CS214941B1

CS214941B1 - Portable ultraviolet radiation source

Info

Publication number: CS214941B1
Application number: CS759780A
Authority: CS
Inventors: Tibor Opalek
Original assignee: Tibor Opalek
Priority date: 1980-11-11
Filing date: 1980-11-11
Publication date: 1982-06-25

Abstract

Vynález patří do odboru elektrotechniky a rieši premenu elektrickej energie na žiarivú a s efektívnym využitím žiarivej energie výbojky. Jeho podstata je v tom, že výbojka je napájaná striedavým napátím generovaným dvojčinným tranzistorovým striedačom s osobitným nasycovacím a výstupným transformátorom. Striedač je připojený na zdroj napatia cez indikátor vybitia, cez vypínač a cez poistku a konektory. Využitie vynálezu je v archeológii, v školstve, v baníctve a v kriminalistike a je znázorněný na priloženom výkrese na obr. 1The invention belongs to the field of electrical engineering and solves the conversion of electrical energy into radiant energy and the efficient use of radiant energy in a discharge lamp. Its essence is that the discharge lamp is powered by an alternating voltage generated by a double-acting transistor inverter with a special saturation and output transformer. The inverter is connected to the power source through the discharge indicator, through the switch and through the fuse and connectors. The use of the invention is in archaeology, in education, in mining and in criminology and is shown in the attached drawing in Fig. 1

Description

Vynález sa týká přenosného zdroja ultrafialového žiarenia s vysokou účinnosťou pri premene elektrickej energie na žiarivú a s efektívnym využitím žiarivej energie výbojky.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a portable ultraviolet radiation source with high efficiency in converting electrical energy into radiant and efficient use of the lamp's radiant energy.

V dosial vyrábaných zahraničných přenosných UV lampách zdrojom žiarivej energie sú nízkotlakové ortuťové výbojky s menovitým výkonom 4 a 6 W, ktoré produkujú rezonančně žiarenie vlnovej dížky 253,7 nm. Výkon týchto UV lámp často nestačí pri prospekčných prácach v teréne, pretože zo vzdialenosti niekolkých metrov nie sú schopné dostatočne intenzívně vybudit luminiscenční. Nízkotlakové ortuťové výbojky sú napájané striedavým napátím s frekvenciou niekolko desiatok kHz, ktoré je generované tranzistorovým blokovacím oscilátorom. Energetická účinnost blokovacích oscilátorov je nízká a pohybuje sa v medziach 60 až 70 %. Výbojky pracujú bez žeravenia elektród. K zapáleniu výboja dochádza pri studených elektródach, čo spĎsobuje skrátenie života výbojky následkom porušenia emisnej vrstvy nanesenej na elektródach. Pri zapalovaní výboja zdrojom elektrónov je autoemisia vyvolaná silným elektrickým polom v čase trvania vysokých napáťových špičiek generovaných blokovacím oscilátorom. Emisia elektrónov zo studených elektród výbojky sa začína v mieste najnižšej výstupnej práce. Po zapálení výboja celý prúd vychádza z tohoto bodu elektródy, čo spósobí nadměrné lokálně prehriatie tohoto bodu energiou dopadajúcich ionov a elektrónov a zároveň zvýšenú eróziu materiálu elektródy z tohoto bodu. Výstupná práca tohoto bodu sa rýchle zvyšuje a emisia elektrónov pokračuje z iného, susediaceho bodu elektródy s nižšou výstupnou prácou. Tento dej pokračuje dalej a je sprevádzaný rýchlym čerpáním baňky výbojky vplyvom rozprašovania materiálu elektród, Pri takomto pracovnom režime výbojka sa rýchlo znehodnocuje znižovaním emisnej schopnosti elektród a zároveň znižovaním žiarivej energie výbojky vplyvom vysokej absorpcie ultrafialového žiarenia v sčernenej baňke.In previously produced foreign portable UV lamps the source of radiant energy is low pressure mercury lamps with rated power of 4 and 6 W, which produce resonant radiation of wavelength 253,7 nm. The performance of these UV lamps is often not sufficient for prospective field work because they are unable to excite luminescent from a distance of several meters. Low-pressure mercury lamps are supplied with alternating voltage with a frequency of several tens of kHz, which is generated by a transistor blocking oscillator. The energy efficiency of the blocking oscillators is low and ranges from 60 to 70%. The lamps work without heating the electrodes. The discharge ignites when the electrodes are cold, causing the lamp to shorten the life of the lamp due to breakage of the emission layer deposited on the electrodes. When the electron source is ignited, autoemission is induced by a strong electric field over the duration of the high voltage spikes generated by the blocking oscillator. The emission of electrons from the cold electrodes of the lamp starts at the point of lowest output. Upon ignition of the discharge, the entire current emanates from this point of the electrode, causing excessive local overheating of the point by the energy of the incident ions and electrons, as well as increased erosion of the electrode material from this point. The output work of this point increases rapidly and the emission of electrons continues from another adjacent electrode point with lower output work. This process continues further and is accompanied by rapid pumping of the lamp bulb due to the sputtering of the electrode material.

