CN104807542A - 基于手套箱的真空紫外光源测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于紫外光源测试技术领域，具体为一种基于手套箱的真空紫外光源测试系统。本发明系统包括高低温恒温手套箱、灯架和紫外辐射测试设备等。所述的手套箱具有一个观察窗，外部装有挡光设施；同时设有若干个辐射测试窗口；其余内表面进行黑化处理。手套箱内至少装有测量水蒸汽、氧气含量的探头和分析仪，并附设有恒温水浴的水循环回路以控制光源的管壁温度或冷端温度。手套箱的过渡舱采用折叠结构，长度可以调整。灯架位于手套箱内。紫外辐射测试设备包括紫外辐照度计、光谱仪或单色仪，用于测量紫外辐射和200nm以下的真空紫外辐射。本发明为各种线性紫外光源的真空紫外辐射效率的评估提供一种简便、可靠、准确的测量手段，可用于真空紫外光源的研究开发、生产制造和品质评价。

Description

基于手套箱的真空紫外光源测试系统

技术领域

本发明属于紫外光源测试技术领域，具体涉及一种基于手套箱的真空紫外光源测试系统。

背景技术

在当前的生产、生活中，紫外灯在众多领域发挥着重要的作用。紫外线的光生物效应可用于灭菌，细菌受到紫外线照射后，引起DNA链的断裂，致使细菌死亡。紫外线灭菌用于空气、水、各类饮料、实验室、车间和医院等许多场合。紫外线对人体保健也有很广范围的应用，适量的紫外照射对人体内脏和免疫系统有良好的影响，但过量的紫外线会造成皮肤红斑等皮肤疾病。目前已发展的紫外线物理疗法可以治疗牛皮癣和佝偻病，消除炎症。紫外线的荧光效应可用于无机元素和有机物质的化学分析，食品卫生中的微量元素和有害物质的检测，工业生产中产品质量的监测，矿床探测中的样品分析。紫外线的光化效应可用于复印、油墨固化、半导体芯片的光刻技术、高分子老化试验和同位素分离等。大功率紫外光源可以在有限的体积内产生紫外辐射通量，设备紧凑，使用成本较低。国外已有各类紫外光源的产品，在城市饮用水、给排水和空气杀菌领域已有大规模应用。

为了测试各类紫外光源的紫外辐射效率，1971年Keitz提出由辐照度计算辐射通量的公式 (Keitz H A E. Light Calculations and measurements [M]. London, UK: Macmillan and Co Ltd, 1971.)

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现在称之为Keitz公式。假设紫外光源为朗伯体线光源，被测光源长度为L，辐照度计对准发光中心，发光中心到辐照度计距离为D，辐照度计对线光源的半顶角为α，能用此公式由紫外辐照度E计算辐射通量P。

许多国外企业及研究机构都已采纳Keitz公式测定低压汞灯的254 nm的辐射通量及其效率，已证明测量准确度高，能大大简化测量过程(Lawal O, Dussert B, Howarth C, et al. Proposed method for measurement of the output of monochromatic (254 nm) low pressure UV lamps [J]. IUVA News, 2008, 10 (1): 14-17.)，多家紫外光源制造和应用企业最近推荐采用Keitz公式来测试低压汞灯的254 nm紫外辐射。

根据对于分布式辐射度法、Keitz公式、线光源和柱光源计算辐射通量的方法比较（张源, 孙鸣华, 朱绍龙, 等. 测量低压汞灯254 nm辐通量的Keitz方法[J]. 复旦学报(自然科学版), 2010, 49 (2): 262-265.），当测量距离D与被测灯的正柱长度L关系为2.5L<D<4L范围内，Keitz公式方法与分布式辐射度计法的误差小于1%，准确性很高，而且这一方法只需要测量灯中心的法向辐照度，方便快捷，可以替代分布辐射度计法测量低压汞灯的辐射通量。

Keitz公式已用于准分子灯紫外辐射效率的测量，并得到国际认可（Zhuang X B, Han Q Y, Zhang H J, et al. The efficiency of coaxial KrCl^* excilamps [J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2010, 43 (20): 205202, 9pp.）（Han Q Y, An R J, Lister G, et al. Radiation characteristics of coaxial KrBr^* excilamps based on a dielectric barrier discharge [J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2013, 46 (50): 505203, 10pp.）。

