CN101839398A

CN101839398A - 高亮度稳功率输出紫外光源系统

Info

Publication number: CN101839398A
Application number: CN200910047628A
Authority: CN
Inventors: 瑚琦; 顾玲娟; 李松松
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-22

Abstract

本发明涉及一种高亮度稳功率输出紫外光源系统，由供电电源、灯箱组件、气体放电灯、稳功率输出控制组件、光学系统四部分组成。其中供电组件的功能是向气体放电灯提供低压高电流的直流电，并能够对供电电流进行调节；灯箱部分用作气体放电灯和光学输出系统的安装和固定，灯箱的箱体由散热片结构的高硬铝材料制成，有利于氙灯工作环境的快速散热；稳功率控制组件用以实现光功率的稳定输出，使得紫外输出的强度波动在1％以下；光学系统可使紫外光会聚成点光源，或者平行光源后输出。具有合理的电路和采用稳定输出功率的装置，达到了紫外光稳定输出的要求，并增加了使用寿命。

Description

高亮度稳功率输出紫外光源系统

技术领域

本发明涉及一种光源设备，特别涉及一种高亮度稳功率输出紫外光源系统。

背景技术

现在人们很注重能源的节约，而我们日常用的最多是灯，而现在高亮度的灯用途越来越广，而其中气体放电灯是最普及的，但是气体放电灯的寿命和效率都不是很高，一般1年左右灯就会坏了。

发明内容

本发明是针对现在使用的气体放电灯存在的功率输出不稳定和使用寿命限制的问题，提出了一种高亮度稳功率输出紫外光源系统，通过设计合理的电路和采用稳定输出功率的装置，达到了紫外光稳定输出的要求，并增加了使用寿命。

本发明的技术方案为：一种高亮度稳功率输出紫外光源系统，包括供电电源、灯箱组件、气体放电灯，其特征在于，还包括稳功率输出控制组件、光学系统，供电电源向气体放电灯提供低压高电流的直流电，并对供电电流进行调节，稳功率输出控制组件将气体放电灯的电信号经过处理后反馈到供电电源保证电源的稳定性，气体放电灯发出的光通过光学组件聚成点光源，或者平行光源后输出，各个组件安装并固定于灯箱组件上。

所述光学系统由反射镜、准直透镜、聚焦透镜、滤光片和石英光纤组成，气体放电灯放置于准直透镜焦点处，气体放电灯后部放置一反射镜，气体放电灯位于反射镜的球心，光通过准直透镜输出平行光；在准直透镜右侧放置一聚焦透镜可将平行光聚焦输出点光源；在输出接口处增加石英光纤，通过光路耦合，将汇聚的光斑通过光纤进行输出。

所述供电组件包括滤波器、稳功率开关电源、触发器、氙灯，220V50Hz的交流电首先经过滤波器滤除工频电源中的干扰，然后接入稳功率的开关电源，开关电源将交流电转换为气体放电灯工作所需要的低压直流电，在稳功率开关电源与气体放电灯管之间接入一个触发器。所述稳功率输出控制组件由滤波器、线性稳压电源、控制电路、稳功率控制组件组成，稳功率控制组件由安装于灯箱侧壁的探测器、电流电压转换电路、放大电路、比较控制电路组成，当安装于灯箱内的探测器受到紫外光照射后输出微弱的电流信号，经过电流电压转换电路转换为微弱的电压信号，而后放大电路将此信号放大滤波后输入到比较控制电路中，并和控制电路内部基准电压进行比较，从而输出稳定的电压信号，去控制气体放电灯稳功率开关电源的输出功率。

所述灯箱组件由散热片结构的高硬铝材料制成，内有风扇。

本发明的有益效果在于：本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统，具有合理的电路和采用稳定输出功率的装置，达到了紫外光稳定输出的要求，并增加了使用寿命。该系统适用于各种需要高亮度、高稳定输出的场合，如各类紫外光谱仪器、精确紫外光谱测量、精确紫外曝光、精细紫外固化等。

