CN1284832A - 用于检测气体放电灯的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测气体放电灯的方法,该方法可以检测一与灯压相关的电测试值,还涉及一种用于检测气体放电灯的装置,该装置包括一个用于检测与灯压相关的电测试值的控制电路。为了能够较好地预测放电灯的寿命和预防因放电灯爆炸引起的危险,当灯压明显降低时,所述测试值被测量并产生一警告信号。所述电测试值既可以与灯压(点燃电压)成正比(例如,在灯外即可容易测到的并且最好与灯压成正比的电压),也可以成反比(例如,供给灯的电流)。

Description

用于检测气体放电灯的方法和装置
本发明涉及一种用于检测气体放电灯的方法，该方法可以检测一与灯压相关的电测试值(M)；本发明还涉及一种用于检测气体放电灯的装置，该装置包括一个用于检测与灯压相关的电测试值的测试电路。
灯内压力超过200巴的高压气体放电灯(如一种超高功率(UHP)灯)，在其寿命终点时常常发生灯泡的爆炸。这样的UHP灯，实质上是在近似球形的石英灯泡内设置钨电极并横向密封，以便使电极间具有1.0至1.3mm的间隙。在电极之间产生气体放电，伴随向上的对流，使灯泡上表面的温度接近石英的熔点，而灯泡壁是由石英制成的。在电灯的使用寿命期间，由于钨从电极尖端挥发，使得钨电极之间的间隙增加。又由于电灯受恒定功率的控制，电灯的电压点燃电压会增加。当发生爆炸时，包围灯泡的外罩部分会被玻璃碎片和灯泡内的材料(如水银和其它填充料)污损。这就是众所周知的为什么灯泡被容置在封闭的反射体内的原因。
由于热因素的影响，在一个小的反射系统中，将被容置在封闭反射体内的高功率电灯合并是很困难的。在反射体外部灯的自由端设置一带有穿孔的前板，用以解决发热的问题，然而，一些爆炸物容易残留在反射体内，造成外壳内部的损坏(如放映机)。
德国专利DE 19715254公开了这样的技术，设置一镇流器用以控制气体放电灯，以实现监测灯寿命的目的。在使用高压气体放电灯的情况下，为了检测灯使用性能的恶化，并及时将灯更换，所述镇流器设置有一检测电路，当电灯的点燃电压长时间超过一极限值时，检测电路检测出电压的升高值并在必要时切断镇流器。所述镇流器能够以公知的方式(如，提供负载功率和点燃装置)实现对气体放电灯的控制功能。另外，所述镇流器还包括一检测装置(控制电路)和一定时电路，该检测装置带有用于检测点燃电压的检测电路。该检测电路检测气体放电时的电压或某些相关电压。当点燃电压超过一设定的极限值时，检测电路在输出端发出一信号。该信号并不立即用来阻碍或终止灯的电源供应，但是，首先通过定时电路来检测其时间梯度。一旦信号持续了一给定的时间段后，电源被切断。
按照上述的现有技术，用于检测气体放电灯的方法和装置只是检测灯的点燃电压，直至它升至一极限值。这样的方法，对于那些由于电极的恶化而导致点燃电压升高的灯是适用的。极限值的超出可以作为一个切断信号，以避免灯的损坏。通常，气体放电灯不会达到其具有最大电压的寿命极限，这是因为，由于其它原因灯早已被损坏了。在达到最大电压之前，放电容器(灯泡)内部发生变黑，尤其是当灯的填充有缺陷时更易变黑。这样，导致灯泡的体积增加(连续膨胀)，因而压力下降。由于点燃电压没有升高，更由于压力的下降，尽管电极间的间隙增加了，但是，用公知的检测装置不能检测到灯爆炸的危险。
本发明的一个目的是为了实现对气体放电灯更好的检测。尤其是，能可靠地预知灯的寿命和爆炸危险。
本发明的目的是这样实现的：当一与灯压明显减少相关的测试值被检测到时，会产生一个警告信号。所述电测试值与灯压(点燃电压)既可以成正比(例如，在灯外用简单的方法即可容易测到的并且最好与灯压成正比的电压)，也可以成反比(例如，供给灯的电流)。与公知的方法不同，所述方法不是检测实质上恒定的升量或梯度，而是检测灯压的具有负趋势的时间梯度。特别是当灯压具有负趋势时，其明显减少是可以被检测到的。作为灯压的时间梯度的一个附加特性，例如，经过一段时间后发生了负比降，这时，可以利用一个给定的、可调的绝对值或者是两者的结合。