但是波长小于200 nm的真空紫外辐射，无法在一般大气环境进行测试，因为空气中的氧气会强烈吸收真空紫外辐射，严重影响测试的精度。因此需要一种操作简便的真空紫外辐射功率测试设备，用来满足真空紫外光源的测试要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够防止氧气对真空紫外的强烈吸收，可以同时测量真空紫外和其他紫外的光谱、辐射功率及辐射效率的真空紫外光源测试系统。

本发明提出的真空紫外光源测试系统，包括高低温恒温手套箱、灯架和紫外辐射测试设备等，可以用来测量各种线性紫外光源的真空紫外辐射效率。

所述手套箱具有一个观察窗，用于观测手套箱内的操作状态，其外侧装有可开合的挡光设施，正常实验测试时可以遮挡手套箱外部的光线，避免杂散光干扰导致的测量误差；同时设有若干个辐射测试窗口，也作为观测窗；手套箱其余内表面进行黑化处理。

手套箱的观测窗材料根据待测波段确定，测量波长200 nm以下的真空紫外辐射时，窗口材料采用氟化镁晶体，探头或光纤与窗口之间需要抽真空或者保持氮气或氩气氛围；测量波长200 nm以上的紫外辐射时，窗口材料是石英玻璃，探头或光纤周围处于常温常压的大气中即可。

手套箱内至少装有测量水蒸汽含量的探头、测量氧气含量的探头，所述这些探头与外部的分析仪相连，用来检测手套箱内的水、氧含量；手套箱附设水循环接口，可以通过恒温水浴或油浴控制光源的管壁温度或冷端温度。

手套箱设有过渡舱，该过渡舱采用可折叠的结构，过渡舱的长度可以根据装入的灯的尺寸通过折叠结构进行伸缩调节。

所述紫外辐射测试设备包括若干紫外辐照度计、光谱仪或单色仪，用于测量紫外辐射。其中：

紫外辐照度计探头放置于手套箱观测窗外，探头的接收面对准灯体，且探头受光面的法线垂直于灯轴。

光谱仪可以采用光纤导光，光纤头固定在手套箱的观测窗外，光纤头前可以安装余弦校正片、准直透镜等光学器件。

真空单色仪通过入射缝法兰直接与手套箱连接，组成联合测试系统，可以同时测定真空紫外光源的相对光谱功率分布和绝对辐射效率。

灯架位于手套箱内，可以是固定式的，也可以是旋转式，灯架可按装多个样品灯，可将多根线形光源依次旋转对准探头和光纤。灯架的高度可以调节。

本发明为各种线性紫外光源的真空紫外辐射效率的评估提供一种简便、可靠、准确的测量手段，可用于真空紫外光源的研究开发、生产制造和品质评价。

附图说明

下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明：

图1为本发明的手套箱的结构图。

图中标号：1—手套箱；2—灯架；3—氟化镁观测窗；4—石英观测窗；5—石英观测窗；6—水蒸汽探头；7—氧气探头；8—气路循环；9—水循环接口；10—过渡舱；11—真空紫外探头；12—紫外探头；13—光纤；14—多芯航空插头；15—机械泵；16—操作手套。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。所描述的实施例仅为本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

从图1所示的本发明实施方式可知，基于手套箱的真空紫外光源测试系统，包括高低温恒温手套箱1、灯架2和紫外辐射测试设备等。手套箱1的正面是透明的观察窗，外部装有黑布可以进行挡光；其余内表面全部涂黑，避免测量时杂散光的影响。手套箱1的顶部有两个观测窗3、4，背面有一个观测窗5，分别用于不同的紫外辐射测试设备。观测窗3采用氟化镁晶体材料，可以用来测量波长200 nm以下的真空紫外辐射；观测窗4和5采用适应石英玻璃材料，用于测量波长200 nm以上的紫外辐射。手套箱1上装有水、氧探头6、7，分别连接分析仪，用来检测手套箱内的水蒸汽和氧气含量，避免真空紫外被水蒸汽和氧气吸收影响测试结果。手套箱1上设有气路循环管道8用于手套箱1内的气体净化；手套箱1还附设水循环接口9，可以通过恒温水浴或油浴控制光源的管壁温度或冷端温度。手套箱1上的过渡舱10采用波纹管制成，可以折叠，长度可调节，因此可以根据待测灯的长度伸缩过渡舱，从而便于安装样灯。

