DE2328128A1

DE2328128A1 - Verfahren und vorrichtung zur blitzentladung

Info

Publication number: DE2328128A1
Application number: DE2328128*A
Authority: DE
Inventors: Jacob Goldberg
Original assignee: United States Scientific Instruments Inc Watertown Mass (vsta); US SCIENTIFIC INSTRUMENTS
Current assignee: PerkinElmer Inc
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1973-12-06
Also published as: GB1374930A; JPS4927076A; DE2328128C3; JPS5347634B2; US3775641A; DE2328128B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Blitzentladungj insbesondere Hochdruck-Gasentladungsröhren und dergleiehen₉ die sowohl für Stroboskopie,. Blitzfotografie und verwandte Verwendungen als auch für andere Blitzentladungsanwendungen zweckdienlich sind.

Die der zuverlässigen^ sich wiederholenden, stetigen Blitzquelle von Blitzröhren und dergleichen zugrunde liegenden Probleme werden seit vielen'Jahren durch eine Vielzahl von Techniken, eingeschlossen die Verwendung einer Vielzahl von den Lichtbogen leitenden Triggerelektroden, experimentell untersucht, um eine stabile Lage nnü eine genaue zeitliche Steuerung mit kleinem SynciiroHisationsfehler sicherzustellen zu versuchen (US-PS 2 977 508; 3 286 128 und 3 355 625).

Andere zusätzliche Strahlung verwendende Lösungswege enthalten Durchschlagsquellen, solche wie z.B. zusätzliche innere Zwei-Elektroden Funkenstrecken, die z.B. in den US-PS 3 350 602 und 3 356 888 beschrieben sind.

BERLIN: TELEFON (O311) 76 29 O7 KABEL: PROPlNDUS · TELEX O1 84O57

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MÜNCHEN: TELEFON (08 11) 22 55 85 KABEL: PROPINDUS · TELEX OS 24244

Obwohl solche Techniken bei vielen Benutzungsarten Anwendung gefunden haben, gibt es schärfere Maßstäbe bei Anwendungen, bei denen ein weit größeres Maß an Zuverlässigkeit und Freiheit vom Synchronisationsfehler (weit besser als die Synchronisationsfehler von heutzutage mit hunderten und mehr NanοSekunden) erforderlich ist, als mit diesen Lösungswegen erreicht werden kann; und es ist die Lösung dieses Problems, das die vorliegende Erfindung als Aufgabe hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Blitzentladung im Gasbereich zwischen einem Paar Elektroden erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine zu entladende Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, daß der Durchschlag des Gases in diesem Bereich zur Befähigung einer solchen Entladung getriggert wird und daß während der Triggerung und getrennt davon ein starkes elektrisches Feld außerhalb dieses Bereichs in unmittelbarer Nähe einer der Elektroden erzeugt wird, während die Entstehung eines Lichtbogens su dieser Elektrode unter dem Einfluß dieses Feldes unterdrückt wird, um die Zuverlässigkeit des Triggerungsdurchschlags zu verbessern.

Zweckmäßig wird dieses Verfahren mit einer Blitzentladungs— vorrichtung durchgeführt, die sioto. auszeichnet durch ein gas— gefülltes Gehäuse, ein paar länglicher räumlich getrennter Hauptelektroden, die innerhalb des GeMuses angeordnet sind und einen Gasentladungsbereich in dem Raum zwischen den sich gegenüberliegenden freien Enden der Elektroden bestimmen, durch eine in der Nähe dieses Bereiches angebrachte Triggerelektrodeneinrichtung, durch eine Elektrodeneinrichtumg für die Verstärkung eines elektrischen Feldes, die entlang eines Teils einer der Hauptelektroden von einem nach innen gehenden Punkt des freien Endes dieser einen Hauptelektrode angeordnet und mit einer isolierenden Muffeneinrichtung versehen ist, die zwischen der

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Elektrodeneinrichtung und dieser einen Hauptelektrode angebracht ist, wobei diese isolierende Muffeneinrichtung über diesen Punkt gegen das freie Ende dieser einen Hauptelektrode im wesentlichen genügend hinausragt, um das Ende der Elektrodeneinrichtung an diesem Punkt von dem freien Ende dieser einen Hauptelektrode zwecks Verhinderung der Erzeugung eines Lichtbogens dazwischen zu verdecken, durch Einrichtungen zur Anlegung einer zwischen diesen Hauptelektroden zu entladenden Spannung und durch Einrichtungen zum im wesentlichen gleichzeitigen Anlegen einer Triggerspannung an die Triggerelektrodeneinrichtung und eine Spannung zwischen der Elektrodeneinrichtung und eine der Hauptelektroden zur Entwicklung eines starken elektrischen Feldes, wobei die Spannung die Wirkungen des Feldes verursacht, um so die Triggerung zu unterstützen und die Blitzentladung zwischen den Hauptelektroden in dem Gasentladungsbereich hervorzurufen, während die Entstehung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und cer einen Hauptelektrode verhindert wird.

