专利名称：外套泄漏检测方法和实现该方法的镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测金属卣化物灯的外套泄漏的方法以及执行该方 法的灯和镇流器。
背景技术：
金属卣化物灯在外套内部包括电弧管并且由镇流器操作。与这种金属 卣化物灯相关联的问题之一是外套可能泄漏而不使电弧管发生故障。外套 的泄漏使灯操作劣化或者使灯发生故障，严重的泄漏可能导致更危险的情
况，例如uv照射、电击和/或热喷射。理想的是检测到这些泄漏，从而
能够采M正动作。
在新的金属卣化物灯中，正在用更新的具有改进功能的电子镇流器代 替传统的磁镇流器。例如，电子镇流器可以包括处理器和/或可以被编程 或者被配置为执行与灯操作相关的各种功能的其它电子元件。例如，参见
美国专利7,002,305和7,129,647中的电子镇流器。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用镇流器的改进功能检测金属卣化物灯 的外套泄漏的新颖方法。
本发明的再一 目的是提供一种检测金属卤化物灯的外套泄漏的新颖 方法，其中镇流器监视启动过程中灯的电特性，并且当该电特性从预定值 偏离时检测到外套的泄漏。
更具体地，监视的电特性是六个标志之一，即(1 )预定E处的V'(E)， 其中V'(E)是作为自起辉以来传送到镇流器的累积能量E的函数的灯电压 V的导数，(2) V'(E)达到最大值时E的值，(3)预定E处的V, (4)直 到预定E的V'(E)的局部最大值，(5) V'(E)的全局最大值，以及(6)获 得预定V所需的E。
本发明的又一目的是提供一种实现该方法的新颖金属卣.化物灯。
本发明的另一目的是提供一种用于实现该方法的金属卤化物灯的新 颖镇流器。
在考虑下面的附图和对优选实施例的说明之后，本发明的这些和其它 目的和优点对于本发明领域内的技术人员将变得明显。
图l是实施本发明的金属卣化物灯的图示。
图2是示出本发明的方法的实施例的流程图。
图3是示出本发明的方法的第一示例的灯电压(V)和以焦耳(joule) 为单位的总供给能量(E)的相互关系的曲线图。
图4是示出图3的示例的作为以焦耳为单位的总供给能量(E)的函 数的灯电压(V)的导数的曲线图。
图5是示出用于图3-4的第一示例的两个标志的曲线图。
图6是示出用于图3-4的第一示例的第三标志的曲线图。
图7是示出本发明的方法的第二示例的灯电压(V)和以焦耳为单位 的总供给能量(E)的相互关系的曲线图。
图8是示出图7的示例的作为以焦耳为单位的总供给能量(E)的函 数的灯电压(V)的导数的曲线图。
图9是示出用于图7-8的第二示例的两个标志的曲线图。
图IO是示出用于图7-8的第二示例的第三标志的曲线图。
具体实施例方式
现在参考图l，实施本发明的金属卣化物灯IO包括外套12、外套12 内部的电弧管14和基部18。基部18电连接到操作灯的电子镇流器16。 电子镇流器16连接到电源(未示出)。灯10的热性质取决于由于辐射、 传导和对流引起的来自电弧管14的功率损失。外套被密封以在电弧管14 周围保持低压(接近真空)，从而降低对流功率损失。外套12、电弧管14、 基部18和镇流器16可以采用各种形式，而不限于图1所示的特定配置。
灯10的启动行为依赖于电弧管14周围气体的压力，这是因为压力影 响来自电弧管的热损失率。例如，与真空相比，希望灯在一个大气压的环 境下更慢得变热。本发明Aj^现对灯的启动行为的紧密监视可以用ilb险测 由于泄漏的外套可能引起的周围气体压力的变化。具体地，本发明人发现 泄漏的外套使可以在镇流器中感测到的改变灯的电特性的对流功率损失 增大。通过比较在外套中使用和不使用真空的灯启动过程中的电特性，可 以确定不同的电特性，并且镇流器可以被编程或者被配置为基于不同的电 特性i^险测泄漏。
通过蒸发的汞剂量(或者其它合适的材料，例如无汞灯中的锌)来推 断灯变热的程度，蒸发的汞剂量可以通过对作为自起辉(ignition)以来 镇流器传送到灯的总能量E的函数的灯电压、具体是灯电压V(及其导 数)的影响来检测。由于诸如发射、传导、辐射等各种能量损失途径，希 望可以用来加热电弧管的能量的量小于电弧消耗的总能量，但是在某种程 度上与电弧消耗的总能量相关。当然，可以通过监视诸如光输出和电弧管 温度的>#*来险测灯的变热，但是尤其感兴趣的是仅镇流器可以测量的行 为。因此，这里的测量本质上是电的，而不涉及需要光电检测器、热电耦 等的光或者温度的测量。
