CN102769492A

CN102769492A - 一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法

Info

Publication number: CN102769492A
Application number: CN2012102355447A
Authority: CN
Inventors: 陈宁; 张海良; 贾红辉; 尹红伟; 常胜利; 杨俊才; 杨建坤
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明公开了一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法，该装置包括低压汞灯阵列、延时器、信息加载回路和启动回路，所述信息加载回路包括直流电压源、电子开关，电子开关受控于信号加载单元；所述的信号发射方法包括汞灯启动和信号发射过程，利用本装置提供的多个汞灯，依次启动汞灯使其进入信号发射状态后进行信号发射。采用本发明的装置和方法进行信号发射，使得装置结构简单，扩展性好，采用低压汞灯阵列方式能够增大该装置发射功率，实现长距离非视线紫外通信。

Description

一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法

技术领域

本发明属于大气紫外通信技术领域，特别是提供了一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法。

背景技术

紫外光信息传输技术是一种崭新的信息传输技术，由于紫外光在近地低空大气存在“日盲区”及其在低空大气中的强烈吸收和散射作用，因此紫外光信息传输具有以下显著优点：（1）有效范围性，紫外光在传输过程中受到大气分子、气溶胶的大气衰减的强烈作用，能量成指数形成的衰减，因此紫外光信息传输是一种有限、短距、安全的信息传输方式，可以实现局部范围的有效通信，在此范围以外很难被窃听；（2）抗干扰能力强，紫外光在大气中衰减极大，且本身不受无线电的影响，所以他方难以对该信号进行干扰；另一方面，由于大气同温层中的臭氧分子对阳光中的紫外成分有极强吸收，如果选用被该臭氧层强烈吸收的紫外波段通信，那么近地低空大气可视为无背景干扰的传输通道；（3）全天候工作，一般紫外光信息传输中紫外光源光谱工作日盲区(200－300nm)，由于臭氧层的强烈吸收，即使白天，在近地低空大气中面太阳辐射中也没有这波段光谱，所以能全天候工作；（4）全方位性，在紫外光传输系统中一般利用发散的紫外光源，则其传输系统具有全方位性特点，对紫外光发射器和接收器安装似于无线电通信，可以完成一对一和也可以一对多点传输,而且没有激光通信那样传输方向的苛刻要求。

目前低压汞灯是紫外通信最常用的光源，但其单管辐射功率有限；对紫外通信系统的通信距离和误码率有较大的影响。低压汞灯中的放电属于气体弧光放电，具有负伏安特性的特点。要想使光源弧光放电首先需要大约300ms的600-2000V高压将气体激发，然后光源两端电压稳定在60-140V之间工作，在设计镇流器的时候要加限流装置。由于光源激发需要比较高的电压而调制激发后的光源则只需要一个比较低的电压，现有的光源调制方式一般采用首先使用高压电子激发枪激发光源，然后另外设计一个低电压频率调制电路的方法来实现光源的频率调制，这种电路虽然避免了电路中需要同时提供高压和低压的难题，却延长了系统的反应时间。而且随着阵列中低压汞灯数量的变化，其相关的负伏安特性也随之变化，因此需要提供一种基于低压汞灯的紫外光通信阵列发射装置，简单实现光源频率调制，提高发射功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法，有效增大发射功率，实现长距离非视线紫外通信。

本发明的技术方案如下：

一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置，包括汞灯阵列、信号加载回路和启动回路，汞灯阵列包括多个并联的汞灯单元，每一个汞灯单元包括一个汞灯和一个用于回路切换的继电器；

每一个继电器至少有两组触点，第一组触点串接在启动回路中；第二组触点串接在信号加载回路中；

信号加载回路串接有电子开关，电子开关受控于信号加载单元。

所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置还包括同时与各汞灯单元相连的延时器。

所述的电子开关为三极管或场效应管。

汞灯中的汞蒸气压力为1.3～13Pa，汞灯的发光的波长范围是100nm-300nm。

汞灯单元的数量为2-100个，信号加载回路中的电压源的负载能力决定汞灯单元的数量，负载能力越大则可驱动越多数量的汞灯，理论上可以接无穷多个。

一种基于汞灯阵列的紫外光发射方法，采用前述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置；信号发射步骤如下：