Výbojky v UV lampách sú umiestnené v reflektore z leštěného hliníkového plechu tvaru paraboly alebo časti kruhu. Rozměry reflektora a vzájomná poloha výbojky a reflektore sú také, že uhol clonenia je blízky k nule. Žiarivá energla výbojky sa takýmto sposobom nevyužívá dost efektívne.The lamps in the UV lamps are placed in a reflector made of polished aluminum plate shaped like a parabola or a part of a circle. The dimensions of the reflector and the relative position of the lamp and the reflector are such that the aperture angle is close to zero. The glowing energy of the lamp is not used efficiently in this way.

Zdrojom elektrickej energie v týchto UV lampách sú suché galvanické články alebo NiCd akumulátory. Indikátory vybitia akumulátorov v týchto UV lampách nie sú použité, preto akumulátory sa můžu často nadmeme vybíjet a znehodnocovat.The sources of power in these UV lamps are dry cells or NiCd batteries. Battery discharge indicators are not used in these UV lamps, so batteries can often be overcharged and discarded.

U iných typov zdrojov UV žiarenia sú použité nízkotlakové ortuťové výbojky s vyšším menovitým výkonom, a to 15 W, 30 W a 100 W. Tieto UV lampy sú však napájané \z0 siete 220 V, preto nie sú použitelné pre práce v ferénnych podmienkach.For other types of UV light sources, low-pressure mercury lamps with a higher rated power of 15 W, 30 W and 100 W are used. However, these UV lamps are powered by 220 V mains and are therefore not usable for work under harsh conditions.

Uvedené nedostatky dosial' vyrábaných přenosných UV lámp sú odstraněné přenosným zdrojom ultrafialového žiarenia podlá vynálezu, ktorého podstata je v tom, že zdroj napátia je připojený cez poistku, cez prvý konektor a cez vypínač jednak na indikátor vybitia, ku ktorému je paralelné připojená svietiaca dióda a jednak buď cez prvý odpor na střed prvého vinutia nasycovacieho transformátora, ktorého jeden vývod prvého vinutia je připojený na bázu prvého tranzistora a druhý vývod prvého vinutia je připojený na bázu druhého tranzistora a cez druhý odpor na spoločný bod, alebo je připojený na prvý kondenzátor a na střed prvého vinutia výstupného transformátora. Jeden vývod tohto transformátora je připojený na kolektor prvého tranzistora a na druhé vinutia nasycovacieho transformátora a druhý vývod prvého vinutia výstupného transformátora je připojený na kolektor druhého tranzistora a na druhé vinutie nasycovacieho transformátora. Spoločný bod je spojený jednak s emitorom prvého tranzistora, jednak s emitorom druhého tranzistora, jednak s prvým kondenzátorom a jednak s indikátorom vybitia a cez druhý konektor so zdrojom napátia. Výbojka je žeravená zo žeravlacich vinutí zapojených do série s druhým vinutím výstupného transformátora, ktoré uprostřed delené a spojené druhým kondenzátorom.The above drawbacks of the currently produced portable UV lamps are remedied by a portable ultraviolet radiation source according to the invention, which is characterized in that the voltage source is connected via a fuse, through a first connector and via a switch to a discharge indicator to which a light-emitting diode is connected in parallel. either through the first resistor to the center of the first winding of the saturation transformer, one of which of the first winding is connected to the base of the first transistor and the second of the first winding is connected to the base of the second transistor and through the second resistor to a common point; the center of the first winding of the output transformer. One terminal of this transformer is connected to the collector of the first transistor and to the second winding of the saturation transformer and the other terminal of the first winding of the output transformer is connected to the collector of the second transistor and to the second winding of the saturation transformer. The common point is connected on the one hand to the emitter of the first transistor, on the other hand to the emitter of the second transistor, on the one hand to the first capacitor and on the other hand to the discharge indicator and through the second connector to the power supply. The lamp is heated from the heater windings connected in series with the second winding of the output transformer, which in the middle is divided and connected by a second capacitor.

