专利名称：多次打火的气体放电灯点火装置及其方法
多次打火的气体放电灯点火装置及其方法
背景技术：
本发明一般涉及诸如氙气闪光灯之类的气体放电灯的点火。 气体放电灯可用在各种应用中，包括光谱分析、摄影、以及生物灭菌。
因为例如氙气闪光灯之类的一些气体放电灯的发射光谱包括紫外线(uv) 波长，所以这些灯可用于净化。同样地，由这些灯发射的uv光可用于uv
闪光医治或闪光消毒、净化、以及灭菌。
气体放电灯在透明灯泡内含有诸如氙气或氪气之类的稀有气体。该气 体可处于大气压之上或之下的气压。灯具有阴极和阳极，通过它们提供电 流以产生电弧。为便于使气体在电极之间传导电能，气体被电离以降低其 电阻。 一旦气体被电离，电能就经过该气体传导并激发气体分子。在分子 回到其未被激发能级时，它们释放出光能。
一些类型的气体放电灯可以脉冲方式运行，以使该灯发射光脉冲串而 非连续的光发射。在此类灯中，在阴极和阳极两端提供的电流以短脉冲串 方式释放，而非以连续方式提供。这导致单个放电或光的"闪光"。
通常，为了电离气体，将高电压脉冲施加到灯泡外部上的点火电极， 诸如缠绕在灯泡外部的导线网。在电压被施加到导线网时，灯泡内部的气 体被电离，且该气体然后可经由主电极导电。电离还可通过注射触发方法 实现，该方法经由灯电极的一个或多个将电压直接施加到灯上。
发明内容
提供给点火电极的高电压脉冲并不总是充分电离气体以使气体能导 电。这可由多种理由引起。例如，主电极可能脏了或旧了，阴极可能没有 以正常速率发射电子，或者灯内的气压可能高了。在气体未能完全电离时， 灯不放电。
为增加气体放电灯内放电响应的可靠性，针对装置和方法公开了各个实施例。在一实施例中，生成多个点火脉冲以触发单个灯放电。快速连续 的多个点火脉冲被认为能改进气体的电离，从而导致灯放电可靠性的改进。 一个实施例包括一种从气体放电灯产生一连串光放电的方法。该气体 放电灯包含气体且具有阴极、阳极和点火电极。 一连串单个放电彼此至少 间隔一毫秒。单个放电各自通过对点火电极提供两个电脉冲产生。两个电 脉冲的第二个在距离第一脉冲的较短时间内发生。阴极和阳极之间的电荷
具有足够的电压和电流以在阴极和阳极之间产生电弧。
另一实施例包括具有气体放电灯、脉冲发生系统和电源的装置。气体 放电灯具有阴极、阳极和点火电极。脉冲发生系统向点火电极提供第一电 脉冲和第二电脉冲。第二脉冲在第一脉冲之后很快就发生。电源对第一和 第二电脉冲组的每一组在阴极和阳极之间发生一次放电。
又一实施例包括具有气体放电灯、脉冲发生系统和电源的装置。该气 体放电灯具有阴极、阳极、和点火电极。该脉冲发生系统向点火电极提供 第一电脉冲和第二电脉冲。第二脉冲在第一脉冲之后的预定时间内发生。 电源产生由第一和第二电脉冲组发起的阴极和阳极之间的连续放电。
在各个实施例中，两个脉冲(或电压信号)之间的时间是300微秒或
更短。在其他实施例中，时间是150微秒或更短。在另一些实施例中，时 间是125微秒或更短。
此触发机制可与其他已知方法一起使用以解决与可靠性有关的问题。 例如，可在灯内提供放射性气体以减少需要被点火电极感生的电离的量。 此机制可与反馈系统一起使用以监控灯是否已响应触发脉冲信号而放电。 如果反馈系统在触发脉冲已被提供之后没有检测到灯放电，则系统可起动 另一点火脉冲信号。
附图简述
为了更完整地理解本发明的各个实施例，现结合附图参考以下说明书，
其中
图1是根据本发明一实施例的装置的示图2是示出从测试根据本发明一实施例实践的方法中获得的低着火电压与脉冲间隔之间的关系的图表；以及 图3是点火脉冲和灯放电的曲线图。
优选实施例的详细描述
图1是气体放电灯系统10的示图。系统10包括气体放电灯100，具 体是氙气闪光灯。该灯100包括贯穿灯管104相反两端延伸的阴极101和 阳极102。阴极101和阳极102使得与灯管104内部的气体的电连接能够形 成。该灯还包括点火电极103，其通过缠绕在灯管104的一部分上的导线形 成。形成点火电极103的该导线在从灯管104的一端穿到其另一端时缠绕 在灯管104的一部分的外部。在其他实施例中，阴极101或阳极102可用 作点火电极。在另一些实施例中，点火电极可位于灯的内部。
为了从灯100中产生放电，通过例如主电源105将电势施加在阴极101 和阳极102之间。此电势必须足够高以便一旦气体被电离就通过灯管104 内的气体产生电弧。采用单脉冲形式的在20 KV到30 kV范围内的电压信 号被施加到点火电极103以电离气体。在电离之后，气体的导电率增大， 从而使电弧在阴极101和阳极102之间形成。
对于脉冲光操作， 一连串电压信号通过例如脉冲发生器106被发送给 点火电极103。这些信号可以每秒IOOO个信号的频率或更低频率(即1毫 秒或更大的周期)发生。各个电压信号被设计成产生电弧和相应的闪光。 发送到点火电极103的电压信号包括与第一脉冲间隔紧密的第二脉冲，其 增大获得贯穿气体的电弧的可能性。这改进了气体灯放电响应的可靠性。 在本发明一实施例中，电压信号包括相互在300微秒或更短时间内发生的
两个脉冲。此双脉冲组对应于单个灯放电。
