 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Ксеноновая дуговая лампа является высоко специализированным типом газоразрядной лампы , с электрическим светом , который производит свет, пропуская электричество через ионизированный ксеноновый газ при высоком давлении. Он излучает яркий белый свет, который точно имитирует естественный солнечный свет , и используется в кинопроекторах в кинотеатрах , в прожекторах , а также для специального использования в промышленности и исследованиях для имитации солнечного света, часто для тестирования продуктов.
Ксеноновые фары в автомобилях на самом деле являются металлогалогенными лампами , в которых ксеноновая дуга используется только во время запуска для корректировки цветовой температуры .
Типы [ править ]
Ксеноновые дуговые лампы можно условно разделить на три категории: ксеноновые короткодуговые лампы с непрерывным выходом, ксеноновые длинно-дуговые лампы с непрерывным выходом и ксеноновые лампы-вспышки (которые обычно рассматриваются отдельно).
Каждый состоит из плавленого кварца или другой термостойкой стеклянной дуговой трубки с металлическим вольфрамовым электродом на каждом конце. Стеклянная трубка сначала откачивается, а затем снова заполняется газообразным ксеноном. В ксеноновых лампах-вспышках третий «пусковой» электрод обычно окружает внешнюю часть дуговой лампы. Срок службы ксеноновой дуговой лампы зависит от ее конструкции и энергопотребления. Крупный производитель указывает средний срок службы от 500 часов (7 кВт) до 1500 (1 кВт). [1]
История [ править ]
Интерес к ксеноновому разряду впервые пробудил П. Шульц в 1944 году после открытия им почти непрерывного спектра и белого света с высокой цветопередачей. [2] Из-за ограничений военного времени на доступность этого благородного газа значительного прогресса не было достигнуто до тех пор, пока Джон Алдингтон из британской ламповой компании Siemens не опубликовал свое исследование в 1949 году. [3] Это вызвало интенсивные усилия немецкой компании Osram по дальнейшему развитию. технология как замена угольных дуг в кинопроекциях. Первая успешная публичная проекция с использованием ксенонового света была проведена 30 октября 1950 года, когда отрывки из цветного фильма (Das Schwarzwaldmädel) были показаны во время 216-й сессии Немецкого кинематографического общества в Берлине. [4]Эта технология была введена в продаже немецкой компанией Osram в 1952 году [5] Сначала производится в 2 кВт размере (XBO2001), [ править ] эти лампы увидели широкое применение в проекции фильма , где они заменили старые, более трудоемкий (для работают) угольные дуговые лампы .
Современное использование [ править ]
Белый непрерывный свет, генерируемый ксеноновой дугой, спектрально подобен дневному свету, но лампа имеет довольно низкую эффективность с точки зрения выходного количества люменов видимого света на ватт входной мощности. Сегодня почти все кинопроекторы в кинотеатрах используют эти лампы с номинальной мощностью от 900 Вт до 12 кВт. В проекционных системах Omnimax (Imax Dome) используются одиночные ксеноновые лампы мощностью до 15 кВт. С 2016 года лазерное освещение для проекторов цифровых кинотеатров начинает завоевывать рынок [6] и, по прогнозам, заменит ксеноновую дуговую лампу для этого применения. [7]
Очень маленький размер дуги позволяет фокусировать свет лампы с умеренной точностью. По этой причине в оптике и прецизионном освещении микроскопов и других инструментов используются ксеноновые дуговые лампы меньших размеров, мощностью до 10 Вт, хотя в настоящее время их заменяют одномодовые лазерные диоды и суперконтинуумные лазеры белого света, которые могут создают действительно ограниченное дифракцией пятно. Лампы большего размера используются в прожекторах, где генерируются узкие лучи света, или в освещении кинопроизводства, где требуется имитация дневного света.
Все ксеноновые лампы с короткой дугой излучают значительное ультрафиолетовое излучение . Ксенон имеет сильные спектральные линии в УФ-диапазоне, которые легко проходят через колбу лампы из плавленого кварца. В отличие от боросиликатного стекла, используемого в стандартных лампах, плавленый кварц легко пропускает УФ-излучение, если он специально не легирован . Ультрафиолетовое излучение, испускаемое лампой с короткой дугой, может вызвать вторичную проблему образования озона . УФ-излучение поражает молекулы кислорода в воздухе вокруг лампы, вызывая их ионизацию. Некоторые из ионизированных молекул затем рекомбинируют в O 3 , озон. Оборудование, в котором в качестве источника света используются лампы с короткой дугой, должно содержать УФ-излучение и предотвращать накопление озона.
На оболочку многих ламп нанесено коротковолновое УФ-блокирующее покрытие, и они продаются как лампы, не содержащие озона. Эти «безозоновые» лампы обычно используются в помещениях, где затруднена надлежащая вентиляция. Компания WACOM также имеет долгую историю производства ксеноновых ламп. [8] Некоторые лампы имеют оболочки из сверхчистого синтетического плавленого кварца (например, «Супрасил»), что примерно удваивает стоимость, но позволяет им излучать полезный свет в вакуумную УФ-область . Эти лампы обычно работают в атмосфере чистого азота.