步骤1：汞灯启动过程：将继电器第一组触点导通，使得所有的汞灯与加载回路接通，启动汞灯；

步骤2：信号发射过程：使得继电器的第二组触点接通，且继电器的第一组触点断开，将汞灯切换到信号加载回路，信号加载单元输出的开关信号控制电子开关的通断，从而最终控制所有汞灯的同时亮和灭，即发出基于紫外光的发射信号。汞灯由启动回路切换至信号加载回路中的过程时间比较短暂，在2秒左右，汞灯不需要再次启动，能够在信号加载回路中继续保持亮的状态。

在步骤1中，通过延时器控制各个汞灯在启动回路的作用下依次启动。

所述的电子开关为三极管或场效应管。

汞灯单元的数量为2-100个。

信号加载单元为微处理器或PLC等控制器件（或其他替代器件），通过IO口与电子开关的控制端（如MOS管的门极或三极管的基极）相连。

有益效果

本发明提出一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置和方法，采用启动回路、信号加载回路独立运行，通过延时器控制各个继电器工作，每个继电器依次切换工作方式，首先使启动回路连通，激发低压汞灯，然后连通信号加载回路，使其进行信号加载，延时驱动下一个继电器，使所有汞灯进入信号加载状态后，通过信号加载端完成通信系统的信号发射；装置结构清晰简单，易于实现，与低压汞灯数量无关；低压汞灯阵列中包含多个低压汞灯，增大发射功率，只需采用一个启动回路和信号加载回路即可实现大功率信号发射，成本极低，构思巧妙；低压汞灯阵列中低压汞灯的数量只与信号加载回路中的电压源的负载能力有关，阵列单元具有较好的可调性和扩充性；启动回路和信号加载回路的分立设计大大降低了回路设计的难度，无须考虑高压启辉、低压工作及低压汞灯负阻性等一系列问题，提高了系统的反应能力，低压汞灯数量的多少不影响其相关的伏安特性，从而提高了通信装置的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种基于低压汞灯的紫外通信阵列发射装置的结构图；

图2是本发明一种基于低压汞灯的紫外通信阵列发射装置的信号加载回路图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，紫外通信阵列发射装置包括：低压汞灯阵列，分别为第一汞灯1、第一继电器2、第二汞灯3、第二继电器4、第三汞灯5、第三继电器6、信号加载单元10、启动回路7、80V直流电压源9、延时器8；如图2所示，所述的信号加载回路包括80V直流电压源9、场效应管10、信号加载单元11。阵列单元包括1个灯管和1个继电器，灯管的引线和继电器相连，继电器分别连接到启动回路和信号加载回路；信号加载回路的直流电压源分别连接到继电器的第二组触点一端和场效应管的S极，即S极连接到直流电压源的地极，场效应管的D级连接到继电器的第二组触点另一端，G极接驱动信号。

所选用汞灯为低压汞灯，为本领域常用器件，汞蒸气压力为1.3～13Pa(0.01～0.1mmHg)，主要发射波长在紫外区的253.7nm(0.01mmHg)，相当能量为471.0kJ/mol(112.5kcal/mol)，占灯的总能量的70％的汞蒸气弧光灯。25℃时，该灯的主射线为253.7和184.9nm。

所选直流电源电压为80V，能够驱动三个低压汞灯，若直流电源电压负载能力增加，该装置中的阵列单元数量可以相应增加。

光源阵列所需的启动回路和信号加载回路分立设计由继电器控制低压汞灯在两回路之间进行切换；低压汞灯初始状态为熄灭，经过与启动回路连通后，利用启动回路中的高压激发光源弧光放电后，才能稳定在60-140V之间工作。初始状态时，继电器与信号加载回路连接，使信号加载回路导通，由于低压汞灯没有被启发，信号加载回路中的直流电压无法使其点亮进入工作状态，便无法进行信号发射；延时控制器输出低压信号驱动继电器，使继电器与启动回路连接，则启动回路与低压汞灯连通，低压汞灯被启发直到低压汞灯发光稳定，接着延时控制器改变输出信号，使继电器与启动回路断开，令继电器与信号加载回路连接，则低压汞灯与信号加载回路导通，低压汞灯持续点亮进入信号待发射状态。延时控制器依次控制继电器，低压汞灯依次进入信号待发射状态，阵列中包含3个单元，延时控制器首先驱动第一继电器，第一继电器控制第一低压汞灯启动到进入信号待发射状态，整个时间为2-10s，通过延时控制器控制第二继电器开始工作，第二继电器控制第二低压汞灯工作，最后是第三继电器控制第三低压汞灯工作，三个低压汞灯均进入信号待发射状态后，需要发射的信息加载至场效应管上，通过控制场效应管的通断来控制低压汞灯的亮和灭，完成信息发射。

