為了研究提高無極燈光效的方法, 本文測量了無極燈啟動階段的電參數(shù)和發(fā)射光譜, 分析了點燈后阻抗、Hg 原子光譜強(qiáng)度、Ar 原子光譜強(qiáng)度、等離子體參數(shù)和放電模式隨時間的變化規(guī)律。結(jié)果表明, 在啟動階段, 無極燈阻抗發(fā)生了升-降-升的變化;Hg 原子譜線強(qiáng)度在某穩(wěn)定位置附近做相對穩(wěn)定的波動; Ar 原子光譜強(qiáng)度迅速下降到某穩(wěn)定值; 電子濃度迅速下降到某穩(wěn)定值, 中能電子溫度相對穩(wěn)定; 放電處于H 型放電模式。這為進(jìn)一步設(shè)計電子整流器和提高無極燈的光效奠定了基礎(chǔ)。

　　無極放電光源是一種低氣壓放電光源, 由于沒有電極, 因此它與傳統(tǒng)光源相比有諸多優(yōu)勢, 例如壽命長, 在壽命期間光衰十分小, 而且發(fā)光物質(zhì)和電極不會出現(xiàn)相互作用, 因而得到廣泛的研究^[1-2] 。無極放電是指放電腔中沒有內(nèi)置電極的一種放電形式, 腔體內(nèi)可以填充一種、兩種或多種放電氣體氣氛。盡管無極放電已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了130 多年^[3], 并且在1891 年Tesla^[4] 采用無極放電原理首先設(shè)計了照明概念燈, 但采用無極燈放電制成更加實用的無極燈才是近20 年的事情。1991 年松下公司首先推出了采用13􀀁56 MHz 高頻電流驅(qū)動的Everbright 無極燈, 這種燈的功率為27 W, 光效是37 lm/W , 平均壽命是40000 h。同年, 荷蘭Philips 公司生產(chǎn)了一種梨形的QL 無極燈, 這種燈采用凹腔式的腔體結(jié)構(gòu),驅(qū)動頻率為2􀀁65 MHz, 光效為70 lm/W, 平均壽命是60000 h。1994 年, 美國GE 公司推出了一款稱為GENURA 的緊湊型一體化無極燈, 其驅(qū)動電流的頻率也是2.65 MHz, 光效是50 lm/W , 壽命是15000 h。隨后1996 年德國Osram 公司推出了工作在250 kHz的環(huán)形ENDURA 無極燈, 其光效達(dá)到了75 lm/W, 平均壽命是60000 h。

　　近年來, 隨著能源緊張和環(huán)境惡化的不斷加劇,節(jié)能環(huán)保的無極燈和LED 燈成為目前研究的熱門光源。因為LED 燈具的散熱是目前LED 的一個重要障礙, 而散熱對無極燈要簡單得多。因此, 與LED相比, 無極燈在大功率方面占有絕對的優(yōu)勢。因而研究影響無極燈光效的各種性能對進(jìn)一步提高其光效和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。目前無極燈存在的電磁輻射問題可以通過提高高頻發(fā)生器的工作穩(wěn)定性、給發(fā)生器增加金屬屏蔽外殼以及給泡殼增加導(dǎo)電金屬膜來有效降低。無極燈與以前研究的大氣壓介質(zhì)阻擋放電相比, 有很大不同, 前者主要是低氣壓下的H 型放電, 而后者是電容耦合的E 型放電^[5] 。對無極燈而言, 由于啟動性能影響其啟動光效和穩(wěn)定性, 因此本文主要研究影響無極燈啟動階段的電學(xué)和光學(xué)特性。

1、實驗裝置

　　為了測量無極燈的啟動特性, 采用一種50 W橄欖型的無極燈進(jìn)行實驗, 實驗原理如圖1 所示。該無極燈包括電子鎮(zhèn)流器( 也稱高頻發(fā)生器) 、高頻饋線、耦合器和泡體四部分, 通常高頻饋線、耦合器和泡體做成一個整體稱為無極燈的燈泡。實驗中采用的鎮(zhèn)流器是商用無極燈電子鎮(zhèn)流器。實驗中采用陶瓷管來限制光纖探頭測量的光強(qiáng)度。TektronixTCPA300 電流探頭、Tektronix P6015A 高壓探頭和Tektronix TPS 2014( 100MHz, 1Gs/ s) 四通道示波器測量電子鎮(zhèn)流器輸出端的電壓、電流和功率等電參數(shù)。采用Avantes 2048 光纖光譜儀測量無極燈的發(fā)射光譜強(qiáng)度。

圖1 實驗原理圖 

3 、結(jié)論

　　無極燈的啟動特性對無極燈的光效和穩(wěn)定性非常重要。通過電參數(shù)和發(fā)射光譜的測量研究, 發(fā)現(xiàn)無極燈啟動階段, 電子鎮(zhèn)流器輸出的電壓、電流和功率發(fā)生了一定的變化, 無極燈阻抗經(jīng)過一個升- 降- 升的過程; 發(fā)射光譜發(fā)生了較大的變化: Hg 原子發(fā)射光譜強(qiáng)度在小范圍內(nèi)做相對穩(wěn)定的波動變化,Ar 譜線強(qiáng)度降低很快, 在10 s 達(dá)到一個穩(wěn)定值; 電子濃度隨放電時間的變化迅速減小到某一穩(wěn)定值,中能電子相對穩(wěn)定, 放電工作在H 型放電模式。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳大華, 陳育明. 無極放電光源的進(jìn)展[J] . 中國照明電器, 2008, (3) : 1- 5
　　[2] 王長全, 張貴新, 董晉陽, 等. 無極燈的溫度特性研究[J] . 中國照明電器, 2010, (7) : 1- 4
　　[3] Hittorf W. Ueber die Elekticititatsleitung der Gase[J] . Annual Physics, 1884, 21: 90-139
　　[4] Tesla N. Tesla􀀁s Experiments with Alternating Current at High Frequency[J] . Electrical Eng ineer, 1891, (7) : 549- 550
　　[5] 王長全, 張貴新, 方志, 等, 常壓介質(zhì)阻擋放電對聚苯乙烯表面改性研究[J] . 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報, 2009, 29(6) : 695- 699
　　[6] Yu Chen, Guo Zhigang, Zhu Ximing, et al. Spatially Resolved Optieal Emission Spectroseopy Investigation of E and H Modes in Cylindrical Inductively Coupled Plasmas [J] . Journal of Physics D: Appllied Physics, 2007, 40(7) : 5112- 5116
　　[7] Daltrini A M, Moshkalev S A, Monteriro M J R, et al. Mode Transitions and Hysteresis in Inductively Coupled Plasmas [J] . Journal of Applied Physics, 2007, 101(7) : 073309
　　[8] 龍奇. 高頻誘導(dǎo)無極光源的發(fā)射光譜學(xué)診斷[D] . 博士學(xué)位論文, 2008: 49
　　[9] Czerwiec T, Graves DB. Mode Transitions in Low Pressure Rare Gas Cylindrical ICP Discharge Studied by Optical Emis􀀁sion Spectroscopy [J] . Journal of Physics D: Appllied Physics, 2004, 37(4) : 2827- 2840