Способ поджига высокочастотного разряда в спектральной газоразрядной лампе с парами щелочных металлов

Способ поджига высокочастотного разряда в спектральной газоразрядной лампе с парами щелочных металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рес убпик, (iii985980

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 29.06.81 (21) 3307691/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30. 12.82. Бюллетень и 48 (51)М. Кл.

Н 05 В 41/00

Н 01 а 6Ы04

Гооударстееииый комитет по делам изобретений и открытий (53) УД К 621.327, .43(088 ° 8) Дата опубликования описания 10. 01 . 83 г

А. И. Пихтелев, С. И, Селиванов, А. С. Треск1м . и А. П. Шеронов (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ПОДЖИГА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА

В СПЕКТРАЛЬНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЕ

С ПАРАМИ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, где

Изобретение относится к области светотехники, а именно, к источникам света, основанным на использовании высокочастотного разряда в парах щелочных металлов (Rb Sl) и применяемым, в частности, в источниках света квантовых стандартов частоты с оптической накачкой, иагнитометрах на базе квантовых дискриминаторов и др.

Известен способ поджига высокочастотного разряда в спектральных газоразрядных лампах, включающий одновременную подачу высокочастотного возбуждающего напряжения и высоковольтных импульсов на сттециальный возбуждающий эдектрод 11), Одним из основных недостатков гаэоразрядных ламп с парами щелочных металлов является их малый срок служ бы, проявляющийся в том, что с течением времени лампы перестают поджигаться. Причина этого явления заключается в активном взаимодействии паров щелочного металла (Rb6 ) со

Ф

2 стеклянной поверхностью баллона лампы в условиях рабочей температуры (110-11со С) и плазме. высокочастотного разряда, что с течением времени приводит к образованию на внутренней поверхности баллона лампы сплошного проводящего слоя, экранирующего высокочастотное возбуждающее разряд электромагнитное поле (2), При постоянной амплитуде высокочастотного напряжения, подводимого к электродам лампы для возбуждения высокочастотного разряда, величина напряжения, производящего иониэацию атомов в лампе, уменьшается с течением времени

Он- напряжение, ионйзации;

Е - амплитуда высокочастотного напряжения, подводимого к электродам лампы;

980!

2S

3$

$a

3 985

К - внутреннее сопротивление генератора ВЧ-напряжения; м - частота ВЧ-напряжения; с - межэлектродная емкость;

r - сопротивление проводящего слоя на внутренней- поверхности лампы.

При уменьшении величины сопротивления проводящего слоя до значения критического сопротивления величина напряжения ионизации падает до значения, недостаточного для поджига разряда, и лампа выходит иэ строя.

Процесс, образования проводящего слоя на внутренней поверхности лампы связан с одновременным воздействием на стекло баллона лампы плазмы высокочастотного разряда и высокой температуры, и скорость образования проводящего слоя тем выше, чем выше амп- литуда высокочастотного напряжения, подводимого к электродам лампы, и рабочая, температура.

Известен способ поджига высокочастотного разряда в спектральной лампе с парами щелочных металлов, включающий подачу на электроды лампы высокочастотного напряжения и высоковол ьтных импульсов и напряжения на нагреватель лампы, обеспечивающего ее прогрев до рабочей температуры.

Ионизация атомов,.буферного газа производится высоковольтными {400500 В) импульсами напряжения, поступающими на специальный электрод поджига. При этом для поддержания высокочастотного разряда требуется срав нительно небольшое высокочастотное поле и интенсивность взаимодействия паров щелочного металла со стеклом баллона лампы несколько снижается. Однако в целом процесс образования проводящей пленки на внутренней поверхности баллона лампы приводит к тому, что в среднем через

5000 ч работы лампы перестают поджигаться (31.

Цел ь и эобретени я - у вели чение срока службы спектральной газораэрядной лампы с..парами щелочных металлов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем подачу на электроды лампы высокочастотного напряжения и высоковольтных импуль. сов и напряжения на нагреватель лам-пы, обеспечивающего ее прогрев до рабочей температуры, напряжение, по=даваемое на нагреватель лампы, в момент ее включения увеличивают до значения, обеспечивающего прогрев лампы до температуры, превышающей на 85-90ОС ее рабочую температуру, а после возникновения в лампе высокочастотного разряда уменьшают напряжение, подаваемое на нагреватель, до рабочего значения.

