CN109683641A - 一种无极灯温度控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无极灯温度控制方法和装置，包括：将汞无极灯与高频电磁线圈连接，并接通电路使所述汞无极灯正常工作；对所述汞无极灯输入不同的频率和功率，分别测量汞无极灯正常工作时对应汞无极灯的冷端温度；将汞无极灯的冷端温度控制到预设的阈值范围内，并测量在此温度范围内汞无极灯的辐射强度，并在达到最强辐射强度时计算出最优冷端温度。本发明通过对汞灯冷端温度精确测量及控制，使得多余汞贮存于冷端中，汞无极灯温度恒定、灯泡内饱和蒸气压稳定，且汞无极灯温度选在最佳温度，大大提高辐射效率，提高了高频无极汞灯泵浦能力以及汞离子微波频标性能。

Description

一种无极灯温度控制方法和装置
技术领域
本发明涉及电气照明技术领域。更具体地，涉及一种无极灯温度控制方法和装置。
背景技术
随着科技的发展，人们对于时间的精度提出了越来越高的要求。原子频标以原子能级跃迁的频率作为基准来测量时间，可获得高精度的时间标准。传统的原子钟有铯喷泉钟，铷钟和氢钟。汞离子微波频标可靠性高，体积与铷钟相仿，可达到氢钟的高准确度，在未来的时频应用中具有显著优势。
汞离子微波频标的物理系统包括离子阱囚禁和缓冲气体冷却离子系统，泵浦光源辐射194.2nm谱线激发199Hg+从2S1/2(F＝1)跃迁到激发态2P1/2，而后汞离子自发辐射回到基态并辐射荧光，当2S1/2(F＝1)态上的199Hg+被抽空时不再辐射荧光，汞离子被抽运到基态上。泵浦光源为高频无极汞同位素灯。无极汞灯辐射的谱线照度、线宽直接影响抽运过程中199Hg+的跃迁几率和激发效率。同时，无极汞灯的寿命和稳定性能即辐射谱线随时间波动的大小，直接影响辐射荧光的性质，时间频率的稳定度和准确度。
高频无极汞灯包含汞无极灯、振荡线圈和激励电路。汞无极灯内没有灯丝和电极，振荡线圈绕制在汞无极灯上，通过电磁感应耦合无极灯放电。当高频电场耦合泡内部时，放电空间的电子被电场加速。当能量达到一定值时，加速电子与容器内的气体分子发生碰撞，灯泡内气体雪崩电离成等离子体。等离子体受激原子返回基态时，自发辐射出紫外光。无极灯具有多种优势，长寿命，高频点灯下线路体积小易于调光，发光管可小型化且亮度高等优点。直接对汞灯控温使得汞灯有稳定的光输出，不受环境温度影响。相比于庞大的激光稳频系统，无极灯作为光源具有体积小、寿命长和不易受外界环境影响等优点，是研制可靠型汞离子微波频标的关键技术之一。
振荡耦合器随着时间推移产生的大量热量如果不能及时散发，导致线圈和汞无极灯温度过高，损耗增加，散热问题越来越突出。控温系统是保证高频无极汞灯辐射稳定的关键部分。与此同时，控温系统可稳定控制泡内的汞量，汞的饱和蒸汽压与温度成正比关系，汞灯点亮后冷端温度比泡体温度低，保证多余的汞贮存于冷端。目前高频无极汞灯大多无控温装置，然而如果不能够稳定控制温度，一方面辐射效率较低，194nm为汞离子谱线，辐射强度远低于汞原子谱线254nm，温度是影响194nm辐射强度以及194/254nm谱线辐射强度比的关键因素，如不能控制在最佳的温度，将影响整钟信噪比；另一方面汞离子微波频标的性能与汞灯辐射谱线的稳定性密切相关，温度不稳定导致辐射谱线的稳定性较差，不能满足精密量子频标的需求。
因此，需要提供一种无极灯温度控制方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无极灯温度控制方法和装置，解决汞无极灯泡体和冷端温度变化引起的汞饱和蒸气压不稳定和汞损耗大的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无极灯温度控制方法，包括：
将汞无极灯与高频电磁线圈连接，并接通电路使所述汞无极灯正常工作；
对所述汞无极灯输入不同的频率和功率，分别测量汞无极灯正常工作时对应汞无极灯的冷端温度；