附图说明

图1为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统结构框图；

图2为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中稳功率控制框图；

图3为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统内部结构左视图；

图4为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统内部结构右视图；

图5为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中平行光路输出示意图；

图6为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中点光源输出示意图；

图7为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中电流电压转换电路图；

图8为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中放大电路图；

图9为本发明高亮度稳功率输出紫外光源系统中比较控制电路图。

具体实施方式

如图1所示为结构框图，高亮度稳功率输出紫外光源系统由供电电源I、稳功率输出控制组件II、灯箱组件III、光学系统IV四部分组成。供电电源向气体放电灯提供低压高电流的直流电，并能够对供电电流进行调节，稳功率输出控制组件将灯的电信号经过处理后反馈到供电电源保证电源的稳定性，使得紫外光输出的强度波动在1％以下，灯发出的光通过光学组件可使紫外光会聚成点光源，或者平行光源后输出，各个组件安装和固定于灯箱组件上，灯箱的箱体由散热片结构的高硬铝材料制成，有利于氙灯工作环境的快速散热。

供电组件包括滤波器1、稳功率开关电源2、触发器3、氙灯4，220V50Hz的交流电首先经过滤波器1滤除工频电源中的干扰，然后接入稳功率的开关电源2，开关电源将交流电转换为氙灯工作所需要的低压直流电，给灯箱里的短弧氙灯供电，开关电源的输出功率可通过输入的0～10V的控制电压进行调节；氙灯灯管内充有数个大气压的氙气，其着火电压很高，开关电源加于灯管两端的电压不足以使氙灯放电，所以在开关电源与氙灯灯管之间接入一个触发器，当启动电路时，触发器产生高压使氙灯进入弧光放电状态，而后氙灯即工作于低压状态。

稳功率输出控制组件如图1所示，220V50Hz的交流电首先经过滤波器6滤除工频电源中的干扰，然后接入线性稳压电源7后给控制电路8供电，稳功率控制组件9将氙灯的信号接收经过处理到控制电路8去控制稳功率开关电源2，控制部分如图2所示由安装于灯箱侧壁的探测器30、电流电压转换电路31、放大电路32、比较控制电路33组成，当安装于灯箱内的探测器30受到紫外光照射后输出微弱的电流信号，经过电流电压转换电路31转换为微弱的电压信号，而后放大电路32将此信号放大滤波后输入到比较控制电路33中，并和控制电路内部基准电压进行比较，从而输出稳定的电压信号，去控制气体放电灯稳功率开关电源2的输出功率，实时的进行调节，从而使光源的紫外光输出功率保持稳定。图7为电流电压转换电路，当紫外探测器30受到紫外波段的光照射时，会输出自左向右的微弱电流信号，信号的强弱与照到探测器30上的光强大小成正比例关系。经过电流电压转换电路31后，信号转换为微弱的电压信号。R3和R4部分为调零单元，可调节运放正向端的输入偏置电压，反馈电容C4可减小高频噪声增益。图8为放大电路32，利用两个运算放大器组成两个反相放大器，用于将光信号检测电路输出的微弱信号放大，放大倍数通过变阻器RV2调节，稳压管和变阻器RV1为调零单元。经放大电路出来的信号接入图9比较控制电路33中比较控制电路的反相输入端。比较控制电路的正相输入端连接由集成稳压芯片和RV3构成的基准电压。基准电压的大小可通过调节RV3实现。运放A为比较器，当输入信号大于基准电压时，引脚1输入低电压，当输入信号小于基准电压时，引脚1输出低电压，稳压管DW2限制输出电压的大小，使其在要求的输出电压内。运放B构成的电路为电压跟随器，输出电压等于引脚5的电压。输出电压为0～10V，将其接至开关电源控制端，即可调节稳功率开关电源2输出电流的大小。当光强过大时，紫外探测器反馈的电压信号变高，经放大后与基准电压比较，低于基准电压，比较控制电路即输出低电压，开关电源的输出功率变小，当光强过小时，过程正好相反，整个过程构成一个闭环控制系统，使光源的光功率输出保持稳定。

灯箱用于对光学系统和气体放电灯的固定和安装，并能够起到快速散热的作用。其结构图如图3、4所示，组件上安装有触发器、灯座27、反射镜座28、准直镜座25、透镜调节环24、聚焦透镜座23、紫外探测器20、接线孔21、风扇11。氙灯4垂直放置于灯箱的正中央；由于触发器3离氙灯较远时不容易点火，所以将触发器放置于灯箱内，置于箱体的底部；反射镜置28于灯箱的后壁，中心与氙灯中心平行；准直镜座25安装于灯箱的前侧，风扇11安装于灯箱的右侧。