检测具有外套内部的电弧管14和镇流器16的金属卣化物灯10的外 套12的泄漏的方法包括下列步骤在镇流器16中，监视灯启动过程中灯 10的第一电特性；以及当监视的第一电特性从第一电特性的预定值偏离 时检测到外套12泄漏。优选地，第一电特性是下列六个标志之一，即(l) 预定E处的V'(E)，其中V'(E)是作为自起辉以来传送到镇流器的累积能 量E的函数的灯电压V的导数，(2) V'(E)达到最大值时的E的值，(3) 预定E处的V， ( 4 )直到预定E的V'(E)的局部最大值，(5 ) V'(E)的全 局最大值，以及(6)获得预定V所需的E。
镇流器16被编程或者被配置为监视第一电特性、包括第一电特性的 预定值、并且比较监视的第一电特性和第一电特性的预定值。当镇流器 16检测到泄漏时，可以触发警报信号，或者镇流器可以被编程为一^ 测到泄漏则阻止其它灯IMt。将镇流器配置为执行这些功能在本领域技术 人员的技能范围内，因此不需要进fr洋细^兌明。
可以使用外套没有泄漏的测试灯来确定第一电特性的预定值。可以在 测试灯启动过程中将第一电特性的值记录在测试灯中，其中记录的值是第 一电特性的预定值。
第一电特性可以是上面给出的六个标志中的一个或者更多个。当使用
多个不同的标志时，镇流器16监视第一电特性的多个不同的标志，并且 使用用于第 一电特性的多个不同的标志中的每一个的各个不同的预定值 针对第一电特性的多个不同的特征中的每一个重复检测步骤。
图2示出该方法的示例，包^5定值的特定(非限制性的)示例和所 有六个标志。如本领域技术人员所理解的，第一电特性中合适的一个(或 者更多个)和预定值的选择取决于多种因素，例如灯的类型、使用时灯的 朝向等。
还可以在启动过程之外的其它时间检查灯的外套是否泄漏。例如，镇 流器可以监视在灯的稳定状态操作过程中灯的其它电特性，并且当在稳定 状态操作过程中监视的其它电特性从该其它电特性的预定值偏离时，检测 到泄漏。另外，镇流器可以周期性地测量灯关闭过程中灯的再冲击 (re-strike)电压，并且当关闭过程中监视的再冲击电压从再冲击电压的 预定值偏离时检测到泄漏。所监视的电特性可以是上面给出的六个标志中 的一个或者更多个。
本发明还包含使用被配置为执行该方法的镇流器的金属卣化物灯。镇 流器可以包括处理器(在镇流器内部，没有单独示出)，该处理器被编程 为监视第 一 电特性、包括第 一 电特性的预定值并且比皿视的第 一 电特性 和第一电特性的预定值。本发明还包含用于金属卣化物灯的镇流器，其中 镇流器包括被配置为执行该方法的处理器。
示例
在市场上可以得到的两种金属卣化物灯的电弧管，35W陶瓷电弧管 和400W石英电弧管，在钟形軍(belljar)中以不同的氮压力^L操作以确 定其对该压力的相对灵敏度。
35^贿^电^C,:对于35W陶瓷电弧管，测试的标志是E-300J时 关于镇流器传送的总能量的电压的导数V'(E)的值，V'(E)达到最大值时E 的值，以及E-4000J时的灯电压V(E)， il^本是用于完全变热的灯的稳 定状态灯电压。
对于传送到电弧的能量的给定量，希望真空的灯最快变热，因为传导 热损失率是最低的，假设所有其它热损失途径没有显著的影响。此外，通 常希望稳定状态灯电压在真空时是最高的，这是因为电弧管温度、相应地 冷凝(condensate)压力最大化。在真空的情况下，第一和第三标志应当
相对高，而第二标志应当相对低。随着周围压力的增大，相对于真空时的 值，第一和第三标志应当减小，而第二标志应当增大。
对于第 一标志，选择测量V'(E)时E的特定值，这是因为对典型的V'(E) 预备(run-up)曲线的检查表明这是可以获得一致(consistent)测量的 曲线的相对平坦的部分。由于预备期间的采样频率仅是大约lHz,因此使 用简单拟合(simplefit)来更准确地确定标志值。对于第一和第三标志， 通过在测量的数据点之间进行线性插值来确定E-300J时的V'和E-4000J 时的V。对于第二标志，通过拟合(二次(quadratic))最接i^见察到的 V'(E)的J^值的三个测量数据点来确定V'(E)达到最大值时的E。
通过计算机化设置来控制加热操作，其提供1A的恒定预备电流用于 全光输出，然后在灯变热到稳定状态时提供受控的功率以维持全光输出。 总的运行时间大约是两分钟。对于所选择的预备路径，在起辉之后大约 15、 20-23和110-114秒时确定三个标志。