图2示出使双脉冲间隔与低着火电压关联的测试的结果。脉冲间隔以 微秒测量、且是分隔双脉冲组的两个脉冲的时间量。低着火电压以400伏 特的增量测量(即Y轴值为4代表1600伏特的低着火电压)。低着火电压 可用作存在于灯的气体中的电离程度的相对度量。在所有其他变量保持不 变时，小的低着火电压相比大的低着火电压指示相对更高的电离度。具有 小的低着火电压的灯将比具有大的低着火电压的灯更可靠地放电。如图2所示，低着火电压的降低和气体电离的改进(导致更高的灯放
电可靠性)在脉冲间隔为约300到400微秒和更低的情况下发生。此脉冲 间隔使灯能在其他情况下所需的低着火电压的约88%或更低的值下着火。 此测试指示气体电离中的进一步改进在脉冲间隔为约150微秒和更低的情 况下发生。此脉冲间隔使灯能在其他情况下所需的低着火电压的77%或更 低的值下着火。低于125微秒的脉冲间隔具有更进一步的改进。此脉冲间 隔使灯能在其他情况下所需的低着火电压的约70%或更小的值下着火。虽 然未在图2中示出，但是通过添加具有类似脉冲间隔的第三和第四脉冲可 观察到额外的改进。
再次参考图1，氙气闪光灯100的阴极101和阳极102连接到主电源 105。主电源105递送一旦气体已完全电离就足以生成贯穿灯内气体的电弧 的电压和电流。例如，主电源105可包含积累电荷的电容器。在这种实施 例中，电容器连接到灯100的阴极101和阳极102。在灯100内的气体未充 分电离时，电荷保持包含在电容器内。在灯100内的气体充分电离时，电 荷通过阴极101和阳极102之间的气体导电。
气体放电灯100中的气体通过连接到点火电极103的脉冲发生器106 所提供的电压信号电离。脉冲发生器106将例如相互间隔300微秒之内或 更短时间的两个脉冲的电压信号发送到点火电极103。此电压信号电离灯 100内的气体，从而使电弧能贯穿灯100内的气体形成。此电弧导致来自灯 100的光放电。
图3示出提供给图1的点火电极103的点火脉冲组与来自图1的灯100 的光放电之间的相关性。在一实施例中，电压信号具有多组两个点火脉冲 300。各组两个点火脉冲300触发对应的灯放电301。各组的第一和第二脉 冲相互在3 00微秒或更短时间内发生，如脉冲间隔3 02所示。
在脉冲发生器106的一实施例中，有生成电压信号的两个相应脉冲的 每一个的两个单独电路。例如，脉冲发生器106可具有并联连接到点火电 极103的两个电容器。这两个电容器(例如通过数字控制器)被控制成相 互在300微秒或更短时间内释放它们各自所存储的电荷。在其他实施例中， 共享生成两个脉冲的电路和/或控制部件。例如，脉冲发生器106可被设计
10成在300微秒或更短时间内从电容器释放第一脉冲、再充电电容器、以及 从电容器释放第二脉冲。各实施例可包括用于控制脉冲分隔的定时电路。 还可使用电感器来代替电容器。
在一些实施例中，可共享主电源105和脉冲发生器106的各部件。例 如，主电源105可对脉冲发生器106的各个部件提供电力。
触发电路的各个实施例可用在各个气体放电灯中，包括需要点火脉冲 以电离灯内气体的任何类型的灯。例如，各实施例可与汞灯、金属卤化物 灯、以及钠灯一起使用。各实施例可用在涉及脉冲灯运行的应用中，其中 一连串双脉冲被用来点火一连串闪光。其他实施例可用在涉及连续灯放电 的应用中，其中一组双脉冲被用来启动灯放电，从而赋予灯快速启动属性。 例如，氙气短弧灯中的气体可通过一组双脉冲电离以激发灯阴极和阳极之 间的电弧。 一旦建立电弧，电离就会自持。
类似地，触发电路的各实施例可用来重新启动已经运行、但最近已被 关闭的连续气体放电灯。通常，连续气体放电灯经受"再打火时间"。再 打火时间是在连续气体放电灯已被关闭之后在灯不能被容易地重新启动期 间的时间量。此无法重新启动至少部分是由于灯内部的高气压引起的。本 发明的各实施例可用来縮短再打火时间。
此外，双脉冲可用来点火闪光灯，其中闪光不处于周期性序列，而是 如相机闪光灯那样是零星和按需的。此外，本发明各实施例用于在大范围 的各种运行参数上运行的灯，这些参数如以下所列示。
运行参数的范围
脉冲持续时间在1/3峰值能量测得的O.l-l，OOO微秒。
每脉冲能量1-2,000焦耳。
电压信号重复频率每秒单个信号或一 (1)到一千个(1,000)信号。
曝光间隔O.l到lOOO秒、或单个脉冲、或连续脉冲发生。
灯构造(形状)线型、螺旋或盘旋设计。
光谱输出100-i,000纳米。
灯冷却环境、强制通风或水冷。
波长选择(在灯的外部)宽波段或滤光器选择。
11灯罩窗口用于光谱透射的石英、SUPRASIL牌石英、或兰宝石。
序列脉冲串模式、同步脉冲串模式、或连续运行。
如将认识到地，可在各方面修改各实施例及其几处细节，而不背离在
所附权利要求书中所阐述的本发明。例如，已对氙气闪光灯和氤气短弧灯
的使用描述了各种实施例。本发明的其他各实施例适于启动高密度放电灯，
诸如金属卤化物灯。进一步可对各次放电提供点火脉冲，或者每次放电可
有两个且仅有两个点火脉冲。因此，附图和说明书实质上被认为是示例性 的、且不对权利要求书中所指示的应用范围作限制。
