RU27739U1

RU27739U1 - GAS DISCHARGE PULSE LIGHT SOURCE

Info

Publication number: RU27739U1
Application number: RU2002116511/20U
Authority: RU
Inventors: С.И. Герасимов; А.С. Вашурков; А.В. Лень
Original assignee: Министерство РФ по атомной энергии
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2003-02-10

Abstract

1. Газоразрядный импульсный источник света, включающий разрядную камеру, образованную двумя стенками, выполненными из оптически прозрачного материала, установленными с зазором относительно друг друга, между которыми на противоположных концах разрядного промежутка размещены катод и анод, электрически связанные с импульсным источником питания, а также каналы вывода светового излучения, отличающийся тем, что стенки камеры соединены по периметру друг с другом, с образованием замкнутого объема, заполненного инертным газом, ширина зазора между стенками выбрана в интервале 0,05-0,2 мм, каналы вывода светового излучения образованы стенками разрядной камеры из оптически прозрачного материала, служащими окнами для вывода излучения.2. Газоразрядный импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что катод и анод установлены с возможностью регулирования расстояния между ними.3. Газоразрядный импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что он дополнен отражателем.4. Газоразрядный импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что стенки разрядной камеры представляют собой цилиндрические коаксиальные поверхности, отражателю придана форма параболической поверхности, причем канал предполагаемого разряда находится в фокусе отражателя.1. A gas-discharge pulsed light source, including a discharge chamber formed by two walls made of optically transparent material, installed with a gap relative to each other, between which at the opposite ends of the discharge gap there is a cathode and anode electrically connected to the pulsed power source, as well as channels light emission output, characterized in that the chamber walls are connected along the perimeter with each other, with the formation of a closed volume filled with an inert gas, the gap width m forward walls is selected in the range of 0.05-0.2 mm, the light emission output channels are formed by the walls of the discharge chamber of optically transparent material serving as windows to display izlucheniya.2. A gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that the cathode and anode are installed with the possibility of adjusting the distance between them. A gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that it is supplemented by a reflector. The gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that the walls of the discharge chamber are cylindrical coaxial surfaces, the reflector is given the shape of a parabolic surface, the channel of the intended discharge being in the focus of the reflector.

Description

ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА Область техники Полезная модель относится к газоразрядным осветительным лампам, а именно, к газоразрядным импульсным источникам света и может быть использована при высокоскоростной фотографии и фотограмметрических измерениях. Уровень техники Известен открытый разряд в воздухе, исторически явившийся первым вариантом подсветки при осуществлении скоростного фотографирования (Импульсные источники света, под ред. И. С. Маршака, М., «Энергия, 1978, с. 9, 1). Устройство, реализующее этот принцип, представляет собой пару электродов (анод и катод), электрически связанных с импульсным источником питания и образующих разрядный промежуток, не ограниченный стенками. Однако для реализуемого в подобных устройствах светового импульса характерна быстро уменьшающаяся яркость светового потока, что обусловлено неограниченным расщирением канала разряда и быстрым падением температуры плазмы в последнем. Подобные свойства накладывают ограничения на получение качественного изображения по методикам фотографирования, для которых требуются высокая яркость источника света. Для увеличения яркости (и повыщения плотности энергии) распространение разряда ограничивают в радиальном направлении - реализуют схему капиллярного разряда (К. Фольрат. Искровые источники света и высокочастотная кинематография. Сб. «Физика быстропротекающих процессов под ред. Н. А. Златина, М., «Мир, 1971, т. 1, стр. 137, 152, 2, фиг. 5la). В таком устройстве электроды (анод и катод) размещены в ограниченном, изолированном (оптически непрозрачном) разрядном промежутке капиллярного типа. Вызванный ионизацией при разряде рабочего газа в разрядном промежутке между электродами световой импульс выводят через открытый торец МПК6:Н01 J61/90GAS DISCHARGE PULSE LIGHT SOURCE Technical field The utility model relates to gas-discharge lighting lamps, namely, to gas-discharge pulsed light sources and can be used for high-speed photography and photogrammetric measurements. BACKGROUND OF THE INVENTION An open discharge in the air is known, which historically was the first variant of illumination during high-speed photography (Pulse light sources, edited by I. S. Marshak, M., “Energy, 1978, p. 9, 1). A device that implements this principle is a pair of electrodes (anode and cathode), electrically connected to a pulsed power source and forming a discharge gap, not limited by the walls. However, the light pulse realized in such devices is characterized by a rapidly decreasing brightness of the light flux, which is due to the unlimited expansion of the discharge channel and the rapid drop in the plasma temperature in the latter. Such properties impose restrictions on obtaining high-quality images by photographing techniques, which require a high brightness of the light source. To increase the brightness (and increase the energy density), the distribution of the discharge is limited in the radial direction - a capillary discharge scheme is implemented (K. Folrat. Spark light sources and high-frequency cinematography. Sat. "Physics of fast processes under the editorship of N. A. Zlatin, M., "World, 1971, v. 1, p. 137, 152, 2, Fig. 5la). In such a device, the electrodes (anode and cathode) are placed in a limited, isolated (optically opaque) discharge gap of the capillary type. The light pulse caused by ionization during the discharge of the working gas in the discharge gap between the electrodes is output through the open end of MPK6: H01 J61 / 90