箱体的四壁均用散热片结构的高硬铝制成，实现箱体的快速散热，箱体的顶盖22与箱体之间留有换气狭缝29，有利于空气的快速流通，和风扇相配合可实现灯箱内的快速散热，箱底有调节螺钉26可调节箱子的水平位置。

较强的紫外线可对人体的健康造成一定的伤害，本装置的整个灯箱体除前面的光输出口和风扇处外，其他各面均无光射出，避免了光源使用时对使用者的伤害。

光学系统由反射镜、准直透镜、聚焦透镜、滤光片和石英光纤组成。光路的出光口径约50mm，使得更多的能量可以输出。通过简单的拆卸和装配，光路能够实现3种输出方式，一种是紫外平行输出，一种是紫外会聚输出，最后一种可以在输出接口处增加石英光纤，这样可增加输出的长度和使用的灵活性。

如图5所示平行光路输出示意图，气体放电灯放置于准直透镜焦点处，气体放电灯成像于透镜右侧无限远处，准直透镜即输出平行光，为了使光源输出的光强尽可能的大，在气体放电灯后部放置一反射镜，使氙灯照射到后侧的光反射回准直透镜处，氙灯位于反射镜的球心，此时物点与像点相重合。

如图6所示点光源输出示意图，在准直透镜右侧放置一聚焦透镜可输出点光源，平行光经过聚焦透镜后，在其焦点处近似汇聚为一点，更换不同焦距的聚焦透镜，可改变聚焦点的位置，图5即为不同焦距情形下的光路模拟图。

光纤输出：在输出接口处增加石英光纤，通过光路耦合，将汇聚的光斑通过光纤进行输出，可增加输出的长度和使用的灵活性，能够方便的用于紫外曝光和固化。

Claims

1.一种高亮度稳功率输出紫外光源系统，包括供电电源、灯箱组件、气体放电灯，其特征在于，还包括稳功率输出控制组件、光学系统，供电电源向气体放电灯提供低压高电流的直流电，并对供电电流进行调节，稳功率输出控制组件将气体放电灯的电信号经过处理后反馈到供电电源保证电源的稳定性，气体放电灯发出的光通过光学组件聚成点光源，或者平行光源后输出，各个组件安装并固定于灯箱组件上。

2.根据权利要求1所述高亮度稳功率输出紫外光源系统，其特征在于，所述光学系统由反射镜、准直透镜、聚焦透镜、滤光片和石英光纤组成，气体放电灯放置于准直透镜焦点处，气体放电灯后部放置一反射镜，气体放电灯位于反射镜的球心，光通过准直透镜输出平行光；在准直透镜右侧放置一聚焦透镜可将平行光聚焦输出点光源；在输出接口处增加石英光纤，通过光路耦合，将汇聚的光斑通过光纤进行输出。

3.根据权利要求1所述高亮度稳功率输出紫外光源系统，其特征在于，所述供电组件包括滤波器、稳功率开关电源、触发器、氙灯，220V50Hz的交流电首先经过滤波器滤除工频电源中的干扰，然后接入稳功率的开关电源，开关电源将交流电转换为气体放电灯工作所需要的低压直流电，在稳功率开关电源与气体放电灯管之间接入一个触发器。

4.根据权利要求1、3所述高亮度稳功率输出紫外光源系统，其特征在于，所述稳功率输出控制组件由滤波器、线性稳压电源、控制电路、稳功率控制组件组成，稳功率控制组件由安装于灯箱侧壁的探测器、电流电压转换电路、放大电路、比较控制电路组成，当安装于灯箱内的探测器受到紫外光照射后输出微弱的电流信号，经过电流电压转换电路转换为微弱的电压信号，而后放大电路将此信号放大滤波后输入到比较控制电路中，并和控制电路内部基准电压进行比较，从而输出稳定的电压信号，去控制气体放电灯稳功率开关电源的输出功率。

5.根据权利要求1所述高亮度稳功率输出紫外光源系统，其特征在于，所述灯箱组件由散热片结构的高硬铝材料制成，内有风扇。