在本发明的一个实施例中，所述测试值要与一参考值比较，对应于每个测试值要根据测试值与参考值的偏差而得出一个差值，当与一可调的最大差值相对应的测试值被检测到时产生一警告信号。所述参考值依赖于时间，因为它与某一给定时刻相关灯的标准值相适应。所述参考值可根据对类似灯的测量而得出。更进一步的可能性是，警告信号是基于所检测到的灯压的最小值而产生的。该最小值也可以与具有时间依赖性的相关参考值相结合。基于安全因素，当灯压处于最低时，灯必须被切断和更换，上述最小值与该最低灯压相关。
在本发明的一个首选实施例中，在用于控制气体放电灯的镇流器装置中设有一微处理器，该微处理器接收上述测试值，实现对与灯压明显降低相适应的测试值的检测，并产生一警告信号。在公知的用于控制气体放电灯的电子镇流器中，常常使用微处理器，以控制点燃电压、频率、脉冲幅度和功率，并且，当电源电压很低时，将灯的功率切换为半功率。该微处理器应结构简单或者可以被修改，以便按照本发明可以实现检测气体放电灯的其它功能。
在本发明所述方法的一个优选实施例中，该微处理器按照一有规律的时间间隔接收测试值，在气体放电灯的一可调的燃烧阶段并不处理接收到的测试值以根据灯压的明显减少来决定测试值，每次从五个连续的测试值中确定该测试值的升量，当测试值的一个负梯度被检测到时产生一警告信号。这些功能通过一常用的微处理器即可实现。在通过电源频率和计数器来设置测试值的瞬间，该微处理器接收到该测试值，并把它存放在存储器(如寄存器)中。灯的燃烧阶段的时间可以按照类似的方式来设定。在气体放电灯的燃烧阶段的第一阶段，电压可能发生波动，但无须考虑，直到一个周期(比如2000小时)才将一第一测试值储存。一旦五个测试值都被储存在存储器中，微处理器通过常规的数学处理以确定测试值的梯度。这些测试值的数值和它们的相应频率显然依赖于所需的精确度以及所使用的微处理器的功率。当检测到一负梯度时，微处理器的输出被激活，随之产生一警告信号。
此外，本发明的目的还通过一检测装置来实现，在该装置中设有一控制电路，当与灯压相关的测试值发生明显减少而被检测到时，该控制电路产生一警告信号。控制电路，比如可以通过一个合适的经过调整过的微处理器，一个带有固定布线的逻辑电路，或者在一模拟电路中而得以实现。按照本发明所述装置的优选实施例，将在从属权利要求中加以阐述。
按照本发明所述的用于检测气体放电灯的方法和装置，可以对灯的爆炸进行高可靠性地预测，进而及时地切断放电灯。因灯内加工处理(比如因变黑造成的再结晶)或者因局部外部载荷(比如器具冷却的故障)而产生的热应力，都是非实质性的。
本发明的实施例将通过结合下面的附图来作进一步说明。
图1是用于检测气体放电灯的装置的方框图；
图2是按照本发明所述的用于检测气体放电灯的方法的流程图，示出其流程次序；
图3是按照本发明所述的用于检测气体放电灯的方法的流程图，示出其再一种流程次序。
图1是按照本发明所述的用于检测UHP气体放电灯的装置的方框图。一电子镇流器2以公知的方式为控制UHP放电灯1供应所需的所有电源电压。一电压测量装置3测量供应给UHP灯1的电压。微处理器4在某一可调的瞬间接收测量到的电压值，此时通过一控制信号显示给电压测量装置3。显然，电压测量装置3和微处理器4可以制成一体或者和镇流器2合并，与之相反，此处图示只为简单缘故而用分开的方框表示了。一显示装置5与微处理器4的输出端相连接，当灯即将调换时通过光学方式发出信号。为此，微处理器4发出一个显示信号。这样，比如通过一种简单的，彩色标记的发光二极管或者通过一种液晶显示屏显示器，便形成了显示。特别地，显示装置5不必设置在UHP灯1的附近。也可以用一种声学信号或其它信号来代替上述显示信号。上述流程的执行依赖于应用和需求。一切断装置6也与微处理器4的输出端相连接。当微处理器4发出一个切断信号时，切断装置6触发镇流器2实现对灯1的切断。根据应用情况的不同，微处理器4可能发出两种不同的信号，分别被显示装置5和切断装置6所处理，这时微处理器4有一输出值。另外一种执行流程的可能情形是，微处理器4输出两种独立的值，每个输出值各发出一个激活信号，分别通过单独的连线传输给显示装置5和切断装置6。
