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和發射光譜, 分析了點燈后阻抗、Hg 原子光譜強度、Ar 原子光譜強度、等離子體參數和放電模式隨時間的變化規律。結果表明, 在啟動階段, 無極燈阻抗發生了升-降-升的變化;Hg 原子譜線強度在某穩定位置附近做相對穩定的波動; Ar 原子光譜強度迅速下降到某穩定值; 電子濃度迅速下降到某穩定值, 中能電子溫度相對穩定; 放電處于H 型放電模式。這為進一步設計電子整流器和提高無極燈的光效奠定了基礎。

　　無極放電光源是一種低氣壓放電光源, 由于沒有電極, 因此它與傳統光源相比有諸多優勢, 例如壽命長, 在壽命期間光衰十分小, 而且發光物質和電極不會出現相互作用, 因而得到廣泛的研究^[1-2] 。無極放電是指放電腔中沒有內置電極的一種放電形式, 腔體內可以填充一種、兩種或多種放電氣體氣氛。盡管無極放電已經被發現了130 多年^[3], 并且在1891 年Tesla^[4] 采用無極放電原理首先設計了照明概念燈, 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 公司生產了一種梨形的QL 無極燈, 這種燈采用凹腔式的腔體結構,驅動頻率為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的環形ENDURA 無極燈, 其光效達到了75 lm/W, 平均壽命是60000 h。

　　近年來, 隨著能源緊張和環境惡化的不斷加劇,節能環保的無極燈和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勢。因而研究影響無極燈光效的各種性能對進一步提高其光效和應用領域具有重要意義。目前無極燈存在的電磁輻射問題可以通過提高高頻發生器的工作穩定性、給發生器增加金屬屏蔽外殼以及給泡殼增加導電金屬膜來有效降低。無極燈與以前研究的大氣壓介質阻擋放電相比, 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定性, 因此本文主要研究影響無極燈啟動階段的電學和光學特性。

1、實驗裝置

　　為了測量無極燈的啟動特性, 采用一種50 W橄欖型的無極燈進行實驗, 實驗原理如圖1 所示。該無極燈包括電子鎮流器( 也稱高頻發生器) 、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。實驗中采用的鎮流器是商用無極燈電子鎮流器。實驗中采用陶瓷管來限制光纖探頭測量的光強度。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流器輸出端的電壓、電流和功率等電參數。采用Avantes 2048 光纖光譜儀測量無極燈的發射光譜強度。

圖1 實驗原理圖 

3 、結論

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

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