CN1146258A - 电路设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量电路，它通过测量某一特定波长范围内的红外辐射功率来检测放电灯管内壁所沉积的电极物质数量，包括一种用于产生电信号的检测器，该电信号构成一种对在所说波长范围内红外辐射功率的测量。根据本发明，这种测量是在一个时间段内完成的，这个时间段是自随着放电灯熄灭的一个预定时间间隔后开始的。这种测量方法的精确度由此得以提高。

Description

电路设备

本发明涉及一种测量电路，它通过测量放电灯辐射出的某一特定波长范围内的红外辐射功率来检测放电灯管内壁所沉积的电极物质数量，该测量电路包括一种用于产生电信号的检测器，该电信号构成一种对在所说波长范围内红外辐射功率的测量。本发明也涉及一种包括放电灯的照明装置，一种检测放电灯管内壁上沉积的电极物质的方法和一种操作放电灯的电路装置。

一般说来放电灯(进一步也表示为灯)装有电极，在灯管工作期间电极间的放电是持续的。然而，在灯管工作期间，电极物质被从电极移开，并沉积在灯管的内壁。举例来说，许多放电灯的电极包含钨作为一种发射极材料，这样在灯的寿命内，越来越多数量的钨就沉积在灯的内壁上。电极物质的这种沉积不仅减弱了灯管发出的发光效率，而且导致等离子体辐射越来越多地为沉积的电极物质吸收。这种吸收会导致工作时灯管温度的升高，并且根据灯管类型的不同，最终有使灯管爆炸的危险。这种问题尤其多见于如DP3813421中所描述的那种具有卤素传输环节的高压水银灯中。一旦与该卤素有关的环状过程被干扰，会加速电极物质的沉积，这会相当容易地导致灯管的爆炸。

例如在灯管稳定的工作状态下，通过测量灯辐射的在某一特定波长范围内的红外线的多少来测量沉积电极物质的数量是可能的。在沉积的电极物质数量增加的情况下，红外线的数量(主要产生于等离子体)会减少，这是因为红外线被沉积的电极物质部分屏蔽了。这种方法的一个缺点就是它相当地不精确。这种不精确性部分是由于新灯红外光输出的扩散较大。

本发明的目的就是提供一种简单而便宜的测量电路，使得所沉积的电极物质的数量能相当精确地被测得，并提供用于操作放电灯、包含有这种测量电路的一种电路装置。本发明的另一个目的是提供包括这种测量电路的一种照明设备，并提供一种用于测量电极物质沉积量的简单且精确的方法。

因此如上面段落所描述的测量电路正是依据本发明，其特征在于该测量电路装备有用于检测放电灯熄灭的装置I以及连接着装置I和检测器的装置II，该检测器用于记录开始于紧随着灯管熄灭的一段预定的时间间隔之后的一段时间内的红外线辐射功率。

在该预定的时间间隔之后，这个时间间隔的选择决定于放电灯的种类和大小，灯电极的温度会降低至大约同灯管及其上沉积的电极物质相同的温度。由于此时灯管内已无放电，而且电极拥有的表面面积只是灯管表面积的一个零头，因此，在灯熄灭和预定的时间间隔过去后，放电灯辐射的红外辐射的主要部分是由沉积在灯管内壁上的电极物质产生的。与在灯稳定工作状态时所做测量不同，在灯管熄灭后一个预定时间间隔后测量的方法就因此构成了一种相当精确的、对沉积于灯管内壁上电极物质数量的测量方法。

红外辐射的特定波长范围如此选择，以便在此范围内灯管对红外辐射总强度的贡献可以忽略不计。例如对石英灯管，如果特定波长范围选择在3μm以下，这是成立的。当灯管是由铝的氧化物制成时，特定波长范围就应选择低于7μm。为了确保只有在该特定波长范围内的红外辐射才被测量，最好是可在检测器中加入一个滤光器。