Лампа представляет собой баллон цилиндрической формы диаметрои 7 и длиной 40 мм иэ стекла марки Пирекс.

Следует заметить, что увеличивать температуру форсированного прогрева сверх указанного значения не имеет смысла, поскольку это приведет к быстрому выходу лампы из строя в результате гибели щелочного металла, которая обусловлена ускоренным вэа- имодействием металла со стенками пи рексового баллона лампы при температуре свыше 200 С.

На внешней поверхности баллона лампы имеются три напыленных электрода, на один из которых подаются импульсы напряжения с амплитудой

400-600 В для поджига разряда, а на два других электрода подается высокочастотное (f =80-100 МГц) напряжение для поддержания ВЧ-разряда.

Лампа наполнена инертным газом под давлением 1-4 Тор, содержит 13 мг изотопа Rb . Необходимая тем61 пература спектральной лампы достигается за счет рассеяния электрической мощности на напыленном на внешней поверхности баллона лампы нихроиовом нагревателе.

На чертеже приведена экспериментальная зависимость изменения сопротивления проводящего слоя на внутренней поверхности баллона спектрапьной лампы от времени работы источника света.

Сопротивление измерялось на холодных лампах при выключенном разряде между впаянными в баллон лампы высоковольтными электродами (г„ - величина сопротивления проводящего слоя, при котором высокочастотный разряд в лампе уже не поджигается).

В моменты времени t<, t > tg, ty высокочастотное напряжение, подводимое к электродам лампы, отключалось и высокочастотный разряд прекращался, лампы остывали и измерялось r.

Затем на 30 мин включался форсированный прогрев лампы (путем увеличения напряжения на нагревателе), после чего измерялось сопротивление

r между. впаянными вольфрамовыьы шты5 98598.0 6 ряи . Измерения проводились на Ъ условия работы второй, грыппы

10 спектральных гаэоразрядных лам- ламп входит режим форсированного пах и результаты измерений усредня- прогрева, причем он отключался автолись. матически в момент возникновения

Как следует иэ чертежа,в нормаль- з высокочастотного разряда. Через ных рабочих условиях (температура каждый месяц. производилось кратлампы 110-115ОC) сопротивление. про- 1ковременное выключение источников водящего слоя r монотонно падает с . света.с последующим прогревом ламтечением времени. После включения, пы и включением импульсов поджига форсированного прогрева сопротивпе- ® и высокочастотного напряжения. При ,ние проводящего слоя увеличивается, этом поджиг,высокочастотного pas что говорит о разрушении проводящего ряда. расценивался как нормальная слоя на внутренней поверхности бал- работа лампы, а отказ при поджиге лона лампы. Цри этом поджиг высоко- как. выход лампы из строя. частотного разряда происходит тог- 1З Результаты испытаний приведены да, когда сопротивление проводящего . в таблице. слоя к моменту поджига разряда умень- . Из результатов испытаний следу» шается до критического значения r ет, что введение режима форсироПроведены испытания спектральнйх ванного прогрева лампы позволяет гаэоразрядных ламп, установленных 20 продлить срок службы спектральных в источниках света, на время выра- газоразрядных ламп в среднем с 500 ботки. Испытывались две группы ламп до 20000 ч .и -соответственно увелипо пят„ь штук в. каждой. чить рабочий ресурс приборов.в слу»

Первая группа ламп работала чае использования спектральных ламп .в без режима Фваиюованного nporpe- 2s составе источников света квантовых ва. стандартов частоты и др.

985930

1 б

I

1 !

t !

I

1

1

)

I, 1

1 б

+

+.1

1 б

1:

1

1 !

I

1 ! б

I

1

I б

t

В б

1 °

Ф !

I

1 !

В

1 б

1 б б

1 !

I

1

1

1

1 !

1 ttt

I %

1 ф ! б 4. б ! М о

1 X

1 !

1

1!

I

1.

+ !

1

1, 1 !

I

) +

+ б

° .

+

+

I

1

I

Э

I

1 б

I

I

1

I !

1 б

В

1

I б

В

- ° ,1

I

lD

С

Эь

Ф!

+

1

Ф

+

+

Ч.

+

+

+

ЭФ

X з

+

+

+

О.

В

i, I +

В

° +

1

+ б

° !

100 В! t»4 I! !

Ф I

Ф» В

° 1! г !