权利要求
1. 一种方法，包括在阴极和阳极之间提供电荷，所述电荷具有足以在气体放电灯内的至少一部分气体电离时在所述阴极和所述阳极之间产生电弧的电压和电流；向点火电极提供第一电脉冲用于使所述气体放电灯内的气体电离；以及向所述点火电极提供第二电脉冲，所述第二脉冲在所述第一脉冲之后的300微秒或更短时间内发生；其中所述第一和第二电脉冲在所述气体放电灯内产生一连串光放电中的一个，所述各次放电相互间隔至少一毫秒。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，以有规则间隔开至少1毫秒 的一连串至少三次放电的形式提供所述放电，且对每次放电提供两个电脉冲。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对每次放电提供两个且仅提 供两个脉冲。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二脉冲在所述第一脉 冲之后的150微秒之内提供。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二脉冲在所述第一脉 冲之后的125微秒之内提供。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体放电灯是氙气闪光灯。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点火电极是所述阴极和 所述阳极中的一个。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点火电极位于所述气体 放电灯的灯泡内。
9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点火电极不同于所述阳 极和所述阴极。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一连串脉冲有规则地间 隔开。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述电脉冲足够紧密地提供以使所述灯的低着火电压与在用单个电脉冲放电所述灯时测得的所述灯的低 着火电压相比为其约88%或更低。
12. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述电脉冲足够紧密地提供以使所述灯的低着火电压与在用单个电脉冲放电所述灯时测得的所述灯的低着火电压相比为其约77%或更低。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电脉冲足够紧密地提供 以使所述灯的低着火电压与在用单个电脉冲放电所述灯时测得的所述灯的低 着火电压相比为其约70%或更低。
14. 一种装置，包括气体放电灯，其具有阴极、阳极、和点火电极；脉冲发生系统，其用于向所述点火电极提供第一电脉冲和第二电脉冲，所述第二脉冲在所述第一脉冲之后的预定时间内发生；以及电源，其用于在每组第一和第二电脉冲期间在所述阴极和所述阳极之间发 生一次放电。
15. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述预定时间少于300微秒。
16. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述预定时间少于150微秒。
17. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述预定时间少于125微秒。
18. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述气体放电灯是氙气闪 光灯。
19. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述点火电极是所述阴极 和所述阳极中的一个。
20. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述点火电极位于所述气 体放电灯的灯泡内。
21. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述点火电极不同于所述 阳极和所述阴极。
22. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述脉冲发生系统包括第一电路，其用于提供所述第一电脉冲；以及第二电路，其用于提供所述第二电脉冲，所述第二电路具有至少一些所述 第一电路中没有的电路部件。
23. 如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一电路包括第一电 容器而所述第二电路包括第二电容器。
24. 如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一电路包括第一电 感器，而所述第二电路包括第二电感器。
25. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述脉冲发生系统包括具 有共享部件的用于提供所述第一电脉冲和所述第二电脉冲的电路。
26. 如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述电路包括电容器，所 述电容器被第一次放电、再充鬼、以及第二次放电以提供所述第一和第二电脉 冲组。
27. 如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述电路包括电感器，所 述电感器被第一次放电、再充电、以及第二次放电以提供所述第一和第二电脉 冲组。
28. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，以有规律间隔开至少1毫 秒的一连串至少三次放电的形式提供所述放电，且对每次放电提供两个电脉 冲。
29. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述脉冲发生系统每次放 电提供两个脉冲且仅提供两个脉冲。
30. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述气体放电灯是连续运 行且不被设计成提供一连串闪光的灯。
31. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述电源在所述阴极和阳 极之间发生连续放电，所述连续放电由所述第一和第二电脉冲组发起。
32. —种重启连续气体放电灯的方法，包括在给定点火电压下在具有再打火时间的连续气体放电灯的阴极和阳极之 间提供电荷，所述电荷具有足以在气体放电灯内的至少一部分气体电离时在所 述阴极和所述阳极之间产生电弧的电压和电流；向点火电极提供第一电脉冲用于使所述气体放电灯内的气体电离；以及向所述点火电极提供第二电脉冲，所述第二脉冲在所述第一脉冲之后的 300微秒或更短时间内发生；其中所述第一和第二电脉冲使所述灯在所述给定点火电压下递送所述电 脉冲时小于所述再打火时间地重启。
33. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述第二脉冲在所述第一 脉冲之后的150微秒之内提供。
34. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述第二脉冲在所述第一 脉冲之后的125微秒之内提供。
35. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述点火电极是所述阴极 和所述阳极中的一个。
36. 如权利要求32所述的装置，其特征在于，所述点火电极位于所述气 体放电灯的灯泡内。
37. 如权利要求32所述的装置，其特征在于，所述点火电极不同于所述 阳极和所述阴极。
38. 如权利要求32所述的装置，其特征在于，还包括 第一电路，其用于提供所述第一电脉冲；以及第二电路，其用于提供所述第二电脉冲，所述第二电路具有至少一些所述 第一电路中没有的电路部件。
39. 如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一电路包括第一电 容器而所述第二电路包括第二电容器。
40. 如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一电路包括第一电 感器而所述第二电路包括第二电感器。
41. 如权利要求32所述的装置，其特征在于，进一步包括具有共享部件 的用于提供所述第一电脉冲和所述第二电脉冲的电路。
42. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述电路包括电容器，所 述电容器被第一次放电、再充电、以及第二次放电以提供所述第一和第二电脉 冲组。
43. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述电路包括电感器，所 述电感器被第一次放电、再充电、以及第二次放电以提供所述第一和第二电脉冲组'
44.如权利要求32所述的装置，其特征在于，对每次重启提供两个脉冲 且仅提供两个脉冲。
全文摘要
气体放电灯具有气体并具有阴极、阳极和点火电极。一连串灯放电的各次放电相互间隔至少一毫秒，且各次放电通过在阴极和阳极之间提供电荷以及向点火电极提供两个或更多电脉冲而产生。第二个和之后的电脉冲在第一脉冲的预定时间内发生。阴极和阳极之间的电荷具有足够的电压和电流以在气体被电离的情况下在阴极和阳极之间产生电弧。
文档编号H05B37/02GK101455125SQ200780018912
公开日2009年6月10日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月21日
发明者F·J·蒂普顿 申请人:氙股份有限公司