可以发现，如果检测器包含硅光电二极管或是锗光电二极管就会得到满意的结果。

红外线辐射功率测得值可以存放在存贮器中，并且举例来说，可以用于显示或检查继续使用灯管是否仍然安全。与此类似，在测量表明所沉积的电极物质数量超过预定数值时，装置II可被连接于用来产生可听或可视信号的装置。放电灯的用户在后一种灯管需要替换的情况下能自动地得到警告。

在用于操纵放电灯的电路装置中装有一种根据本发明的测量电路是合乎期望的。这种测量电路可以使灯管的使用者更为密切地监视沉积过程，并及时地更换灯管。当测量表明所沉积的电极物质数量超过预定数值时，可允许在电路设备中装备上用于使该电路设备不能工作的装备III。预定数值与灯管安全工作所允许的电极物质最大沉积量有关。这种情况下，该电路设备的使用者会自动地得到保护，以免在灯管内壁沉积有大量电极物质、继续使用灯管就会有爆炸的危险时使用灯管。

在将放电灯用于一种与能透过红外线的反光镜连接在一起的照明设备的应用中，将反光镜置于放电灯和检测器之间是可行的。这样，检测器就不被灯辐射的可见光干扰。这样一种照明设备是非常适合用于例如投影电视的。

同样地，一种依据本发明的方法，其特征在于：在特定波长范围内的红外线辐射功率被测量时，灯管中并无放电存在，并且测量是在灯管被加热到高温后进行的。这种加热灯管至高温可以，例如通过在烘箱中进行，也可通过使灯管工作一段时间后得到，在此之后测量在自紧随灯管熄灭后的一个预定时间间隔开始的一个时间段内完成。

本发明的实施方案将参考附图做进一步解释。

在附图中，图1绘出了包含根据本发明测量电路的电路设备的实施方案；

图2更详细地绘出了图1的实施方案；

图3绘出了出现在如图2所示实施方案中不同端子的信号波形对时间的函数；

图4绘出了由按照本发明测量电路测量到的一个未用过的放电灯和一个使用过的放电灯的红外辐射的相对强度。

在图1中，K1和K2是用来连接供电电压源的端子。OC是用来从电源电压源所提供的一个电源电压产生通过放电灯的电流的电路。放电灯La被连接在电路OC的第一和第二输出端上。DET是用于产生一个电信号的检测器，该电信号构成一种对在特定波长范围内红外辐射功率的测量。检测器DET的输出端分别被连接在装置II的第一和第二输入端上，该装置II用于记录自放电灯熄灭后的一个预定时间间隔之后开始的一个时间段内红外辐射的功率。电路OC的第三输出端被连接到装置II的第三输入端。这后者的连接在这个实施方案中构成了用于检测放电灯熄灭的装置I。检测器DET、装置I和装置II共同构成了一种测量电路，用于测量由电路OC操作的放电灯灯管内壁上所沉积的电极物质数量。装置II的一个输出端被连接在装置III的一个输入端上，用于使电路OC并因此该电路装置在测量表明沉积的电极物质数量大于预定数值时不能工作。因此，装置III的输出端被连接到电路OC的输入端。

图1所示电路设备的操作如下。

当端子K1和K2连接到供电电压源的电极并且电路OC处于工作中时，它产生一个通过放电灯La的灯电流。当通过停止电路OC的动作使放电灯La熄灭时，装置II通过电路OC的第三输出端和装置I被激活。在一个预定时间间隔后，装置III激活检测器DET并且该检测器会产生一个信号，它构成了一种对灯辐射的在某个波长范围内的红外辐射功率数值的测量。该信号由装置II记录。如果信号表明灯管内壁上沉积的电极物质数量大于预定数值，那么装置III被装置II的输出激活，并且电路OC会变得不可工作。这就表明任何继续使用放电灯都是不可能的，而且必须在继续使用放电灯之前更换放电灯。在测量表明沉积的电极物质数量大于预定的数值时，装置II的输出端也可被连接到用于产生可听或可视信号的装置上。但是，这类装置未在图1中画出。借助于同样示在图1中给出的线路图，对放电灯La的替换使电路OC可重新工作，这就意味着进一步的灯工作又成为可能。

