用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于紫外辐射测量技术领域，具体涉及一种用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统。
【背景技术】
[0002]在当前的生产、生活中，紫外灯在众多领域都发挥着重要的作用。紫外线的光生物效应可用于灭菌，细菌受到紫外线照射后，引起DNA链的断裂，致使细菌死亡。紫外线灭菌用于空气、水、各类饮料、实验室、车间和医院等许多场合。紫外线对人体保健也有很广范围的应用，适量的紫外照射对人体内脏和免疫系统有良好的影响，但过量的紫外线会造成皮肤红斑等皮肤疾病。目前已发展的紫外线物理疗法可以治疗牛皮癣和佝偻病，消除炎症。紫外线的荧光效应可用于无机元素和有机物质的化学分析，食品卫生中的微量元素和有害物质的检测，工业生产中产品质量的监测，矿床探测中的样品分析。紫外线的光化效应可用于复印、油墨固化、半导体芯片的光刻技术、高分子老化试验和同位素分离等。大功率紫外光源可以在有限的体积内产生紫外辐射通量，设备紧凑，使用成本较低。国外已有各类紫外光源的产品，在城市饮用水、给排水和空气杀菌领域已有大规模应用。
[0003]相应地，紫外辐射测量也成为相关企业、检测机构等关注的重点之一。为了确保测量结果的准确性和精确度，需要性能可靠的紫外标准灯作为定标光源。
[0004]上世纪70年代开始，各国就利用同步辐射和壁稳电弧光源相继建立起紫外-真空紫外光谱福射国家标准。壁稳氩弧光源是在氩气气氛下弧光放电形成轴向均勾的局部热力学平衡态等离子体，并可以根据黑体谱线理论或Schulz-Gul-de理论确定氩弧等离子体的光谱辐射亮度。而同步辐射(SR)是近50年来迅速发展起来的一种新型辐射源，具有波长范围宽、亮度高、福射特性可精确计算等特点，其光谱福射亮度等特性根据Schwinger理论计算得到。目前公认的紫外辐射标准包括德国国家物理技术研究院(PTB)的BESSY II同步辐射标准、英国国家物理实验室(NPL)的DARESBURG同步辐射标准等。我国也在90年代在合肥建立了 800 MeV电子存储环装置并开展了同步辐射特性研究。
[0005]为了将同步辐射标准引入到实际应用中来，现普遍采用以同步辐射为标准的传递标准氘灯光源的比对定标来实现。氘灯是在氢灯的基础上发展起来的，辐射强度高、稳定性好、寿命长，能产生波长165~370 nm范围内的连续辐射。氘灯的种类很多，按窗口的形式分类可以分为端窗和侧窗两种，其发光面积为通常为直径1 _的圆。灯预热后，1小时内测量稳定性在±1%以内；使用氘灯时，辐射亮度的变化不大于2%。但是氘灯的连续光谱，无法作为检测仪器的波长校准，因此紫外检测设备还需要另外一套波长校准光源，因此提高了成本，也增加了仪器定标和校准的工作量。此外，氘灯与常用的紫外灯存在较大的结构差异，氘灯可以看做为一个点光源，而常用的低压汞灯等光源是线性的，因此也会对定标造成影响。
[0006]与之相比，低压汞灯发射的是汞原子的特征线光谱，其谱线波长确定，可以作为波长的校准光源。只要能够保证低压汞灯放电的稳定性，那么这个紫外标准灯就可以兼顾标准谱线源和标准强度源的功能，同时提供辐射强度定标和辐射波长校准。而且低压汞灯价格低廉、辐射效率高，本身是应用最普遍的紫外灯之一。采用低压汞灯作为标准灯，由于标准灯和被测灯的形状、结构等差别较小，可以降低定标的操作难度，同时减小由于形状差异等造成的测量误差。
[0007]但是，采用低压汞灯做为紫外标准灯，最关键的问题是要解决稳定性差的问题。灯管中汞的蒸气压是由灯管的冷端温度决定的，而汞的蒸气压的大小直接影响灯的放电状态。由于点灯的环境条件难以精确控制，因此即使同一根低压汞灯在两次燃点之间也能难保证冷端温度的一致性，从而导致灯的稳定性较差，可能存在5~10%的偏差。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种能够稳定输出紫外辐射的，用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统。
[0009]本实用新型提供的用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统，包括至少1组低压汞放电标准灯、驱动电源、光源控制系统以及控温系统，能够提供稳定的辐射输出，可作为紫外一级标准光源用来定标紫外积分球、辐射照度计等检测设备，为实际生产及光源检测提供可靠的254 nm辐射标准。
[0010]本实用新型中，每组低压汞放电标准灯至少包含3个相同类型、相同参数的汞放电灯(标准灯)；每个汞放电灯均经过国家法定计量单位标定，每组的多个汞放电灯可相互校正。所述的汞放电灯是不涂荧光粉的紫外灯，采用石英管制成；汞放电灯的功率密度范围为 5~500 W/m。
[0011]所述汞放电灯的灯丝采用预热启动，正常工作后通过外部电源加热灯丝，使阴极热点保持在900~1000 V”以提高阴极位降的稳定性。
[0012]所述的驱动电源采用稳定的方波电源或矩形脉冲电源，频率范围50 Hz-50 kHz。
[0013]所述的控温系统用于对低压汞放电标准灯的管壁上制造恒温冷端，确保冷端处液汞或汞齐的工作温度恒定，维持灯内汞蒸气压的稳定性。所述控温系统采用恒温水浴或油浴制造液体循环来控制冷端温度。