Podstatou vynálezu je napájanie nízkotlakovej ortuťovej výbojky striedavým napátím z dvojčinného tranzistorového striedača, v ktorom spínanie a uzavieranie tranzistorov je riadené osobitným nasycovacím transformátorom, kým výstupný transformátor pracuje lineárně a prenáša výstupný výkon do záťaže. Striedač dosahuje vysokú energetická účinnost až nad 90 %. Je napájený z akumulátora s napátím 24 V, preto pracuje s malými prúdmi, čo tiež pomáhá dosiahnúť vysokú účinnost pri premene elektrickej energie na žiarivú. Elektrická energie, ktorá u dosial' vyrábaných přenosných UV lampách připadá na straty v blokovacom oscilátore, v navrhovanom prenosnom zdroji ultrafialového žiarenia sa využívá na žeravenie elektród ortuťovej výbojky, ktorej životnost sa tým značné predíži.It is an object of the present invention to supply a low pressure mercury lamp with alternating voltage from a double-acting transistor inverter in which the switching and closing of the transistors is controlled by a separate saturation transformer while the output transformer operates linearly and transfers the output power to the load. The inverter achieves high energy efficiency of up to 90%. Powered from a 24 V battery, it works at low currents, which also helps to achieve high efficiency in converting electrical power to radiant power. The electrical energy that is present in the blocking oscillator in the portable UV lamps produced so far is used in the proposed portable ultraviolet radiation source to heat the electrodes of the mercury lamp, which will greatly prolong its life.

V prenosnom zdroji ultrafialového žiarenia podfa vynálezu, výbojka je umiestnená v ohnisku paraboly tvoriacej reflektor, pričom rozměry reflektora sú také, že uhol clonenia dosahuje minimálně 30 °. Týmto riešením bola dosiahnutá dobrá směrová vlastnost přenosného zdroja ultrafialového žiarenia a vysoká efektivnost využitia žiarivej energie výbojky. Nad výbojkou je umiestnený selektívny absorpčný filter s dobrou priepustnosťou pre vlnové dížky UV žiarenia a vysokou absorpciou pre viditelná oblast světla.In the portable ultraviolet radiation source of the invention, the lamp is located in the focus of the reflector-forming dish, the reflector dimensions being such that the screen angle is at least 30 °. With this solution, a good directional property of a portable ultraviolet radiation source and a high efficiency of utilizing the radiant energy of the lamp were achieved. Above the lamp is a selective absorption filter with good transmittance for UV wavelengths and high absorption for the visible region of light.

Přenosný zdroj ultrafialového žiarenia podlá vynálezu je vybavený elektronickým indikátorom vybitia akumulátora, ktorý světelnou diodou signalizuje vybitie akumulátora po přípustná hranicu.The portable ultraviolet radiation source of the present invention is provided with an electronic battery discharge indicator which, by a light-emitting diode, indicates that the battery has discharged to the permissible limit.