Mit diesem neuartigen Verfahren und mit dieser neuartigen Vorrichtung für Blitzentladung erreicht man, daß auf die teuren und weniger genauen, eine Vielzahl von leitenden Trigger—Elektroden un^oder verschiedenen Funkenstreckenquellen und dergleichen verkörpernden Bauteilen verzichtet werden kann, die z.B. in den genannten Literaturstellen beschrieben sind.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß mit der neuartigen Blitzentladungsvorrichtung gleichzeitig ein Verfahren von allgemeinerer Verwendbarkeit geschaffen werden konnte.

Von wesentlicher Bedeutung ist bei der Erfindung jedoch die Steigerung der Zuverlässigkeit der Triggerung einer Entladung zwischen einem Paar Elektroden in einer Gasentladungsröhre oder dergleichen durch die von der Triggerung getrennte Erzeugung eines starken elektrischen Feldes in unmittelbarer, Nähe einer der Elektroden (jedoch außerhalb des Entladungsbe-

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reichs), indem im wesentlichen die Bildung eines Lichtbogens während dieser Erzeugung verhindert wird.

Es wurde festgestellt, daß durch diese Technik eine außerordentliche Verbesserung der Zuverlässigkeit und Freiheit vom Synchronisationsfehler erhalten wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindng sind nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein kombiniertes Schaltbild und einen Längsschnitt durch eine Gasentladungsröhre in einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung und

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht einer Abwandlung nach der Erfindung.

In der Zeichnung ist eine Blitzröhre oder ein ähnliches Blitzgerät dargestellt, die ein abgedichtetes Gehäuse 6 (Lichtdurchlässig für Blitzbeleuehtungsanwendungen) aufweist, das ein verdichtetes Gas G enthält, solches wie Xenon oder dergleichen, wie in den erwähnten Literaturstellen beschrieben, und ein Paar längliche Hauptelektroden, die als eine Anode 2 und eine auf gleicher Höhe liegende Kathode k gezeigt sind, die zwischen ihren freien oder inneren Enden (als zugespitzt dargestellt) einen Gasbereich für die Blitzentladung bestimmen. Eine Trigger— elektrode 5 ist vorzugsweise gerade so angeordnet, daß sie in diesen Bereich an einer geeigneten zwischenliegenden Stelle eintritt, um den Durchschlag des Gases als Antwort auf einen Triggerimpuls zu unterstützen, der an die Primärwicklung P eines Impulstransformators T angelegt wird. Dieser Impuls entsteht in der Sekundärwicklung S über einem Widerstand R_ und einem Kondensator C_ und wird über eine

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Leitung 5¹ zur Triggerelektrode 5 weitergeleitet. Bei zuverlässig angenommener Triggerung wird dann die im Kondensator C aus der Spannungsquelle +, - gespeicherte Hauptentladungsspannung eine Blitzentladung zwischen der Anode und der Kathode h als ein Ergebnis der dargestellten Verbindungen hervorrufen; d.h. der Plus-Anschluß vom Ifcödensator C ist über (einen) Gleichrichter R mit der Anodenzuleitung 2¹ und der Minus-Anschluß mit der Kathodenzuleitung 4^! verbunden, wie auch in den erwähnten Literaturstellen beschrieben.