图3和图4示出说明在不同的钟形軍压力下V(E)和V'(E)的行为的示 例数据。
作为钟形罩氮压力的函数，分别在图5和图6中绘制从上述数据中提 取的标志。误差线(errorbar)表示在每一个压力下重复五次预备测量而 获得的标准偏差。
观察到的第 一和第二标志对压力的灵敏度表示通过适当编程的镇流 器应当合理地检测到导致电弧管暴露到大气压力的外套故障。该数据表明 大约100托(torr)以下的压力可以与大约几百托以上的压力相区分。使 用这些标志不能检测到导致压力从真空开始增大小于IOO托的小的泄漏。
(最低可检测压力增大取决于外套尺寸。)由于稳定状态电压对周围压力 相当灵敏，因此第三标志显示作为泄漏外套检测器具有更高的灵敏度。应 当指出，标称相同的典型批次的金属卣化物灯共同的灯到灯
(lamp-to-lamp)变化可能对结果有影响，并且应当谨慎地评价标志的使 用以确定其可行性。当包含检测再亮灯的方法时并且当考虑到灯朝向的变 化、灯的重新定位、灯到灯电压分散、在下一个预备时使灯处于反常
(atypical)状态的不受控制的灯关闭、以及预备过程中的不规则灯"闪 烁"时，可以改进标志。
4卯^J英鬯^C^:使用400W石英电弧管进一步研究使用V(E)和 V'(E)标志来险测泄漏的外套。与上面35W陶乾示例相同，将电弧管从其
外套中移出并放置在钟形軍中，在不同氮压力下进^5备测量。将预备电
流限制为4A。总运行时间大约是200秒。
图7-8是在不同的钟形軍压力下V(E)和V'(E)的预备行为的示例。最 初使用与第一示例相同的三个标志。然而，观察到400W石英电弧管稍微 不同的V'(E)和V(E)行为要求对测量的标志进行调整。
在前一示例中，第一标志是在特定参考能量、在这种情况下是E=300J 时V'的值，这对应于可以方便并且一致地进行测量的V'(E)曲线的相对平 坦的部分。在当前示例中，也存在V'(E)曲线相对平坦的区域，对应于 E-3000-4000J周围V'的宽峰，但是该特征随着钟形軍压力稍微移位。由 于该宽峰的幅值也受到钟形罩压力的影响，因此将第四标志定义为E小 于大约6000J的区域中V'(E)的局部最大值。
由于在感兴趣的区域E=10000-15000J中V'(E)曲线的宽度增大，因 此在当前示例中，先前定义为在预备过程中V'(E)达到其最大值时的能量 的第二标志也更难以测量。V'(E)的该全局最大值出现在预备过程中从刚 才针对第四标志所讨论的局部最大值开始的稍后的阶段。这两个最大区是
类似的，这是因为它们都宽并且峰幅值受到钟形軍压力的影响。因此，将 第五标志定义为预备过程中V'(E)的全局最大值。
修正第四和第五标志以与感兴趣的各个区域中的V'的第二最大值相 对应。通过使用该第二最大值，降低了数据中的单点脉冲尖峰(spike) 的显著性。由于V'(E)曲线的最大区的宽度，最好用几个数据点来表示局 部最大区的峰值，因此去掉最高值仍然给出相当好的获得的峰V'(E)的表 示，同时去除了假(spurious)数据点。图9示出作为钟形罩压力的函数 的修正后的第四和第五标志的测量值，误差线表示五次重复得到的标准偏 差。对于所选择的预备路径，分别在起辉之后大约35-40和70-110秒时确 定标志。
对于该400W灯示例，发现第三标志即最终灯电压对钟形軍压力相对 不灵敏。然而，达到指定参考电压即100V所需的能量显示对钟形軍压力 的依赖性。由于热损失随着钟形革压力增大，因此希望从镇流器要求更多 能量以对电弧管充分加热，以使义够的汞蒸发从而达到参考电压。图10 示出作为钟形罩压力的函数的第六标志的测量值，误差线表示五次重复得 到的标准偏差。对于所选择的预备路径，在起辉之后大约80-100秒时确 定第六标志。
数据表明修正后的第五标志可以用于检测大于100托(从真空开始)
的外套压力增大。与修正后的第五标志相比，修正后的第四标志显示类似 但是较不灵敏的对钟形革压力的依赖性。第六标志也显示对于检测大于
100托的外套压力增大是有用的。