在图2中较详细地绘出装置II的结构和检测器DET的结构。

检测器DET由光电二极管D、滤光器Fi、运算放大器OP1和OP2，电阻R1～R7和电容C1-C4构成。

装置II由电路部件CPI、CPII和CPIII，开关无件S1和S2、电阻R8-R12、运算放大器OP3以及电容C5构成。

光电二极管D可以是例如硅型或锗型的。滤光器Fi被放在光电二极管D和放电灯之间。滤光器Fi决定在哪个特定波长范围内的红外辐射会被测量。光电二极管D和电阻R1的串联电路被连接在运算放大器OP1的输入端之间。运算放大器OP1的输出端与运算放大器OP1的反向输入端通过电阻R2和电容C1的并联电路相连。运算放大器OP1的输出端通过电阻R3、电阻R4和开关元件S1的串联电路连接到地电位上。电阻R4和开关元件S1的串联电路与电容C2并联。电阻R3和R4的公共端通过电阻R6被连接在运算放大器OP2的正向输入端。运算放大器OP2的正向输入端通过电容C3亦连接到地电位。运算放大器OP2的反向输入端通过电阻R5连接在地电位，并且通过电容C4和电阻R7的并联电路连接于运算放大器OP2的输出端。运算放大器OP2的输出端通过电阻R8、电阻R12和开关元件S2的串联电路连接于地电位。电阻R12和开关元件S2的串联电路被并联在电容C5上。电阻R8和电阻R12的公共端被连接在运算放大器OP3的正向输入端。运算放大器OP3的反向输入端被连接在包括电阻R9和R10的串联电路的参考电压源的输出端上，R9和R10的串联电路被连接在一电源电压端Vcc和地电位之间，其中R9是一个分压器。运算放大器OP3的输出端被连接于电路部件CPII的输入端，CPII是一个双稳态多谐振荡器。电路部件CPII的输出端连接在装置III的输入上。

构成装置I的连接是连接在电路OC的第三输出端和电路部件CPI的输入端之间的，CPI是一个单稳态多谐振荡器。电路OC的第三输出端亦被连接至开关元件S1的控制电极以及至电路部分CPIII的第一输入，CPIII是一个或门。电路部件CPI的输出被连接在电路部件CPIII的第二输入端上。电路部件CPIII的输出端连接至开关元件S2的控制电极。

如图2所示的电路设备，特别是检测器和装置II的工作如下所述。

在灯工作期间，出现在电路OC第三输出端上的数字信号A为“高”。因此，电路部件CPI的输出是“低”，并且电路部件CPIII的输出是“高”，这样就使得开关元件S1和S2都导通。由于开关元件的导通，两个运算放大器的输出都在某种程度上短接在地电位上。在通过停止电路OC的工作来使放电灯La结束稳定运行的情况下，信号A会从“高”变到“低”。信号A的这种变化使开关元件S1变得不导通。信号A的变化也使得电路部分CPI的输出(信号B)在自信号A变为低电平后经一个预定时间后开始的一个时间段内变成“高”。在这个时间段后，电路部件CPI的输出又变回“低”。在这个时间段内，电路部分CPIII的输出(信号C)是“低”，这样以至于开关元件S2变为不导通。由于这个时间段内两个开关元件均不导通，一个信号(信号D)就出现在运算放大器OP3的正向输入端，该信号构成了一种对通过滤光器Fi过滤后照射到光电二极管上的红外线功率的测量。该信号会与一个由电阻R9和R10构成的参考电压源所产生的参考信号G相比较。信号G如此选定，以便于同预定的辐射功率的数量相对应。这个预定数量同灯安全工作所允许的最大的电极物质沉积量相对应。如果发生在预定时间间隔过后，至少在该时间段的开始，信号D便大于参考信号G的情况下，运算放大器的输出(信号E)从“低”变到“高”(在某一时间间隔内)。这种情形对应于灯管内壁上沉积的电极物质数量已使得继续使用灯管变得不安全的情况。作为运算放大器OP3的输出从“低”变到“高”的结果，电路部件CPII的输出(信号F)从“低”变成了“高”。信号F的这个变化被用来激活装置III，从而使电路装置变成不可运行。然而，如果在预定的时间间隔过后，至少在该时间段的开始，信号D小于参考信号G，那么运算放大器OP3的输出(信号E)并不从“低”变到“高”。作为结果，信号F也不改变，使得装置III未被激活。这后一种情形对应于灯管内壁上沉积的电极物质数量比使得继续操作灯管不再安全所需的数量要低的情况。