Použitím dvojčinného tranzistorového striedača s osobitným nasycovacím transformátorom zvýši sa energetická účinnost pri generovaní striedavého napátia požadované] amplitůdy a výkonu pre napájanie ortuťove] výbojky. Zvýši sa tým účinnost^ pri premene elektrickej energie na žiarivú. Casť ušetrenej elektrickej energie je využitá na žeravenie elektrod výbojky z pomocných žeraviacich vinutí na výstupnom transformátore striedača. Zeravené elektrody výbojky emitujú elektrony celým svojím povrchom a nedochádza k ich nadměrnému lokálnemu prehrievaniu. Emisná vrstva z elektród nie je rozprašovaná a životnost výbojky tým nie je obmedzovaná.By using a double-acting transistor inverter with a separate saturation transformer, the energy efficiency of generating alternating voltage of the desired amplitude and power for supplying the mercury lamp is increased. This will increase the efficiency in converting electrical energy to radiant. Part of the saved electrical energy is used to heat the discharge electrodes of the auxiliary heater windings on the inverter output transformer. The corroded discharge electrodes emit electrons over their entire surface and avoid excessive local overheating. The emission layer of the electrodes is not sprayed and thus the service life of the lamp is not limited.

Umiestnením výbojky výkonu 15 W do ohniska paraboly tvoriacej reflektor, tak že uhol clonenia dosahuje minimálně 30 °, bola dosiahnutá zlepšená směrová vlastnost přenosného zdroja ultrafialového žiarenia umožňujú dostatočne intenzívně vybudit luminiscenciu i zo vzdialenosti troch až štyroch metrov.By placing a 15 W lamp in the focus of the reflector so that the screen angle reaches at least 30 °, the improved directional property of the portable ultraviolet light source allows sufficiently intense luminescence to be excited even from a distance of three to four meters.

Vybavením přenosného zdroja ultrafialového žiarenia elektronickým indikátorom vybitia akumulátora, bola dosiahnutá stála kontrola stavu nabitia akumulátora, aby nemohlo dójsť k jeho nadměrnému vybíjaniu a rýchlemu znehodnocovaniu.By equipping the portable ultraviolet radiation source with an electronic battery discharge indicator, a constant check of the battery charge status has been achieved to prevent excessive discharge and rapid deterioration.

Na priloženom výkrese č. 1 je znázorněné elektrické zapojenie přenosného zdroja ultrafialového žiarenia. Na výkrese č. 2 je příklad vyhotovenia přenosného zdroja ultrafialového žiarenia.In the attached drawing no. 1 shows the electrical connection of a portable ultraviolet radiation source. In the drawing no. 2 is an exemplary embodiment of a portable ultraviolet radiation source.

Napátie 24 V z akumulátora 6 privádzame cez poisitku 7, prvý konektor 51 a vypínač 4 na napájacie svorky 2B a 27 dvojčinného tranzistorového striedača 2 s pomocným nasycovacím transformátorom 21 a výstupným transformátorom 22. Tranzistorový striedač 2 pozostáva z prvého tranzistora 28, z druhého tranzistora 29, z prvého odporu 32, z druhého odporu 33, z prvého kondenzátora 34 a spoločného bodu 35. Striedavé napátie požadované]' amplitůdy pre napájanie výbojkyThe 24 V voltage from the accumulator 6 is fed via a fuse 7, a first connector 51 and a switch 4 to the power terminals 2B and 27 of a double-acting transistor inverter 2 with an auxiliary saturation transformer 21 and an output transformer 22. The transistor inverter 2 consists of a first transistor 28 and a second transistor 29 , a first resistor 32, a second resistor 33, a first capacitor 34, and a common point 35. The AC voltage required for the lamp power supply

I odoberáme z vinutia 25, ktoré je uprostřed rozdělené na dve časti. Medzi vinutia 25 je zapojený kondenzátor 24, ktorý stabilizuje prúd výbojky 1. Elektrody výbojky 1 sú žeravené zo žeraviacich vinutí 23.I also remove from winding 25, which is divided into two parts in the middle. A capacitor 24 is connected between the windings 25, which stabilizes the current of the lamp 1. The electrodes of the lamp 1 are heated from the heater windings 23.

