CN104576296A - 一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯 - Google Patents

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Abstract

一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯，属于微波无电极光源技术领域。本发明是为了解决现有的微波紫外线灯灯管中间部位启动时间长和发光效率低的问题，通过将灯管放置在由反光罩和金属屏蔽网构成的微波谐振腔内，永磁体放置在反光罩的外表面上，且永磁体与灯管位于同一直线上，反光罩上开有馈入口，磁控管发出的微波经磁控管激励腔和馈入口进入反光罩内，此时永磁体在灯管周围产生恒定磁场，该恒定磁场与进入反光罩内的微波偶合，使灯管内中间部位产生电子共振加速，从而使灯管中间部位能够在较短时间内启动，解决了微波紫外灯的灯管中间部位启动时间长、发光效率低等问题。本发明用于紫外线杀菌、激发荧光和相关紫外固化等领域。

Description

一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯
技术领域
本发明属于微波无电极光源技术领域。
背景技术
微波紫外灯是一种新型的高效无电极紫外光源。微波紫外灯的工作原理如下：首先微波源产生的高频率、高功率微波，通过磁控管激励腔，从反光罩的馈入口处进入由反光罩和金属屏蔽网组成的封闭式谐振腔中，在灯管内部(充有氩气和汞)产生较强的电磁场，先击穿灯管中的氩气使其放电。由于氩的亚压稳激励态能比汞的电离能略高，有助于产生潘宁效应，进而有效使汞发生电离，使其成为高能级汞离子，高能级汞离子在跃迁至低能级时，会向外辐射出紫外光。
然而在现有微波紫外灯产品中，由于在灯的启动过程中，灯管上的微波能量并非均匀分布，而是集中在馈入口附近，只有少部分微波能量集中在灯管中间部分，导致在启动过程中，容易出现灯管在靠近馈入口部分先放电呈等离子态，灯管中间部分仍为气态，从而极大地延长了微波紫外灯的启动时间。而且，灯管在运行时，由于灯管中间部位能量较少，使得灯管中间部位的等离子体密度较低，导致灯管中间部位的发光效率低，影响了紫外固化的效果。
发明内容
本发明为了解决现有的微波紫外线灯灯管中间部位启动时间长导致的发光效率低的问题，也是为了解决这种灯的紫外固化效果差的问题，提出了一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯。
一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯，它包括磁控管、磁控管激励腔和灯管，磁控管用于将其发出的微波注入磁控管激励腔内；它还包括永磁体、永磁体保护壳、石棉板、反光罩和金属屏蔽网；
金属屏蔽网固定在反光罩的底部，金属屏蔽网和反光罩构成微波谐振腔；灯管固定在微波谐振腔内，且灯管的中心轴线与反光罩的横向轴线位于同一平面，且灯管沿着反光罩的第一焦点轴线放置；
反光罩为铝制反光罩，反光罩罩体的内表面喷涂氧化铝薄膜，反光罩罩体为椭圆形罩体，且其长半轴为70mm～80mm，短半轴为50mm～60mm；反光罩罩体的上表面的左右两端开有两个馈入口；馈入口的长度为50mm～70mm，宽度为4mm～6mm；且每个馈入口的正上方固定有磁控管激励腔，磁控管固定在磁控管激励腔的内侧的顶端，且位于所述反光罩的正上方；
永磁体固定在所述反光罩罩体的外表面，且位于磁控管的下方，永磁体与所述灯管处于同一直线上，且二者长度方向一致；石棉板位于所述永磁体和反光罩之间；
永磁体保护壳包裹在所述永磁体的顶部及侧面。
有益效果：本发明所述的一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯利用电子回旋共振的原理，通过在灯管中间部位中引入恒定磁场，来解决微波紫外灯的灯管中间部位启动时间长、发光效率低导致的紫外固化效果差的问题。