在灯的寿命期间，随着钨在电极上的挥发，在UHP灯1内气体放电的弧长增加，与向上的对流有关的、并由气体放电引起的、作用在灯泡上侧的热应力会增加。由于变黑(吸热导致额外的热量)的原因，和/或由于热负载的结构特性的原因，灯泡的上侧开始变软。当灯泡上侧的温度升高到接近石英的熔点时，石英要向一种趋势发生流动，这种趋势就是，变软的石英的抗张强度变得与下降的内压相等。与此同时，UHP灯1的灯压也发生下降，不再与正常灯的标准值相适应，因而可以被用来检测UHP灯1的膨胀。之后，UHP灯1被切断，以避免发生爆炸。这种结果发生的时刻依赖于灯的不同参数和电极产品，依赖于功率和操作的方式，还依赖于UHP灯1与光学系统结合的情况。这就意味着每个UHP灯1必须被单独检测。
除去第一个约2000小时之后，UHP灯1的瞬时电压梯度的特性是电压稳定地升高。钨从熔化的电极尖端不断挥发，其速度依赖于操作的方式。这样又导致电极间的间隙增加以及电压值升高。瞬时电压梯度的升高依赖于对灯的操作方式。比如，对以不同方式操作的灯A和灯B进行测量直至约6000小时，在电压有一明显的下降后，显示出一基本恒定的电压梯度。这就是一个表示灯压已经下降的信号，它缘自灯泡的膨胀。上述两灯在7000小时之后确实毫无损坏，但是，它们分别有0.9mm和1.0mm的变形。与之相比，两个灯C和D分别经过4000小时和5000小时的测量，其电压均显示为恒定地升高，然后，电压明显降低。灯C经过约6600小时后爆炸，灯D经过约7000小时后发生0.8mm的变形。尽管灯还在使用着，但是，伴随着电压下降，在光学系统中将被利用的光通量也下降到UHP灯1因此而需要更换的程度。按照本发明，如上所述的电压下降会被镇流器2检测到，该镇流器包括一微处理器4，该微处理器则控制点燃电压、频率、脉冲幅度和功率，当电源电压较低时，该微处理器还将UHP灯1的功率切换至半功率。
如图2所示，为本发明所述检测方法的一个实施例的流程图。电压测量装置3提供一个测试值M，微处理器4接收该测试值M。微处理器4包括一可调的时间回路，通过一可调的燃烧阶段T0延迟对测试值M的赋值。在燃烧阶段T0之后，测试值M与一可选择的参考值R进行比较，该参考值R取决于根据测量而确定的灯1的标准值，在微处理器4中预设该参考值R。测试值M和参考值R表示一与灯1的点燃电压成比例的电压，而该点燃电压很容易在镇流器2中测量到。为了避免因电压的变化而造成灯在燃烧阶段T0的第一阶段过早地被切断，直到约2000小时之后，才以一有规律的时间间隔如100小时，通过一定时器对电压进行测量。当测试值M小于参考值R时，灯压(UHP灯的点燃电压)会明显减少。经过如此比较会导致测试值M低于参考值R，这时，延迟时间T预设为0。延迟时间T与一可调的等待时间T1比较。一直对实际测试值M是否低于参考值R进行测试，直到等待时间T1结束，此间，延迟时间T是增加的。当等待时间T1已经结束时，也就是，在等待时间T1期间测试值保持低于预设的参考值R，产生一个警告信号。在一选定的时间周期内，与选定的参考值R相比较，测试值M保持不变的较低值，致使UHP灯1的灯压有一明显降低。