虽然在前述说明书和附图中描述了本发明的实施例，但是应当理解， 当按照说明书和附图阅读时，本发明由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种检测金属卤化物灯的外套泄漏的方法，所述金属卤化物灯在外套内部具有电弧管并且由镇流器操作，所述方法包括步骤在镇流器中，监视灯启动过程中灯的第一电特性；以及检测步骤，当监视的第一电特性从第一电特性的预定值偏离时检测到外套泄漏，其中第一电特性是下列之一(1)预定E处的V＇(E)，其中V＇(E)是作为自起辉以来传送到镇流器的累积能量E的函数的灯电压V的导数，(2)V＇(E)达到最大值时的E的值，(3)预定E处的V，(4)直到预定E的V＇(E)的局部最大值，(5)V＇(E)的全局最大值，以及(6)获得预定V所需的E。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤将镇流器配置为监视 第一电特性、包括第一电特性的预定值、并且比皿视的第一电特性和第 一电特性的预定值。
3. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤当检测步舉险测到泄 漏时，触发警报信号。
4. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在外套没有泄漏的测 试灯的启动过程中将第一电特性的值记录在测试灯中，所记录的值是第一 电特性的预定值。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中第一电特性是预定E处的V'(E)。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中第一电特性是V'(E)达到最大值 时E的值。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中第一电特性是预定E处的V。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中第一电特性是直到预定E的V'(E) 的局部最大值。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中第一电特性是V'(E)的全局最大值。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中第一电特性是获得预定V所需 的E。
11. 根据权利要求l所述的方法，还包括步骤在镇流器中，监#灯的稳定状态操作过程中灯的其它电特性；以及当在稳定状态操作过程中 监视的其它电特性从其它电特性的预定值偏离时，检测到泄漏。
12. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在镇流器中，周期性 地测量灯关闭过程中灯的再冲击电压；以及当关闭过程中监视的再冲击电 压从再冲击电压的预定值偏离时，检测到泄漏。
13. 根据权利要求l所述的方法，还包括在镇流器中，监视第一电 特性的多个不同的特性；以及使用用于第一电特性的多个不同特性中的每 一个的各自不同的预定值，针对第一电特性的多个不同特性中的每一个重 复检测步骤。
14. 一种用于金属卣化物灯的镇流器，所述金属卣化物灯在外套内部 具有电弧管，所述镇流器包括处理器，被配置为监视灯启动过程中灯的第 一电特性、包括第一电特性的预定值、比皿视的第一电特性和第一电特 性的预定值、并且当所监视的第一电特性从第一电特性的预定值偏离时报 告外套泄漏，其中第一电特性是下列之一(1)预定E处的V'(E),其中V'(E)是 作为自起辉以来传送到镇流器的累积能量E的函数的灯电压V的导数， (2) V'(E)达到最大值时的E的值，(3)预定E处的V， U)直到预定E 的V'(E)的局部最大值，(5) V'(E)的全局最大值，以及(6)获得预定V 所需的E。
全文摘要
本发明涉及一种外套泄漏检测方法和实现该方法的镇流器。在检测在外套内部具有电弧管并且由镇流器操作的金属卤化物灯的外套泄漏的方法中，镇流器监视启动过程中灯的电特性，当该电特性从外套没有泄漏的相应的金属卤化物灯的电特性偏离时检测到外套泄漏。电特性是下列六个标志之一，即(1)预定E处的V′(E)，其中V′(E)是作为自起辉以来传送到镇流器的累积能量E的函数的灯电压V的导数，(2)V′(E)达到最大值时的E的值，(3)预定E处的V，(4)直到预定E的V′(E)的局部最大值，(5)V′(E)的全局最大值，以及(6)获得预定V所需的E。
文档编号H05B37/00GK101365279SQ20081013496
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月9日
发明者南西·H·琴, 约瑟夫·A·奥尔森 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司