Vie schon zuvor erwähnt, erlaubte der von Blitz zu Blitz als ein Ergebnis der Ungenauigkeiten in der zeitlichen Steuerung des Durchschlags und bei wanderndem Nullpunkt der Blitzentladung selbst erzeugte Synchronisationsfehler, insbesondere bei sich wiederholender Blitzarbeitsweise, keine zufriedenstellende außerordentlich genaue Arbeiteweise bei besonders hohe Anforderungen stellenden Anwendungen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung eines bei einer der Hauptelektroden zur Ze^Lt der Triggerung, aber getrennt davon und außerhalb des Entladungsbereiches, entwickelten starken elektrischen Feldes eine Wirkung erzeugen kann, die eine viel genauere Gewährleistung des schlagartigen Durchschlags als Antwort auf die Triggerung und die schärfere Begrenzung des Blitzes ergibt, um einen viel kleineren Synchronisationsfehler als sonst erhaltbar zu erzeugen. Es wurde jedoch als wesentlich angesehen, im Gegensatz zu den zuvor erwähnten zusätzlich erforderlichen Funkenstreckenbestrahlern und dergleichen nach dem Stand der Technik, daß eine Zündung oder Lichtbogenentstehung bei der Hauptelektrode als ein Ergebnis dieses momentanen starken Feldes verhindert und im wesentlichen unterdrückt wird.

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In Pig, 1 wird dieses Ziel durch eine zusätzliche Elektrode 1 für die Verstärkung eines elektrischen Feldes erreicht, die als ein leitender Ring oder ein leitendes Band dargestellt ist, wobei Ring oder Band lose koaxial auf einem Teil einer isolierenden Muffe 3 angebracht ist, die ihrerseits lose koaxial auf einem Teil der länglichen Anode angeordnet ist. Die Elektrode 1 ist mechanisch bei einem Punkt I¹ an einem entsprechenden umgebogenen Punkt 3¹ der isolierenden Muffe 3- gesichert, um die Elektrode gegen ein Wandern entlang der isolierenden Muffe während der Benutzung der Röhre zu sichern. Die isolierende Muffe erstreckt sich darüber hinaus näher zum rechten Ende oder freien Entladungsende der Anode 2 hin als die Elektrode für die Verstärkung eines elektrischen Feldes und nahe genug, um sicherzustellen, daß der am weitesten rechts liegende Punkt der Elektrode 1 elektrisch durch die isolierende Muffe 3 von der blanken Spitze der Anode 2 verdeckt ist, um so die Entstehung eines Lichtbogens dazwischen zu verhindern, wenn ein Spannungsimpuls (im wesentlichen gleichzeitig mit dem Triggerimpuls für die Triggerelektrode 5) zwischen der Anode 2 und der Elektrode 1 angelegt wird. Dieser Spannungsimpuls ist als von der Sekundärwicklung S abgeleitet und an das Netzwerk Cg-R₂ angelegt gezeigt, wobei der Kondensator G₂ mit der Anodenzuleitung 2^f verbunden ist. Widerstand R. und Kondensator C. sind zwischen der Anode 2 und der Kathode k verbunden, wobei die Elektrode i mit dem Verbindungspunkt von Widerstand R. und Kondensator C₁ so verbunden ist, daß das zuvor erwähnte starke elektrische Feld augenblicklich kurzzeitig zwischen den Elektroden 1 und 2 über die isolierende Muffe 3 und entlang einem wesentlichen Teil der länglichen Anode 2 entwickelt wird, jedoch ohne einen aktiven Lichtbogen oder Funken dazwischen zu erzeugen. Unter diesen Umständen wurde entdeckt, wie zuvor erklärt, daß eine größere Zuverlässigkeit bei der Triggerung und bei der stabilen Blitzentladungslage durch die Wirkung dieses augenblicklichen starken

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Feldes außerhalb des Entladungsstreckenbereichs eintritt.

Eine Lampe mit zwei 2 mm voneinander räumlich getrennten Hauptelektroden von 10 mm Länge und 1 mm Durchmesser wurde z.B. periodisch geblitzt mit einem Synchronisationsfehler in der Größenordnung von nur 10 NanoSekunden in der Auslösezeit verglichen mit hundert und mehr Nanosekunden mit Konstruktionen nach dem Stand der Technik, wie in den erwähn- . ten Literaturstellen "beschrieben. Das Gas innerhalb der Röhre war Xenon, die bei einem Druck von ungefähr 762 mm Hg betrieben wurde * Die Anode war aus Wolfram, und die Kathode war ein Sintergemisch, das zu 95 % aus Wolfram mit einem Rest aus Bariumaluminat bestand. Die Länge der isolierenden Muffe 3 (eine .keramische Röhre) war angenähert 6 mm, die koaxial um die Anode angebracht war, wobei die Anodenspitze ungefähr i mm daraus hervorragte. Die Elektrode 1 war ein Ring aus Nickel mit einer Dicke von 127 /um und mit einem Durchmesser von ungefähr 2,5 mm, der zur isolierenden Muffe hin umgebogen und sonst ungefähr 1 mm vom äußeren Ende der isolierenden zylindrischen Muffe 3 festgehalten war.