在图3中绘出了如图2说明中定义的信号A～G的时间相关性。t_on是灯管运行的起始时刻。t_out是停止电路OC运行而使灯管熄灭的时刻。Δt₁是预定的时间间隔，起始于灯的熄灭。Δt₂是自预定时间间隔结束起的时间段。信号D1与沉积在灯管内壁相对少的电极物质量相对应。因此，在时间段Δt₂的开始时刻信号D1低于参考信号G。信号D2与沉积在灯管内壁相对多的电极物质量相对应。因此，在时间段Δt₂的开始时刻信号D2高于参考信号G。信号E和F的形状对应的是后一种情形。

在图4所示的曲线图中，由一种高压水银放电灯辐射的红外辐射的相对强度取对数沿垂直轴绘出。从灯管熄灭后经历的时间以秒为单位沿水平坐标轴绘出。实线表示灯管内壁沉积有一定数量的电极物质，虚线则对应一新灯管实际上在灯管内壁尚无沉积电极物质的情况。正如图4中可看到的那样，在灯熄灭后大约4秒和15秒之间，两灯的红外辐射数量的差异是相当大的，因此，在这一时间段内测量沉积物数量会产生相当精确的结果。当同样波长范围内的红外辐射功率在两灯管均处于稳定工作状态被测量时，内壁沉积有电极物质的灯管的红外线功率比新灯管辐射的只低15％。灯管均是如DP3813421中所描述的那种以卤素为传输环节的高压水银灯管。均有大约100瓦特的标定功率。红外辐射功率是用一种检测器测量的，该检测器包括一个硅光电二极管和一个截止波长为900nm的滤光器。由于硅光电二极管在1100nm有感光性限制，所以，红外辐射强度测量所在的特定波长范围是900nm到1100nm。

Claims (10)

1.用于测量放电灯灯管内壁沉积的电极物质数量的方法，包括加热放电灯至高温与测量放电灯辐射的在一特定波长范围内的红外辐射功率，其特征在于，测量是在放电灯中没有放电存在时完成的。

2.按照权利要求1的方法，其中放电灯的加热是通过使放电灯工作来完成，而测量是在一时间段内完成的，该时间段是自放电灯熄灭后经一个预定时间间隔后开始的。

3.通过测量放电灯在某一特定波长范围辐射的红外功率来测量放电灯管内壁沉积的电极物质数量的测量电路，包括用于产生一种电信号的检测器，该信号构成一种对在所说的波长范围内红外线功率的测量，其特征在于，该测量电路装备有用于检测放电灯熄灭的装置I以及连接着装置I和所说检测器的装置II，该检测器用于记录自随着灯管熄灭的一个预定时间间隔之后开始的一个时间段内的红外辐射功率。

4.按照权利要求3的测量电路，其中所说检测器包括一个硅光电二极管或一个锗光电二极管。

5.按照权利要求3或4的测量电路，其中装置II包括一个存贮器。

6.按照权利要求3、4或5的测量电路，其中装置II连接着用于在测量表明电极物质的沉积量超过预定数值时产生可听或可视信号的装置。

7.按照权利要求3～6中一或多条的测量电路，包括一个滤光器。

8.用于操作放电灯的电路设备，包含电路OC和按照权利要求3～7中一或多条的测量电路，该电路OC用于从电源电压产生灯电流。

9.按照权利要求8的电路设备，包括装置III，它用于在测量表明电极物质沉积数量超过预定数值时使电路设备变成不能工作的。

10.照明装置包括放电灯，在一条或多条权利要求3～7中所申明的测量电路，以及能透过红外线的反光镜，其中反光镜被安置在放电灯与检测器中间。

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