将汞无极灯的冷端温度控制到预设的阈值范围内，并测量在此温度范围内汞无极灯的辐射强度，并在达到最强辐射强度时计算出最优冷端温度。
进一步地，所述汞无极灯包括：泡体和冷端，所述泡体长度为10mm-20mm，所述冷端长度为5mm-10mm。
进一步地，所述对所述汞无极灯输入不同的频率和功率包括：输入的频率范围为100MHz-150MHz，输入的功率范围为5W-15W。
进一步地，所述冷端温度的阈值范围为40℃-80℃，通过对所述冷端加热或降温使所述冷端温度持续控制在所述阈值范围内。
本发明还公开了一种无极灯温度控制装置，包括与汞无极灯耦合的高频电磁线圈、与汞无极灯连接使汞无极灯正常工作的激励电路、温度传感器及调节所述汞无极灯亮度的调节装置。
进一步地，所述汞无极灯材质为石英，包括泡体和冷端，所述泡体长度为10mm-20mm，所述冷端长度为5mm-10mm。
进一步地，所述调节装置包括：
频率调节器：用于调节所述高频电磁线圈的频率范围在100MHz-150MHz；
直流电源调节器：用于调节所述激励电路的功率范围在5W-15W。
进一步地，所述控制装置还包括半导体制冷片，用于降低所述汞无极灯的冷端温度。
进一步地，所述控制装置还包括功率管，用于对所述汞无极灯的冷端加热，升高所述冷端温度。
进一步地，所述控制装置还包括光谱仪，用于测量所述汞无极灯的相对辐射强度。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案通过对汞灯冷端温度精确测量及控制，使得多余汞贮存于冷端中，汞无极灯温度恒定、灯泡内饱和蒸气压稳定，且汞无极灯温度选在最佳温度，大大提高辐射效率，提高了高频无极汞灯泵浦能力以及汞离子微波频标性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1为本发明无极灯温度控制方法流程图；
图2为本发明无极灯温度控制装置示意图；
图3为本发明无极灯提升温度装置示意图；
图4为本发明无极灯降低温度装置示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开了一种无极灯温度控制方法，包括：
S1、将汞无极灯与高频电磁线圈连接，并接通电路使所述汞无极灯正常工作。
首先准备多组汞无极灯，同时进行测试，可尽快提高测试效率，汞无极灯包括泡体和冷端，所述泡体长度为10mm-20mm，所述冷端长度为5mm-10mm。使用高频电磁线圈耦合汞无极灯，并将汞无极灯连接到激励电路中使其正常工作。
S2、对所述汞无极灯输入不同的频率和功率，分别测量汞无极灯正常工作时对应汞无极灯的冷端温度。
将高频电磁线圈的输出频率调节为100MHz-150MHz间，将激励电路的功率调节为5W-15W。分别测量在此频率和功率范围内不同的频率和功率汞无极灯正常工作时对应的冷端温度，初步将阈值范围内不能使汞无极灯正常工作的频率和功率组合滤除。
S3、将汞无极灯的冷端温度控制到预设的阈值范围内，并测量在此温度范围内汞无极灯的辐射强度，并在达到最强辐射强度时计算出最优冷端温度。
进一步地选取汞无极灯正常工作时冷端温度为40℃-80℃对应的频率和功率组合，滤除上一步剩余组合中不符合条件的组合，此时剩下的组合为功率为5W-15W，频率为100MHz-150MHz，同时汞无极灯的冷端温度为40℃-80℃。测量汞无极灯发出的光的辐射强度，选取其中辐射强度为谱线194nm对应的频率和功率组合，并记下对应的冷端温度，此时得到的冷端温度为不同功率、频率下的最优冷端温度。最后根据得出的最优冷端温度在对应频率和功率组合不变的情况下对汞无极灯冷端进行加热或制冷，使冷端温度始终保持最优冷端温度，以使汞无极灯发出的辐射最强。