测试系统采用两台紫外辐照度计和一台光纤光谱仪，辐照度计分别配备185 nm探头11和254 nm探头12。185 nm探头11放置在观测窗3上，探头与窗口之间需要保持氮气氛围；254 nm探头12放置在观测窗4上，探头处于常温常压的大气中即可。两个探头的接收面均对准待测灯灯体，且探头的法线必须垂直于灯轴。光谱仪的光纤头13固定于观测窗5外，垂直瞄准待测灯；光纤头前可以安装余弦校正片、准直透镜等光学器件。

灯架2固定于手套箱1内，灯架的高度可以调节。待测灯安装后，灯轴与两个辐照度计探头的中心连线是平行的。用Keitz方法测量时，探头和灯的距离D与灯的发光长度L必须满足D≥2.5L的条件，因此，还需要根据灯与探头的距离来确定待测灯容许的发光长度，有必要时可以采取适当的措施来遮挡待测灯，确保待测灯露出的发光长度满足测试方法的要求。手套箱1上装有的多芯航空插头14可以为待测灯提供电连接。

测试开始前，通过气路循环管道8向密闭的手套箱1内充入高纯度的氮气，并通过手套箱1外部的净化系统循环来过滤去除掉其中的活性物质，使水、氧均能达到1PPM以下的实验环境。随后，将待测灯装入过渡舱10后，关闭外部舱门，利用机械泵15对过渡舱10抽真空，然后利用箱体表面的操作手套16开启内部舱门，将待测灯安装到灯架2上并调整好灯的位置。

本发明提供的紫外测试系统方便、可靠、廉价，可以很好地实现各种线性紫外光源的紫外辐射和真空紫外辐射效率评估，能够为实际生产提供有效准确的测试数据。

Claims (8)

1.基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：包括高低温恒温手套箱、灯架和紫外辐射测试设备，其中：

所述手套箱具有一个观察窗，用于观测手套箱内的操作状态，其外侧装有可开合的挡光设施，正常实验测试时用于遮挡手套箱外部的光线，避免杂散光干扰导致的测量误差；同时设有若干个辐射测试窗口，也作为观测窗；手套箱其余内表面进行黑化处理；

所述紫外辐射测试设备包括若干紫外辐照度计、光谱仪、单色仪，用于测量紫外辐射；

所述灯架位于手套箱内，是固定式或者是旋转式，灯架的高度可以调节。

2.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述的观测窗材料根据待测波段确定，测量波长200 nm以下的真空紫外辐射时，窗口材料采用氟化镁晶体，探头或光纤与窗口之间抽真空或者保持氮气或氩气氛围；测量波长200 nm以上的紫外辐射时，窗口材料是石英玻璃，探头或光纤周围处于常温常压的大气中。

3.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述的手套箱内装有测量水蒸汽含量的探头、测量氧气含量的探头，这些探头与外部的分析仪相连，用来检测手套箱内的水、氧含量。

4.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述的手套箱附设水循环接口，可以通过恒温水浴或油浴控制光源的管壁温度或冷端温度。

5.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述手套箱设有过渡舱，该过渡舱采用可折叠的结构，过渡舱的长度可以根据装入的灯的尺寸通过可折叠结构进行伸缩调节。

6.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述紫外辐照度计探头放置于手套箱观测窗外，探头的接收面对准灯体，且探头受光面的法线垂直于灯轴。

7.根据权利要求1所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述光谱仪采用光纤导光，光纤头固定在手套箱的观测窗外，光纤头前安装有余弦校正片、准直透镜。

8.根据权利要求7所述的基于手套箱的真空紫外光源测试系统，其特征在于：所述的手套箱直接跟真空单色仪的入射缝法兰连接，组成联合测试系统，同时测定真空紫外光源的相对光谱功率分布和绝对辐射效率。