Конструкция лампы [ править ]
Во всех современных ксеноновых лампах с короткой дугой используется оболочка из плавленого кварца с торированными вольфрамовыми электродами. Плавленый кварц - единственный доступный в настоящее время с экономической точки зрения материал, который может выдерживать высокое давление (25 атмосфер для лампы IMAX ) и высокую температуру, присутствующую в операционной лампе, при этом оставаясь оптически прозрачным. Торий легирующей примеси в электродах значительно повышает их эмиссии электронов характеристики. Поскольку вольфрам и кварц имеют разные коэффициенты теплового расширения , вольфрамовые электроды привариваются к полоскам из чистого металлического молибдена или сплава инвара , которые затем плавятся в кварце, образуя уплотнение оболочки.
Из-за очень высоких уровней мощности большие лампы охлаждаются водой. В проекторах IMAX корпуса электродов изготовлены из твердого инвара и покрыты торированным вольфрамом. Уплотнительное кольцо герметизирует трубу, так что голые электроды не контактируют с водой. В устройствах с низким энергопотреблением электроды слишком холодные для эффективной электронной эмиссии и не охлаждаются. В приложениях с высокой мощностью необходим дополнительный контур водяного охлаждения для каждого электрода. Чтобы снизить стоимость, водяные контуры часто не разделяются, и воду необходимо деионизировать, чтобы сделать ее электрически непроводящей, что позволяет кварцу или некоторым лазерным средам растворяться в воде.
Для достижения максимальной эффективности газообразный ксенон в лампах с короткой дугой поддерживается под чрезвычайно высоким давлением - до 30 атмосфер (440 фунтов на квадратный дюйм / 3040 кПа), что создает проблемы с безопасностью. Если лампу уронят или разорвут во время эксплуатации, части оболочки лампы могут быть выброшены с большой скоростью. Чтобы уменьшить это, большие ксеноновые лампы с короткой дугой обычно поставляются в защитных экранах, которые будут содержать фрагменты оболочки в случае разрушения. Обычно экран снимается после установки лампы в корпус лампы. Когда срок службы лампы подходит к концу, защитный экран снова надевается на лампу, а отработанная лампа снимается с оборудования и утилизируется. По мере старения ламп увеличивается риск выхода из строя, поэтому заменяемые лампы подвергаются наибольшему риску взрыва.Производители ламп рекомендуют использовать средства защиты глаз при обращении с ксеноновыми лампами с короткой дугой. Некоторые лампы, особенно те, которые используются в проекторах IMAX, требуют использования защитной одежды для всего тела.
Механизм генерации света [ править ]
Ксеноновые лампы с короткой дугой бывают двух различных разновидностей: чистый ксенон, содержащий только газообразный ксенон; и ксенон-ртуть, содержащий газообразный ксенон и небольшое количество металлической ртути .
Чистый ксенон [ править ]
В чистой ксеноновой лампе большая часть света генерируется в крошечном плазменном облаке точечного размера, расположенном там, где поток электронов покидает поверхность катода. Объем генерации света имеет форму конуса, а сила света экспоненциально спадает при переходе от катода к аноду. Электроны, проходящие через плазменное облако, ударяются об анод, вызывая его нагрев. В результате анод в ксеноновой лампе с короткой дугой должен быть либо намного больше, чем катод, либо иметь водяное охлаждение для рассеивания тепла. Выходная мощность чистой ксеноновой лампы с короткой дугой обеспечивает довольно непрерывное спектральное распределение мощности с цветовой температурой около 6200K и индексом цветопередачи, близким к 100. [9]Однако даже в лампе высокого давления есть несколько очень сильных эмиссионных линий в ближней инфракрасной области, примерно в области 850–900 нм. Эта спектральная область может содержать около 10% всего испускаемого света. [ необходима цитата ] Интенсивность света колеблется от 20 000 до 500 000 кд / см 2 . Примером может служить «лампа XBO» - торговая марка OSRAM для чисто ксеноновой лампы с короткой дугой. [9]
Для некоторых приложений, таких как эндоскопия и стоматологическая техника, включены световодные системы.
Ксенон-ртуть [ править ]
Как и в чистой ксеноновой лампе, большая часть излучаемого света излучается из облака плазмы крошечного размера около торца катода. Однако плазменное облако в ксенон-ртутной лампе часто меньше, чем в чистой ксеноновой лампе эквивалентного размера, из-за того, что поток электронов быстрее теряет свою энергию в направлении более тяжелых атомов ртути. Ксеноново-ртутные лампы с короткой дугой имеют голубовато-белый спектр и чрезвычайно высокую мощность УФ-излучения . Эти лампы используются в основном для УФ- отверждения , стерилизации предметов и генерации озона .