искрового разрадника вдоль оптической оси, совпадающей с геометрической осью капилляра. При этом, однако, увеличивается длительность свечения (низкая теплопроводность стенок и само их наличие препятствует быстрому охлаждению расширяющейся плазмы). Использование подобного источника света возможно только для получения фотографического изображения объектов, перемещающихся с малыми скоростями, так как большая длительность светового импульса влечёт за собой появление «смаза на фотографическом изображении.spark radar along the optical axis coinciding with the geometrical axis of the capillary. In this case, however, the duration of the glow increases (low thermal conductivity of the walls and their very presence prevents the rapid cooling of the expanding plasma). The use of such a light source is possible only for obtaining a photographic image of objects moving at low speeds, since a large duration of the light pulse entails the appearance of a “blur on the photographic image.

В силу этого, для ряда приложений используют промежуточную (между открытым и капиллярным разрядами) схему, выбранную нами за прототип, реализуемую с помощью импульсных ламп (например, на основе искровых разрядников, представленных в 2, фиг. 51 г). Искровой разрядник представляет собой разрядную камеру. Камера образована двумя стенками, которые выполнены из оптически прозрачного материала (стеклянные пластины). Эти стенки установлены с зазором друг относительно друга, ограничивая разрядный промежуток. На противоположных концах разрядного промежутка размещены электроды: катод и анод. Электроды электрически соединены с импульсным источником питания. Образующийся в результате разряда световой импульс выводится через открытый зазор, причём оптическая ось располагается параллельно стенкам камеры.Because of this, for a number of applications, an intermediate circuit (between open and capillary discharges) is used that we selected for the prototype implemented using flash lamps (for example, based on spark gaps, presented in 2, Fig. 51 g). The spark gap is a discharge chamber. The chamber is formed by two walls, which are made of optically transparent material (glass plates). These walls are installed with a gap relative to each other, limiting the discharge gap. At the opposite ends of the discharge gap are the electrodes: cathode and anode. The electrodes are electrically connected to a switching power supply. The light pulse resulting from the discharge is output through an open gap, and the optical axis is parallel to the chamber walls.