如图2所示，本发明的一个实施例还公开了一种无极灯温度控制装置，包括与多组汞无极灯耦合的高频电磁线圈、与汞无极灯连接使汞无极灯正常工作的激励电路、温度传感器及调节所述汞无极灯亮度的调节装置，所述汞无极灯材质为石英，温度传感器在此使用热敏电阻，在汞无极灯冷端设有导热技术外壳。所述调节装置包括：频率调节器：用于调节所述高频电磁线圈的频率范围在100MHz-150MHz；直流电源调节器：用于调节所述激励电路的功率范围在5W-15W。将汞无极灯正常工作时冷端温度控制在40℃-80℃，同时测量汞无极灯发出的光的辐射强度，选取其中辐射强度为谱线194nm对应的频率和功率组合，并记下对应的冷端温度，此时得到的冷端温度为不同功率、频率下的最优冷端温度。最后根据得出的最优冷端温度在对应频率和功率组合不变的情况下对汞无极灯冷端进行加热或制冷，使冷端温度始终保持最优冷端温度，以使汞无极灯发出的辐射最强。
具体的，如图3所示，当汞无极灯冷端温度低于40℃-80℃区间温度时，则采用功率管加热，功率管通过导热金属外壳对无极汞灯冷端加热，功率管连接升温电路，控制冷端温度升到指定温度。
如图4所示，当汞无极灯冷端温度高于40℃-80℃区间温度时，则采用TEC制冷，TEC制冷片通过导热金属外壳降低无极汞灯冷端温度，TEC制冷片连接制冷电路，控制冷端温度降到指定温度。
本发明所述技术方案通过对汞灯冷端温度精确测量及控制，使得多余汞贮存于冷端中，汞无极灯温度恒定、灯泡内饱和蒸气压稳定，且汞无极灯温度选在最佳温度，大大提高辐射效率，提高了高频无极汞灯泵浦能力以及汞离子微波频标性能。
本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种无极灯温度控制方法，其特征在于，包括：
将多组汞无极灯与高频电磁线圈连接，并接通电路使所述汞无极灯正常工作；
对所述汞无极灯输入不同的频率和功率，分别测量汞无极灯正常工作时对应汞无极灯的冷端温度；
将汞无极灯的冷端温度控制到预设的阈值范围内，并测量在此温度范围内汞无极灯的辐射强度，并在达到最强辐射强度时计算出最优冷端温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汞无极灯包括：泡体和冷端，所述泡体长度为10mm-20mm，所述冷端长度为5mm-10mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述汞无极灯输入不同的频率和功率包括：输入的频率范围为100MHz-150MHz，输入的功率范围为5W-15W。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷端温度的阈值范围为40℃-80℃，通过对所述冷端加热或降温使所述冷端温度持续控制在所述阈值范围内。
5.一种无极灯温度控制装置，其特征在于，包括与汞无极灯耦合的高频电磁线圈、与汞无极灯连接使汞无极灯正常工作的激励电路、温度传感器及调节所述汞无极灯亮度的调节装置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述汞无极灯材质为石英，包括泡体和冷端，所述泡体长度为10mm-20mm，所述冷端长度为5mm-10mm。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调节装置包括：
频率调节器：用于调节所述高频电磁线圈的频率范围在100MHz-150MHz；
直流电源调节器：用于调节所述激励电路的功率范围在5W-15W。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括半导体制冷片，用于降低所述汞无极灯的冷端温度。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括功率管，用于对所述汞无极灯的冷端加热，升高所述冷端温度。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括光谱仪，用于测量所述汞无极灯的相对辐射强度。
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