Керамические ксеноновые лампы [ править ]
Ксеноновые короткодуговые лампы также производятся с керамическим корпусом и встроенным отражателем. Они доступны во многих номиналах выходной мощности с окнами, пропускающими УФ-излучение, или блокирующими их. Варианты отражателя бывают параболическими (для коллимированного света) или эллиптическими (для сфокусированного света). Они используются в широком спектре приложений, таких как видеопроекторы, волоконно-оптические осветители, эндоскопы и налобные фонари, стоматологическое освещение и поисковые фонари.
Требования к источнику питания [ править ]
Ксеноновые лампы с короткой дугой имеют отрицательный температурный коэффициент, как и другие газоразрядные лампы. Они работают при низком напряжении, сильном токе, постоянном токе и запускаются импульсами высокого напряжения от 20 до 50 кВ. Например, лампа мощностью 450 Вт нормально работает при 18 В и 25 А. при включении. Кроме того, они по своей природе нестабильны, подвержены таким явлениям, как колебания плазмы и тепловой убегание . [ необходима цитата ] Из-за этих характеристик ксеноновые лампы с короткой дугой требуют надлежащего источника питания, который работает без мерцания пламени, что в конечном итоге может повредить электроды.
Автомобильные фары [ править ]
В 1991 году для автомобилей были введены « ксеноновые фары » ( BMW E32 ). На самом деле это металлогалогенные лампы ; ксенон используется только для обеспечения некоторого света сразу после включения лампы, что необходимо для обеспечения безопасности при использовании автомобильных фар. Полная интенсивность достигается от 20 до 30 секунд позже как только соли с натрием и скандия испаряются за счет тепла ксеноновой дуги. Колба лампы небольшая, а длина дуги составляет всего несколько миллиметров . Наружная твердая стеклянная трубка блокирует выход ультрафиолетового излучения, которое может повредить пластмассовые компоненты фары. Первые ксеноновые фары содержали ртуть; более новые типы нет.
Ксеноновые дуговые лампы [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( январь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Они конструктивно похожи на лампы с короткой дугой, за исключением того, что расстояние между электродами в стеклянной трубке значительно увеличено. При установке в эллиптическом отражателе эти лампы часто используются для имитации солнечного света короткими вспышками, часто для фотографии. Типичные области применения включают тестирование солнечных элементов (с использованием оптических фильтров), моделирование солнечного излучения для определения возраста материалов, быструю термическую обработку, контроль материалов и спекание.
Хотя ксеноновые лампы с длинной дугой не были широко известны за пределами России и бывших советских стран-сателлитов, они использовались для общего освещения больших площадей, таких как вокзалы, спортивные арены, горнодобывающие предприятия и высокие пролеты атомных электростанций. Эти лампы, Лампа ксеноновая ДКСТ, буквально «ксеноновая лампа ДКСТ», характеризовались высокой мощностью от 2 кВт до 100 кВт. Лампы работали в своеобразном режиме разряда, когда плазма термализовалась, то есть электроны были не намного горячее самого газа. В этих условиях была продемонстрирована положительная вольт-амперная кривая. Это позволяло более крупным типоразмерам, таким как 5 и 10 кВт, работать напрямую от сети переменного тока напряжением 110 и 220 вольт соответственно без балласта - для зажигания дуги требовалось только последовательное запальное устройство.
Лампы производили около 30 люмен / ватт, что примерно вдвое превышает эффективность вольфрамовой лампы накаливания, но меньше, чем у более современных источников, таких как галогениды металлов. Их преимуществом было отсутствие содержания ртути, конвективное воздушное охлаждение, отсутствие риска разрыва под высоким давлением и почти идеальная цветопередача. Из-за низкой эффективности и конкуренции со стороны более распространенных типов ламп сегодня осталось немного установок, но там, где они есть, их можно распознать по характерному прямоугольному / эллиптическому отражателю и четкому сине-белому свету от относительно длинного трубчатого источника.
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме ксеноновой дуговой лампы . |
- Список источников света
Ссылки [ править ]
- ^ "Ushio - страница данных о продукте" . 2017-04-18.
- ^ Edelgasbögen, P.Schulz, Reichsbericht f.Physik, Vol.1 (1944) P147
- ^ Gas Arcs, JN Aldington, Transactions of the Illuminating Engineering Society of London, Vol.14 (1949) pp19-51.
- ^ Die Neuen Xenon-Hochdrucklampen, К. Ittig, К. Lärche, Ф. Michalk, TECHNISCH-Wissenschaftliche Abhandlungen дер Osram-Gesellchaft, Vol.6 (1953) pp33-38.
- ^ Technik дер Spezial-Entladungslampen, опубл. Osram GmbH 1989, стр. 24.
- ^ «Christie объявляет об установке лазерных проекторов» .
- ^ «Пример статьи, в которой обсуждается замена ксеноновой дуги лазерным излучением» . 2014-02-22.
- ^ "WACOM KXL" (PDF) .
- ^ a b "OSRAM SYVLANIA XBO" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 июля 2013 года.