В подобных источниках света не устранён полностью недостаток, указанный выше, а именно: большая длительность светового импульса (не происходит быстрого охлаждение расширяющейся плазмы). Задача, решаемая заявляемой полезной моделью:In such light sources, the drawback indicated above is not completely eliminated, namely: a large duration of the light pulse (there is no rapid cooling of the expanding plasma). The problem solved by the claimed utility model:

Качество фотографических изображений, получаемых при проведении аэробаллистических высокоскоростных испытаний, определяет точность и эффективность обработки снимков и, в конечном итоге, достоверность определения аэродинамических характеристик. Это делает актуальной задачу повышения качества этих изображений. Решение этой задачи может быть получено путём применения в схемах фотографированияThe quality of photographic images obtained during aeroballistic high-speed tests determines the accuracy and efficiency of image processing and, ultimately, the reliability of determining the aerodynamic characteristics. This makes urgent the task of improving the quality of these images. The solution to this problem can be obtained by applying in photographing schemes

источников света, обладающих высокой яркостью и малым временем существования светового импульса. Технический результатlight sources with high brightness and short lifetime of the light pulse. Technical result

Технический результат преднолагаемой полезной модели состоит в создании условий для уменьшения длительности и увеличения яркости светового импульса, генерируемого газоразрядным импульсным источником света, за счёт обеспечения оптимального расширения канала разряда в атмосфере инертного газа. Дополнительно, при применении параболического отражателя и увеличении разрядного промежутка, повышается сила света источника. Сущность изобретенияThe technical result of the proposed utility model is to create conditions for reducing the duration and increasing the brightness of a light pulse generated by a gas-discharge pulsed light source, by providing optimal expansion of the discharge channel in an inert gas atmosphere. Additionally, when using a parabolic reflector and increasing the discharge gap, the light intensity of the source increases. SUMMARY OF THE INVENTION

Данный технический результат достижим за счёт того, что в отличие от известного газоразрядного импульсного источника света, включающего разрядную камеру, образованную двумя стенками, выполненными из оптически прозрачного материала, установленными с зазором друг относительно друга, между которыми на противоположных концах разрядного промежутка размещены катод и анод, электрически связанные с импульсным источником питания, а также содержащие каналы для вывода излучения, в предлагаемом источнике: стенки камеры соединены по периметру друг с другом, с образованием замкнутого объёма, заполненного инертным газом (для возможности увеличения размеров разрядного промежутка, следствием является увеличение габаритов тела свечения, что приводит к росту силы света импульса); ширина зазора между стенками выбрана от 0.05 до 0.2 мм (такой зазор с одной стороны поддерживает относительно высокую температуру плазмы, не давая каналу разряда расширяться в двух плоскостях, а с другой стороны обеспечивает относительно короткое время существования канала за счёт расширения в направлении свободных плоскостей); каналы вывода светового излучения образованы стенками газоразрядной камеры изThis technical result is achievable due to the fact that, in contrast to the known gas-discharge pulsed light source, including a discharge chamber formed by two walls made of optically transparent material, installed with a gap relative to each other, between which at the opposite ends of the discharge gap there is a cathode and anode electrically connected with a pulsed power source, as well as containing channels for outputting radiation, in the proposed source: the walls of the chamber are connected around the perimeter of yz other to form a closed volume filled with inert gas (for the possibility of increasing the size of the discharge gap, the result is an increase in luminescence body dimensions, which leads to an increase in impulse light); the width of the gap between the walls is selected from 0.05 to 0.2 mm (such a gap on the one hand maintains a relatively high plasma temperature, preventing the discharge channel from expanding in two planes, and on the other hand provides a relatively short channel lifetime due to expansion in the direction of the free planes); the light emission output channels are formed by the walls of the gas discharge chamber from

оптически прозрачного материала, служащими окнами для вывода излучения (что обеспечивает использование оптимальной, короткоживущей проекции тела свечения).optically transparent material serving as windows for radiation output (which ensures the use of an optimal, short-lived projection of the glow body).