Paralelné k napájacím svorkám 26 a 27 striedača 2 je připojený indikátor vybitia akumulátora 3 so světelnou diodou 31. Keď klesne napátie akumulátora na nastavenu hranicu, světelná dióda sa rozsvieti.A battery discharge indicator 3 with a light-emitting diode 31 is connected in parallel to the power terminals 26 and 27 of the inverter 2. When the battery voltage drops to the set limit, the light-emitting diode lights up.

Na výkrese č. 2 je znázorněný příklad vyhotovenia přenosného zdroja ultrafialového žiarenia. V dolnej časti púzdra 11 je umiestnený tranzistorový striedač 2, ktorý je napájaný cez konektor 5 a vypínač 4 umiestnené v rukověti 12. Rukověť je upevněná na zadnej straně púzdra 11. V hornej časti púzdraIn the drawing no. 2 shows an exemplary embodiment of a portable ultraviolet radiation source. In the lower part of the housing 11 is located a transistor inverter 2, which is fed via a connector 5 and a switch 4 located in the handle 12. The handle is mounted on the back of the housing 11. In the upper part of the housing

II je umiestnený indikátor vybitia akumulátora so světelnou diodou 31. Nízkotlaková ortuťová výbojka 1 výkonu 15 W je uchytená v strednej časti púzdra 11 v objímkách 10 tak, aby bola v ohnisku reflektora 8 tvaru paraboly, pričom rozměry paraboly sú také, aby vefkosť uhla clonenia 14 bola minimálně 30 °. Vzhfadom na lineárnu závislost odrazivosti hliníka od vlnovej dížky světelného žiarenia, pre odrazová vrstvu reflektora bola zvolená lesklá hliníková vrstva. Nad reflektorom 8 je upevněný pomocou rámu 13 selektívny absorpčný filter 9 s dobrou priepustnosťou pre světelné žiarenie vlnovej dížky 253,7 nm a s velkou absorpciou pre viditefnú oblasť světelného žiarenia.The low-pressure 15 W mercury lamp 1 is mounted in the central part of the housing 11 in the sleeves 10 so as to be in the focus of the parabola-shaped reflector 8, the dimensions of the parabola being such that the aperture angle is 14 was at least 30 °. Due to the linear dependence of the reflectance of aluminum on the wavelength of light radiation, a glossy aluminum layer was chosen for the reflector reflector layer. Above the reflector 8 is mounted by means of a frame 13 a selective absorption filter 9 with good light transmittance at a wavelength of 253.7 nm and with a high absorption for the visible region of light radiation.

Přenosný zdroj ultrafialového žiarenia sa dobré uplatní při vyhledávaní nerastných surovin ako sú volfrám, molybdén, urán a iné. Možno ho použiť pri povrchových prospekčných prácach, při dokumentácii a mapovaní banských diel, pri vyhodnocovaní a dokumentácii vrtov, a pri určovaní minerálov v laboratórnych podmienkach.A portable ultraviolet radiation source is well suited to the search for mineral resources such as tungsten, molybdenum, uranium and others. It can be used for surface prospecting work, for the documentation and mapping of mining works, for the evaluation and documentation of wells, and for the determination of minerals in laboratory conditions.

Ďalšie možnosti uplatnenia sú například v kriminalistike, v školstve, v chemických laboratóriach, pri kontrole papierových bankoviek a dokumentov a podobné.Other possible applications are for example in forensic science, education, chemical laboratories, checking banknotes and documents and the like.