图3为本发明所述检测方法的另一个实施例的流程图。在一可调的燃烧阶段T0延迟对测试值M赋值的循环，在图3中未示出，但是，仍然以前面所述的方式在微处理器4中设置该循环。测试值Mi的一可循环的数字i0(这里，i0=5)被设置且被储存。一旦得到五个测试值M1，…，M5，电压升量λ便根据最近的五个测试值M1，…，M5计算出。只要升量λ为正值，就删除最前的测试值Mi，得到一个最新的测试值Mi，再一次计算梯度λ。当梯度λ被检测为负值时，产生一警告信号。最近的连续五个测试值M1，…，M5每次抑制了测试值Mi的波动和短周期的电压变化，而该电压变化可以通过电极上的材料转送而升高。特别地，为了方便地计算瞬时电压的梯度λ值，可采用一种第一序列衰降的方法，因为，用这种方法计算，短周期的电压变化和界外值不会导致灯的过早切断。直到计算出的梯度λ变为负值，才显示出灯泡发生了膨胀。这样，既可以用于对更换灯1发出警告，也可以用于切断灯以避免灯1发生爆炸。

Claims (10)

1．一种检测气体放电灯(1)的方法，在该方法中，一与灯压相关的电测试值(M)被检测，其特征在于：当与灯压明显减少相关的上述测试值(M)被检测到时，产生一警告信号。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上述测试值(M)与一参考值(R)相比较；根据上述测试值(M)和上述参考值(R)的偏差得出一个差值，该差值对应于每个测试值(M)；当与一可调的最大差值相对应的测试值被检测到时，产生所述警告信号。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当与灯压的一可调的最小值相对应的测试值(M)被检测到时，产生所述警告信号。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：需测量一与灯压相关的电压，所述相关电压与灯压的明显减少相关，测量所述相关电压的极限值，据此产生所述警告信号。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：需测量一与灯压相关的电流，所述相关电流与灯压的明显减少相关，测量所述相关电流的极限值，据此产生所述警告信号。
6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设置一用于控制气体放电灯的镇流器(2)，有一微处理器(4)与镇流器相连，所述微处理器接收所述测试值(M)，实现对测试值(M)的检测，而所述测试值(M)与灯压的明显减少相适应，当所述测试值(M)被检测到时产生所述警告信号。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于：微处理器(4)以有规律的时间间隔接收所述测试值(M)；在气体放电灯(1)的一可调的燃烧阶段，不利用所述测试值(M)，以确定与灯压明显减少相对应的所述测试值(M)；每次根据五个连续的测试值(M)计算出所述测试值(M)的梯度(λ)；当所述测试值(M)的一个负的梯度(λ)被检测到时，产生所述警告信号。
8．一种用于检测气体放电灯的装置，包括一用于检测与灯压相关的电测试值(M)的测试电路(4)，其特征在于：测试电路(4)是这样构成的，当一与灯压的明显减少相对应的测试值(M)被检测到时产生一种警告信号。
9．按照权利要求8所述的装置，其特征在于：设置一用于控制气体放电灯(1)的镇流器(2)，有一微处理器(4)与镇流器相连，所述微处理器形成所述测试电路。
10．按照权利要求9所述的装置，其特征在于：所述微处理器(4)以有规律的时间间隔接收所述测试值(M)；在气体放电灯(1)的一可调的燃烧阶段，不利用接收到的所述测试值(M)来确定与灯压明显减少相对应的所述测试值(M)；每次根据五个连续的测试值(M)计算出所述测试值(M)的梯度(λ)；当所述测试值(M)的一个负的梯度(λ)被检测到时，产生所述警告信号。
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