С тем, чтобы осуществить возможность управления силой света газоразрядного импульсного источника, катод и анод установлены с возможностью регулированияIn order to realize the possibility of controlling the luminous intensity of a gas-discharge pulse source, the cathode and anode are installed with the possibility of regulation

расстояния между ними. Кроме того, для получения оптимального результата с точкиthe distance between them. In addition, for optimal results from the point

зрения силы света светового импульса, газоразрядный импульсный источник света может быть дополнен отражателем. Одним из вариантов конструктивного исполнения источника света является такой, в котором стенки разрядной камеры представляют собой цилиндрические коаксиальные поверхности, отражателю придана форма параболической поверхности, причём канал предполагаемого разряда находится в фокусе отражателя.view of the luminous intensity of a light pulse, a gas-discharge pulsed light source can be supplemented by a reflector. One of the options for the design of the light source is one in which the walls of the discharge chamber are cylindrical coaxial surfaces, the reflector is given the shape of a parabolic surface, and the channel of the proposed discharge is in the focus of the reflector.

Выбор зазора между стенками в заявленном диапазоне (от 0.05 мм до 0.2 мм) способствует созданию в разрядном промежзпгке при возникновении канала разряда оптимальных условий для существования тела свечения при неизменных параметрах разрядного контура. В этом случае сохраняется наибольшая температура плазмы и яркость тела свечения на время работы источника.The choice of the gap between the walls in the claimed range (from 0.05 mm to 0.2 mm) contributes to the creation of optimal conditions for the existence of the luminous body in the discharge gap when the discharge channel arises with constant parameters of the discharge circuit. In this case, the highest plasma temperature and brightness of the luminescence body are maintained for the duration of the source operation.

Использование стенок газоразрядной камеры из оптически прозрачного материала в качестве окон каналов вывода светового излучения (расположение оптической оси устройства перпендикулярно плоскости стенки) позволяет уменьшить длительность светового импульса. Это происходит потому, что при использовании данной проекции тела свечения (зоны, занимаемой каналом разряда) наблюдается светящийся слой с быстро уменьшающейся оптической толщиной, когда она станет меньше порогового значения - поток излучения прекратит существовать. В 2 используется проекция тела свечения, при которой по мере остывания наружных слоев канала разряда мы будем наблюдать следующие за ними более глубинные слои и т. д., вследствие чего поток излучения существует больщее время.The use of the walls of the gas discharge chamber from an optically transparent material as the windows of the light output channels (the location of the optical axis of the device perpendicular to the plane of the wall) reduces the duration of the light pulse. This is because when using this projection of the body of the glow (the zone occupied by the discharge channel), a luminous layer with rapidly decreasing optical thickness is observed, when it becomes less than the threshold value, the radiation flux ceases to exist. In Section 2, a projection of the luminescence body is used, in which, as the outer layers of the discharge channel cool down, we will observe the deeper layers following them, etc., as a result of which the radiation flux exists for a longer time.

Перечень фигур и графических изобраэ/сенийList of figures and graphic images

На фигуре схематично изображена заявляемая полезная модель. Сведения, подтверждающие возможность достиж-ения технического результата Устройство включает:The figure schematically depicts the inventive utility model. Information confirming the possibility of achieving a technical result The device includes:

анод (1) и катод (4), установленные с возможностью регулирования расстояния между ними в газоразрядной камере, образованной стенками (2) из светопрозрачного материала (оргстекло), причём стенки служат окнами для вывода светового излучения, а газоразрядная камера заполнена инертным газом,the anode (1) and the cathode (4), installed with the possibility of regulating the distance between them in the gas discharge chamber formed by the walls (2) of translucent material (plexiglass), the walls serve as windows for the output of light radiation, and the gas discharge chamber is filled with inert gas,

импульсный источник питания (5) электрически связанный с анодом (1) и катодом (4), параболический отражатель (3), размещённый таким образом, чтобы канал предполагаемого разряда в газоразрядной камере находился в фокусе отражателя. Стрелками на фиг. изображен ход световых лучей.a pulsed power supply (5) electrically connected to the anode (1) and the cathode (4), a parabolic reflector (3), placed so that the channel of the proposed discharge in the gas discharge chamber is in the focus of the reflector. The arrows in FIG. The course of light rays is shown.