Claims

3 and high absorption for the visible light range. The portable ultraviolet radiation source of the present invention is equipped with an electronic battery discharge indicator which, by means of a light-emitting diode, indicates the discharge of the accumulator to a permissible limit. By using a double-acting transistor shifter with a separate saturation transformer, the energy efficiency is increased when generating an alternating voltage of the desired amplitude and power for the feed tube lamp. This will increase the efficiency of converting electrical energy to radiant. The electricity to be treated is utilized by the discharge of the lamp electrodes from the auxiliary windings on the output transformer of the inverter. The electrodes emitted by the discharge electrons emerge electrons through their entire surface and do not over-heat them. The emission layer from the electrodes is not atomised and the lamp life is not limited. By positioning the discharge lamp 15 W of the reflector housing so that the aperture angle reaches at least 30 °, the improved directional property of the transmissive ultraviolet radiation source allows the luminescence to be sufficiently intense even from a distance of three to four meters. By equipping a portable ultraviolet radiation source with an electronic battery discharge indicator, the battery charge status has been checked to prevent excessive discharge and rapid deterioration. 1 is an electrical connection of a portable power source of radiation. Figure 2 shows an embodiment of a portable ultra-violet radiation source. The 24 V voltage from the accumulator 6 supplies the circuit 7, the first connector 51 and the circuit breaker 4 to the supply terminals 2B and 27 of the double-acting transistor inverter 2 with the auxiliary saturation transformer 21 and the output transformer 22. of resistor 32, of the second resistor 33, of the first condenser 34a of common point 35. The alternating voltage of the desired amplitude to power the lamp I is taken from the winding 25, which is in the middle divided into two. A capacitor 24 is connected between the windings 25 to stabilize the discharge current of the lamp 1. The electrodes of the discharge lamp 1 are formed from the heating windings 23. A battery discharge indicator 3 with a light diode 31 is connected parallel to the supply terminals 26 and 27 of the inverter 2. When the battery voltage drops on the setpoint, the light emitting diode lights up. Figure 2 shows an example of a portable ultraviolet radiation source. A transistor inverter 2 is provided in the lower part of the housing 11, which is energized via connector 5 and a switch 4 placed in the handle 12. The handle is mounted on the rear side of the housing 11. A battery discharge indicator is located in the upper part of the housing II. The low pressure mercury discharge lamp 1 of the power 15 W is attached to the central portion of the housing 11 in the sleeves 10 so as to be in the focus of the reflector 8 of the shape, wherein the dimensions of the dish are such that the screen angle 14 is at least 30 °. Given the linear dependence of the aluminum reflectance on the wavelength of the luminous radiation, a shiny aluminum layer was chosen for the reflector layer. Above the reflector 8, a selective absorption filter 9 with a good transmittance for light radiation of the wavelength of 253.7 nm and with a high absorption transmittable region of light radiation is fixed by means of a frame 13. The portable ultra-violet radiation source can be used to search for mineral substrates such as tungsten, molybdenum, uranium and others. It can be used for surface prospecting, for documentation and mapping of boulders, for the evaluation and documentation of boreholes, and for the determination of mineral resources. laboratory conditions. Other applications include, for example, forensic science, education, chemical laboratories, paper bank and document control, and the like. SUBJECT Portable ultraviolet light source with a low-pressure mercury lamp placed in the focus of the parabola-shaped reflector, characterized in that the voltage source (6) is connected via a fuse (7) through the first connector (51) and through the switch (4) on the one hand. a discharge detector (3) to which a connected diode (31) is connected and, on the other hand, either a first resistor (32) at the center of the first winding of the saturation transformer (21), one terminal of the first winding is connected to the base of the first transistor (28) and the second OUTPUT of the first winding is connected to a second second transistor (29) and via a second resistor (33) to a common point (35), or is connected to the first capacitor (34) and to the center of the first winding of the outlet a transformer (22), one outlet of the first winding being connected to the collector of the first transistor (28) and the second winding of the saturating transformer (21) and the second outlet of the first winding of the output transformer (22) being a collector of the second transistor (29) is connected, and a second of the saturation transformer 4 (21), and the common point (35) is connected to the emitter of the first transistor (28) and the emitter of the second transistor (29) and to the first capacitor (34) and one with a discharge indicator (3) and through a second connector (52) with a voltage source (6), the discharge lamp (1) having a heater of the heater coil (23) connected to the second winding (25) of the output transformer (22); which is divided in the middle and is connected by a second capacitor (24). 2 drawings