсивностей излучения для цветов красного, зеленого и синего в зависимости от температуры холодного пятна;
Фиг.4 - характеристика интенсивностей излучения для красного, зеленого и синего цвета в зависимости от интенсивностей Hg-линии при 405 нм и Hg-линии при 404 нм; и
Фиг.5 - схематичное представление диаграммы потока сигналов для пояснения вычисления сдвига точки цветности на основе соответствующего изобретению способа.
Предпочтительное выполнение изобретения
Фиг.1 показывает характеристику спектров излучения ртути при 436, 764, 365 и 546 нм по отношению к спектру излучения ртути при 405 нм в зависимости от температуры в холодном пятне ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Как можно ясно видеть, в температурном диапазоне имеются значительные изменения, так что обратно из определенного значения соотношения двух линий излучения можно сделать выводы о температуре и тем самым о давлении паров ртути ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Очевидно, особенно подходящим является отношение интенсивности излучения при 436 нм к интенсивности излучения Hg-линии при 405 нм.
Фиг.2 показывает в схематичном представлении структуру соответствующего изобретению операционного устройства 10. Для примера показана ртутная газоразрядная лампа 12 низкого давления, причем можно видеть первый электрод 14а и второй электрод 14b, которые расположены напротив друг друга в колбе 16 лампы. Примерно в середине колбы 16 лампы размещено входное отверстие первого световода 18а, так что созданный ртутной газоразрядной лампой 12 низкого давления свет входит в световод 18а. Световод 18а при этом предпочтительным образом смонтирован в не показанном светильнике, в котором размещена ртутная газоразрядная лампа низкого давления. Другие световоды 18b-18d могут размещаться в соответствии с другими ртутными газоразрядными лампами низкого давления. Световоды 18b-18d в месте 20 соединения связаны с линией 22, которая соединена с входом спектрометра 24. В месте 20 соединения предусмотрен мультиплексор, чтобы связать соответствующий желательный световод 18b-18d с линией 22, которая предпочтительно выполнена как световод. Спектрометр 24 содержит призму или оптическую решетку 26, чтобы разлагать введенный посредством световода 22 свет на его спектральные составляющие. Напротив призмы расположена решетка 28 фотодиодов, которая связана с камерой 30 построчного считывания, причем камера построчного считывания содержит 1024 пикселей в строке.
В качестве результата получают результирующий спектр 32, который схематично изображен по отношению к длине волны. Этот результирующий спектр 32 подается на электронный пускорегулирующий аппарат 34, который содержит микроконтроллер 38, чтобы оценить интенсивности излучения, особенно их соотношения. Существенный момент оценки касается определения давления паров ртути, которое в соответствии с сохраненными в микроконтроллере управляющими предписаниями преобразуется в по меньшей мере один параметр управления работой лампы для управления ртутной газоразрядной лампой 12 низкого давления, как схематично показано стрелкой 36.
На Фиг.3 показана характеристика интенсивностей излучения для зеленого G, синего B и красного R света в зависимости от температуры в холодном пятне ртутной газоразрядной лампы низкого давления. Как можно четко видеть, существует значительная зависимость от температуры.
Фиг.4 показывает в схематичном представлении зависимость интенсивностей излучения для зеленого G, синего B и красного R света в зависимости от отношения интенсивности излучения Hg-линии при 436 нм к интенсивности излучения Hg-линии при 405 нм. И здесь имеется релевантная зависимость.
Подводя итог, можно установить, что показанные на Фиг. 3 и 4 зависимости могут применяться как основа для дальнейших этапов способа. Особенно подходящим образом эти зависимости применимы, чтобы для определенной ртутной газоразрядной лампы La1 низкого давления прогнозировать смещение точки цветности в зависимости от различных параметров, в особенности времени, температуры или рабочего напряжения. Соответствующий способ схематично изображен на диаграмме потока сигналов по Фиг.5.
Способ начинается на этапе 100.
На этапе 110 начинается процедура калибровки с ртутной газоразрядной лампой La2 низкого давления, которая является, в частности, лампой того же типа, что и ртутная газоразрядная лампа La1 низкого давления. Для этого определяется спектр излучения лампы La2 в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства, а также в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства. Полученные спектры затем разлагаются в соответствующие спектральные диапазоны S2i, так что может определяться зависимость интенсивностей излучения этих диапазонов от давления паров ртути. Текущий индекс i начинается с 1 и заканчивается на n. Например, спектр разлагается на спектральные диапазоны отдельных светящихся веществ и спектральные диапазоны видимого Hg-излучения при, например, 405 нм, 435 нм.
На этапе 120 вычисляются тройные значения стимула X2i для отдельных спектральных диапазонов S2i ртутной газоразрядной лампы La2 низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства, при аналогичных рабочих условиях и тех же спектральных диапазонах также тройные значения стимула Y2 и Z2.
На этапе 130 вычисляются тройные значения стимула X2i для частичных спектров S2i ртутной газоразрядной лампы La2 низкого давления в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства, при аналогичных рабочих условиях также тройные значения стимула Y2i и Z2i.
На этапе 140 из выбранных спектральных диапазонов определяется коррелированный с давлением паров ртути параметр р. Для момента времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства он обозначается как р1, для момента времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства он обозначается как р2. Затем определяется математическая функция f(p), чтобы описать рабочие состояния, находящиеся между t1 и t2, T1 и T2, а также U1 и U2.
На этапе 150 определяется спектр излучения лампы La1 в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства. Полученный спектр затем разлагается на подходящие спектральные диапазоны S1i, спектральные диапазоны идентичны таковым для S2i. Текущий индекс i начинается с 1 и заканчивается на n, идентично таковому для S2i.
На этапе 160 вычисляются тройные значения стимула X1i для частичных спектров S1i ртутной газоразрядной лампы La1 низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства. При тех же рабочих условиях - также тройные значения стимула Y1i и Z1i.
На этапе 170 вычисляется тройное значение стимула Х1 ртутной газоразрядной лампы La1 низкого давления в момент времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства. Это осуществляется путем суммирования всех тройных значений стимула X1i для момента времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства по текущему индексу i от 1 до n. Соответственно для Y1 и Z1.
На этапе 180 из определенных тройных значений Х1, Y1 и Z1 определяется точка цветности x01 и y01 лампы La1 для момента времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства.
На этапе 190 из спектральных диапазонов S1i для дампы La1 определяется коррелированный с давлением паров ртути параметр р1, для момента времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 на выходе операционного устройства.
На этапе 200 для спектральных диапазонов S1i определяются тройные значения стимула X1i для ртутной газоразрядной лампы La1 низкого давления в зависимости от коррелированного с давлением паров ртути параметра р2 в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства. Для этого применяются измеренные на этапе 160 тройные значения стимула X1i спектральных диапазонов для момента времени t1, при температуре Т1 и напряжении U1 и соотношение функции f(p2, S2i) и функции f(p1, S2i) отдельных спектральных диапазонов.
На этапе 210 вычисляется тройное значение стимула Х1 ртутной газоразрядной лампы La1 низкого давления в момент времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства. Это осуществляется путем суммирования всех тройных значений стимула X1i для момента времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства по текущему индексу i от 1 до n. Соответствующее вычисление осуществляется для тройных значений стимула Y1 и Z1.
На этапе 220 из определенных тройных значений Х1, Y1 и Z1 определяется точка цветности x01 и y01 для момента времени t2, при температуре Т2 и напряжении U2 на выходе операционного устройства.
Способ завершается на этапе 230.