如加载信号为010101，延时控制器开始工作，输出低压信号驱动第一继电器，使第一继电器控制启动回路与第一低压汞灯连通，启发第一低压汞灯直至发光稳定后，延时控制器改变输出信号，控制第一继电器，使信号加载回路与第一低压汞灯连通，持续点亮的第一低压汞灯进入信号待发射状态，等待信息传输；待5秒后延时控制器驱动第二继电器，第二继电器使启动回路与第二低压汞灯连通，启发第二低压汞灯直至发光稳定后，延时控制器改变输出信号，控制第二继电器，使信号加载回路与第二低压汞灯连通，持续点亮的第二低压汞灯进入信号待发射状态，等待信息传输；待5秒后延时控制器驱动第三继电器，第三继电器使启动回路与第三低压汞灯连通，启发第三低压汞灯直至发光稳定后，延时控制器改变输出信号，控制第三继电器，使信号加载回路与第三低压汞灯连通，持续点亮的第三低压汞灯进入信号待发射状态，等待信息传输；当所有低压汞灯启动完成进入信号加载等待状态后，信号加载开始工作，待传输信号010101控制场效应管的工作，从而同时控制三个低压汞灯的发光状态，当发射信号为1时场效应管导通，所有低压汞灯与信号加载回路为导通状态，所有低压汞灯状态为“亮”；当发射信号为“0”时，场效应管截止，从而所有低压汞灯与信号加载回路断开，所有低压汞灯由“亮”转化为“灭”，通过低压汞灯的发光与否完成信号010101的传输。

信号加载回路使用电压源，有效控制了低压汞灯的负阻性，且对驱动信号具有良好的响应能力。信号加载回路只包含1个电压源、1个场效应管、1个信号加载端，在低压汞灯数量变化时无须调整；装置中低压汞灯的最大数量取决于电压源的带载能力。当低压汞灯并入信号加载回路工作时，完成信号加载。

Claims

1.一种基于汞灯阵列的紫外光发射装置，其特征在于，包括汞灯阵列、信号加载回路和启动回路，汞灯阵列包括多个并联的汞灯单元，每一个汞灯单元包括一个汞灯和一个用于回路切换的继电器；

2.根据权利要求1所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置，其特征在于，还包括同时与各汞灯单元相连的延时器。

3.根据权利要求1所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置，其特征在于，所述的电子开关为三极管或场效应管。

4.根据权利要求1所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置，其特征在于，汞灯中的汞蒸气压力为1.3～13Pa，汞灯的发光的波长范围是100nm-300nm。

5.根据权利要求1-5任一项所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置，其特征在于，汞灯单元的数量为2-100个。

6.一种基于汞灯阵列的紫外光发射方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于汞灯阵列的紫外光发射装置，信号发射步骤如下：

步骤2：信号发射过程：使得继电器的第二组触点接通，且继电器的第一组触点断开，将汞灯切换到信号加载回路，信号加载单元输出的开关信号控制电子开关的通断，从而最终控制所有汞灯的同时亮和灭，即发出基于紫外光的发射信号。

7.根据权利要求6所述的基于汞灯阵列的紫外光发射方法，其特征在于，在步骤1中，通过延时器控制各个汞灯在启动回路的作用下依次启动。

8.根据权利要求6所述的基于汞灯阵列的紫外光发射方法，其特征在于，所述的电子开关为三极管或场效应管。

9.根据权利要求6所述的基于汞灯阵列的紫外光发射方法，其特征在于，汞灯中的汞蒸气压力为1.3～13Pa，汞灯的发光的波长范围是100nm-300nm。

10.根据权利要求6-9任一项所述的基于汞灯阵列的紫外光发射方法，其特征在于，汞灯单元的数量为2-100个。