[0014]所述光源控制系统包括1个探测器和1个控制器，探测器用于检测低压汞放电标准灯的辐射强度，并经由控制器的反馈回路调节驱动电源的输出，以提高放电灯的稳定性。所述的探测器采用紫外探测器，可以用来测量特定紫外波长，也可以测量整个紫外波段辐射。
[0015]本实用新型的低压汞灯标标准系统能够提供稳定的辐射输出，可作为紫外一级标准光源用来定标紫外积分球、辐射照度计等检测设备，为实际生产及光源检测提供可靠的254 nm辐射标准。可以作为辐亮度标准，也可以作为辐通量标准，也可以作为一定距离处的辐照度标准。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的低压汞灯标准系统的系统图。
[0017]图2为本实用新型的低压汞灯标准灯的结构图。
[0018]图中标号:1 一灯管；2—灯丝；3—水套；4一通水管。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步说明。所描述的实施例仅为本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0020]图1显示了低压汞灯标准系统的组成，包括一组低压汞放电标准灯、驱动电源、光源控制系统以及控温系统，其中光源控制系统包括一个254 nm紫外探测器和一个控制器。
[0021]该组低压汞放电标准灯包括3个相同规格、相同参数的直管灯，其结构如图2所示。低压汞灯标准灯的灯管1采用高透过率的石英管制成，直径19 _，管长80 cm，管壁没有涂覆荧光粉，因此低压汞蒸气放电产生的紫外辐射输出直接从管壁透出。标准灯的灯丝2采用的是普通低压汞灯的灯丝。标准灯上有一个玻璃水套3，该水套3直接封接在灯管1外壁上，两端通水口 4与外部循环水浴相连。
[0022]该系统的驱动电源采用50 Hz的方波电源，输出功率为160 W。在低压汞灯标准灯的启动和运行过程中，驱动电源分别向标准灯两头的灯丝2提供100 mA的加热电流，从而维持放电过程中阴极位降的稳定性。
[0023]控温系统采用的是一台恒温水浴，水浴的水循环回路与标准灯的通水口相连接。水浴设定和控制循环中的水温，确保水温低于工作状态时标准灯的管壁温度，从而在标准灯的管壁上制造出恒温的冷端，确保了灯内汞蒸气压的稳定性。
[0024]另外，光源控制系统根据辐射的波动来调节驱动电源的输出电流，确保放电稳定，辐射输出波动小于1%。标准灯正常工作时，控制系统中的254 nm紫外探测器实时监控标准灯的辐射强度，并将监测信号传输给控制器，经由控制器的反馈回路调节驱动电源的输出电流，确保标准灯稳定放电。
[0025]该系统的三个标准灯分别经过国家法定计量单位标定，可相互进行校准。该系统可同时作为254 nm辐亮度标准、辐通量标准和辐照度标准。
[0026]本实用新型提供的低压汞灯标准系统能够提供稳定的辐射输出，可作为谱线源来校准检测设备的波长，也可以作为紫外一级标准光源用来定标紫外积分球、辐射照度计等检测设备，为实际生产及光源检测提供可靠的辐射标准。
【主权项】
1.一种用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统，其特征在于:包括至少1组低压汞放电标准灯、驱动电源、光源控制系统以及控温系统；其中: 每组低压汞放电标准灯至少包含3个相同类型、相同参数的汞放电灯；每个汞放电灯均经过国家法定计量单位标定，每组的多个汞放电灯可相互校正； 所述的驱动电源采用稳定的方波电源或矩形脉冲电源，频率范围50 Hz-50 kHz ； 所述的控温系统用于对低压汞放电标准灯的管壁上制造恒温冷端，确保冷端处液汞或汞齐的工作温度恒定，维持灯内汞蒸气压的稳定性；所述控温系统采用恒温水浴或油浴制造液体循环来控制冷端温度； 所述光源控制系统包括1个探测器和1个控制器，探测器用于检测低压汞放电标准灯的辐射强度，并经由控制器的反馈回路调节驱动电源的输出，以提高放电灯的稳定性。2.根据权利要求1所述的低压汞灯标准系统，其特征在于:所述的汞放电灯是不涂荧光粉的紫外灯，采用石英管制成；汞放电灯的功率密度范围为5~500 W/m。3.根据权利要求1或2所述的低压汞灯标准系统，其特征在于:所述汞放电灯的灯丝采用预热启动，正常工作后通过外部电源加热灯丝，使阴极热点保持在900~1000 °C，以提高阴极位降的稳定性。4.根据权利要求1所述的低压汞灯标准系统，其特征在于:所述的探测器采用紫外探测器，用来测量特定紫外波长，或者测量整个紫外波段辐射。
【专利摘要】本实用新型属于紫外辐射测量技术领域，具体为一种用于紫外灯检测和定标的低压汞灯标准系统。本低压汞灯标准系统，包括至少一组低压汞放电标准灯、驱动电源、光源控制系统以及温度控制系统，每组低压汞放电标准灯至少包含3根相同类型、相同参数的低压汞放电灯；控温系统在低压汞放电标准灯的管壁上制造恒温冷端，光源控制系统包括一个探测器和一个控制器，探测器检测低压汞放电标准灯的辐射强度，并经由控制器的反馈回路调节驱动电源的输出电流，实现恒定的254nm紫外输出，提高放电灯的稳定性。本实用新型能够提供稳定的辐射输出，可作为紫外一级标准光源用来定标紫外积分球、辐射照度计等检测设备，为实际生产及光源检测提供可靠的辐射标准。
【IPC分类】F21S2/00, F21Y113/00, H01J61/52, F21V23/00
【公开号】CN205048200
【申请号】CN201520129792
【发明人】张善端, 韩秋漪
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年3月7日