Praktische Untersuchungen haben auch die Wirksamkeit dieser Erfindung mit dem Aufbau eines elektrischen Verstärkungsfeldes bestätigt, daß an die Kathode k anstatt an die Anodenkonstruktion .2 angelegt wurde, wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt.

Weitere Abwandlungen werden für den mit dieser Technik vertrauten Fachmann möglich sein und werden als innerhalb des Wesens und des Umfangs der Erfindung liegend betrachtet.

Patentansprüche:

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Claims

Pat entan sprüche

ί 1.^Verfahren zur Erzeugung einer Blitzentladung im Gasbereich zwischen einem Paar Elektroden, dadurch gekennzeichnet , daß eine zu entladende Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, daß der Durchschlag des Gases in diesem Bereich zur Befähigung einer solchen Entladung getriggert wird und daß während der Triggerung und getrennt davon ein starkes elektrisches Feld außerhalb dieses Bereichs in unmittelbarer Nähe einer der Elektroden erzeugt wird, während die Entstehung eines Lichtbogens zu dieser Elektrode unter dem Einfluß dieses Feldes unterdrückt wird, um die Zuverlässigkeit des Trig-.gerungsdurchschlags zu verbessern.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode verlängert ist und das starke elektrische Feld parallel zu dieser einen Elektrode entlang eines wesentlichen Teils davon, aber entfernt und verdeckt von ihrem Entladungsende, entwickelt wird.

y,Blitzentladungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, g ekenn ζ e i chn et durch ein gasgefülltes Gehäuse (6), ein paar länglicher räumlich getrennter Hauptelektroden (2, 4), die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und einen Gasentladungsbereich in dem Raum zwischen den sich gegenüberliegenden freien Enden der Elektroden bestimmen, durch eine in der Nähe dieses Bereiches angebrachte Triggerelektrodeneinrichtung (5)> durch eine.Elektrodeneinrichtung (l) für die Verstärkung eines elektrischen Feldes, die entlaag eines Teiles einer der Hauptelektroden von einem nach innen gehenden Punkt des freien Endes dieser einen Hauptelektrode angeordnet und mit einer

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isolierenden Muffeneinrichtung (3) versehen ist, die zwischen der Elektrodeneinrichtung (l) und dieser einen Hauptelektrode angebracht ist, wobei diese isolierende Muffeneinrichtung über diesen Punkt gegen das freie Ende dieser einen Hauptelektrode im wesentlichen genügend hinausragt, um das Ende der Elektrodeneinrichtung (i) an diesem Punkt von dem freien Ende dieser einen Hauptelektrode zwecks Verhinderung der Erzeugung eines Lichtbogens dazwischen zu verdecken, durch Einrichtungen zur Anlegung einer zwisohen diesen Hauptelektroden zu entladenden Spannung und durch Einrichtungen zum im wesentlichen gleichzeitigen Anlegen einer Triggerspannung an die Triggerelektrodeneinrichtung (5) und eine Spannung zwisohen der Elektrodeneinrichtung (l) und eine der Hauptelektroden zur Entwicklung eines starken elektrischen Feldes, wobei die Spannung die Wirkungen des Feldes verursacht, um so die Triggerung zu unterstützen und die Blitzentladung zwischen den ' Hauptelektroden in dem Gasentladungsbereich hervorzurufen, während die Entstehung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode (l) und der einen Hauptelektrode verhindert wird.

4. Blitzentladungsvorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Muffen einrichtung (3) um eine Hauptelektrode und die Elektrodeneinriohtung (i) um die isolierende Mufferieinrichtung angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinrichtung (l) nur mechanisch an einem Teil der isolierenden Muffeneinrichtung gesichert ist, um ein Wandern zu verhindern.

5. Blitzentladungsvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r e h gekennzeichnet , daß die isolierende Muffeneinrichtung (3) und die Elektrodeneinrichtung (l) koaxial zu einer Hauptelektrode angeordnet sind.

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6. Blitzentladungsvorrlchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Hauptelektrode eine Anode (2) ist.

7. Blitzentladungsvorrichtung nach Anspruch 3» d adurch gekennzeichnet , daß eine Hauptelektrode eine Kathode (4) ist.

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