4 бЧ

4 °

1 1

° 1

t ВВ б c»I 1

Ф 1

Ф Ъ

1 бФЪФ

Ф 4»4 I б

ВМ

1 I

t 1

I t»4 t

1 .1

ФВ

1 I

ФФ I

1 t»4 4

I 1

1 1

I N 1 бЧ

° М

1 б

° » б Ч °

Вб

1 I баб

CV б бб

1 1 (It t

Ьб

1 б

1 00 I б 1

1 1 л б

» 1! б

1 1

1 4ф Ф

t м 1

Ь4! I! 413 1

I »» I

1 « 1

1 !

1 ° 1

° »Ъ I

9»» I б !

В Ъ

t 1

1 ФЧ 1!

»- °

1 !

° !

1 t

1 ° !

1» !

Ф 1 б Ъ б 1

1 Е 1

1 1 бюб б 1

I 1

I ФЪ 1

I I

1 б

1 Сф 4

1 Ф,9

° 1

4л!

l I

ФВ

1 1!

О!

4 В

° »Э

В 1

I бВЪ 1! 1

I I

Ф -Ф I б

°" Ч

° °

I б»3 1

1 б! Ъ б 1

1 ФМ 1

° . В Ч! !

iI 1 бВ В

К В. 4

Ф

1

1 !

1

1

1

I

I

1

1

1

В б

I

1

1

1

Ф ! !

I !

1

1 !

1

В

1

1 !

I б

I

I б

1 б

Ф

1 ! !

4

1 б

1

1

1

I !

1 б

1

I !

1.

1 б

I

1

t

1

I

1 б

I

I 9

1 !

I

I

1 t

1 б б +

В

4 +

Ф

Ф +

Ф

+! б

1

4

1 б

1

1 !

1

В

1

1

1 !

1

I ! ! б

1 б

1 !

I ! !

I !

1

1

1

1

I !

1 1

Ф

1

1

1

1

I !

В

1

В

I

1 +

1 44

° Ю с с+ л а

3 +

Ф

1 ! +

1 б

В

° Э

I

9 +

1

°, + б

9 + б

В

° +

В

I +

Э

В.

Э»»!

+

1 !

I +

1

+

I б б ! +

1

I +

1

1 + б б

1 +

1 ! ! !

° +

I

Ф +

1 !

1

1 +

1 !

1

+ б !

° +

В б

Ф +

t

1

° +

1

° +

В

Ф +

Ф

Ъ +

I +

В + б

В

В б +

В

I +

В

В

I +

В

В

I б + б

В

1 ббЪ

1 +

1 !

1 + !

t

I +

1 б

f + !

1

I +

1 б

1 +

I ° ...

1 +

1

I

1 +

I

1

I +

1

1 + !

I

f +

1 б

1 +

В

1 +

В

Ф

Ф

Ф

В

I

1 +

1

I

В +

Ф

I +

В !

Ъ

В +

I !

1 +

I

В +

1

1 +

Ф

4 + б

I

1 +

I

В

1 +

В

Ф б

Й

1 у

»

Ф ВВ

C(L, .ak

4Ъ It

a R

В S

Cl

I»

Э Ф".

1 1

+ Ф

9 985980 10

Формула изобретения никновения в лампе высокочастотного разряда уменьшают напряжение, подаваСпособ поджига высокочастотного емое на нагреватель, до рабочего разряда в спектральной газораз -,значения. .рядной лампе с парами щелочных метал- S Источники информации, лов, включающий подачу на электро- принятые во внимание при экспер . se ды лампы высокочастотного напряже- 1. Стандарты частоты и времени ния и высоковольтных импульсов и на основе квантовых генераторов и напряжения на нагреватель лампы, обе- дискриминаторов. Под ред. 6.П.фаспечивающего. ее прогрев до рабочей )0 теева, И., "Советское радио", 1978, .температуры, отличающийся с. 49-120. тем, что, с целью увеличения срока 2. Еремина H. И., Кулагин Е;В. службы лампы, напряжение, подавае- и др. Тезисы докладов,Ч-го Всесомое на нагреватель лампы, в момент. ее юзного симпозиума по войросам ставключения увеличивают до значения, 1з,билизации частоты, Горький, обеспечивающего прогрев лампы до:1978. температуры, превышающей на 65-90 С -; 3. Авторское свидетельство СССР ее рабочую температуру, а после воз:» °: М -384158, кл. Н 01 Э 65/04, 1971. .