Устройство работает следующим образом. Импульсный источник питания (5) подводит к электродам -аноду (1) и катоду (4) импульс электрического тока (напряжение , энергия Е 1ч-10 Дж, длительность . мкс). Происходит пробой разрядного промежутка между электродами (1) и (4) в газоразрядной камере, образованной стенками (2) с формированием канала разряда. Канал разряда, ограниченный стенками (2), существует некоторое время ( мкс) излучая световой поток с поверхности. В окружающее пространство выходит световой поток, излучаемый высокотемпературной зоной предполагаемого разряда (канала разряда), характеризующейся определённым значением яркости (максимум: 10 сб). Световой поток собирается параболическим отражателем (3) и направляется на освечиваемый объект.The device operates as follows. Switching power supply (5) leads to the electrodes-anode (1) and cathode (4) an electric current pulse (voltage, energy E 1h-10 J, duration. Μs). Breakdown of the discharge gap occurs between the electrodes (1) and (4) in the gas discharge chamber formed by the walls (2) with the formation of the discharge channel. The discharge channel bounded by the walls (2) exists for some time (μs) emitting a light flux from the surface. The luminous flux emitted from the high-temperature zone of the proposed discharge (discharge channel), characterized by a certain brightness value (maximum: 10 sat), enters the surrounding space. The luminous flux is collected by a parabolic reflector (3) and sent to the illuminated object.

Реализуемый световой импульс имеет полуширину по длительности to .5-Ю.7 мкс (для указанных параметров источника питания (5)).The realized light pulse has a half width in duration of .5 - 10.7 μs (for the indicated parameters of the power source (5)).

разрядном промежутке при возникновении канала разряда оптимальных условий для существования тела свечения.discharge gap when a discharge channel occurs, the optimal conditions for the existence of a glow body.

Работа устройства позволяет реализовать импульс света с яркостью не менее, чем в 1. раза превышающую яркость, достигаемую в 2 (), и длительностью, по крайней мере, в 2 раза меньшей, чем в 2 (to 5..7 мкс). При дополнительном применении в заявляемом устройстве параболического отражателя и увеличении разрядного промежутка сила света з еличивается, по меньшей мере, в 16 раз.The operation of the device allows you to realize a light pulse with a brightness of not less than 1. times the brightness achieved in 2 (), and a duration of at least 2 times less than 2 (to 5..7 μs). With the additional use of a parabolic reflector in the inventive device and an increase in the discharge gap, the light intensity increases at least 16 times.

Газоразрядный импульсный источник света с указанными параметрами позволит применять фотографические методы регистращ1и в процессах, для которых ранее это было невозможно ввиду большой скорости объектов съёмки.A gas-discharge pulsed light source with the indicated parameters will allow the use of photographic methods of registration and in processes for which this was previously impossible due to the high speed of the objects being shot.

Claims

1. A gas-discharge pulsed light source, including a discharge chamber formed by two walls made of optically transparent material, installed with a gap relative to each other, between which at the opposite ends of the discharge gap there is a cathode and anode electrically connected to the pulsed power source, as well as channels light emission output, characterized in that the chamber walls are connected along the perimeter with each other, with the formation of a closed volume filled with an inert gas, the gap width m forward walls is selected in the range of 0.05-0.2 mm, the light emission output channels are formed by the walls of the discharge chamber of optically transparent material serving as windows for radiation output.

2. The gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that the cathode and anode are installed with the ability to control the distance between them.

3. The gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that it is supplemented by a reflector.

4. The gas-discharge pulsed light source according to claim 1, characterized in that the walls of the discharge chamber are cylindrical coaxial surfaces, the reflector is given the shape of a parabolic surface, the channel of the intended discharge being in the focus of the reflector.