本发明通过将灯管放置在由反光罩和金属屏蔽网构成的微波谐振腔内，永磁体放置在反光罩的外表面上，且永磁体与灯管位于同一直线上，反光罩上开有馈入口，磁控管发出的微波经磁控管激励腔和馈入口进入反光罩内，此时永磁体在灯管周围产生恒定磁场，该恒定磁场与进入反光罩内的微波偶合，使灯管内中间部位产生电子共振加速，从而使灯管中间部位能够在较短时间内启动，解决了微波紫外灯的灯管中间部位启动时间长、发光效率低等问题。经过实际测试，相比现有的微波紫外灯，本发明所述的微波紫外灯的启动时间缩短了0.2s，且发光效率提高了5％以上，紫外固化效果好，本发明所述的微波紫外灯，15s内即可实现稳定发光，比现有微波紫外灯启动时间缩短一倍，并且能够提高灯管中间部位的等离子体密度，使其发光效率比现有微波紫外灯提高了20％左右。
与传统的依靠变压器驱动的有电极紫外灯相比，本发明所述的微波紫外灯具有如下优点：1、无电极污染；2、紫外效率高，紫外光分量可达30％以上；3、灯管较小，产生的红外功率较低，热辐射功率小；4、使用寿命长，可达8000小时以上；5、不存在电极腐蚀现象，光效稳定。本发明可以用于紫外线杀菌、激发荧光和相关紫外固化等领域。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为反光罩的尺寸示意图；
图4为反光罩底面的尺寸示意图；
图5为永磁体的结构示意图；
图6为具体实施方式六所述的永磁体在灯管中心轴线处产生的恒定磁场强度示意图；
图7为反光罩的焦点示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1、图2、图3、图4、图5和图7具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯，它包括磁控管4、磁控管激励腔5和灯管7，磁控管4用于将其发出的微波注入磁控管激励腔5内；它还包括永磁体1、永磁体保护壳2、石棉板3、反光罩6和金属屏蔽网8；
金属屏蔽网8固定在反光罩6的底部，金属屏蔽网8和反光罩6构成微波谐振腔；灯管7固定在微波谐振腔内，且灯管7的中心轴线与反光罩的横向轴线位于同一平面，且灯管7沿着反光罩6的第一焦点轴线放置；
反光罩6为铝制反光罩，反光罩6罩体的内表面喷涂氧化铝薄膜，反光罩6罩体为椭圆形罩体，且其长半轴为70mm～80mm，短半轴为50mm～60mm；反光罩6罩体的上表面的左右两端开有两个馈入口6-1；馈入口6-1的长度为50mm～70mm，宽度为4mm～6mm；且每个馈入口6-1的正上方固定有磁控管激励腔5，磁控管4固定在磁控管激励腔5的内侧的顶端，且位于所述反光罩6的正上方；
永磁体1固定在所述反光罩6罩体的外表面，且位于磁控管4的下方，永磁体1与所述灯管7处于同一直线上，且二者长度方向一致；石棉板3位于所述永磁体1和反光罩6之间；
永磁体保护壳2包裹在所述永磁体1的顶部及侧面。
本实施方式中，反光罩6罩体为椭圆柱形，其尺寸如图3和图4所示。反光罩6为铝制材料，内表面喷涂氧化铝薄膜，并呈光亮镜面特性，其中氧化铝薄膜可吸收部分灯管发出的热辐射分量，保证被辐照材料不会因温度过高而氧化。
灯管7沿反光罩6的中心轴线方向平行放置于反光罩6的焦点轴线处，根据椭圆的聚焦原理，保证了灯管发出的光线经过反光罩内表面反射后聚焦于椭圆的第二焦点处。而且，铝制反光罩6的相对磁导率为1，与空气的磁导率相同，不会对永磁体1产生的恒定磁场产生屏蔽效应，以使永磁体1无干扰的在灯管7内产生恒定磁场。
为了防止永磁体1产生的恒定磁场干扰磁控管4的正常工作，将永磁体保护壳2盖在永磁体1的顶部及其侧面。
微波紫外灯在工作时，反光罩6有可能会因通风冷区出现故障而使其会温度超过100℃，在永磁体1和反光罩6之间加入石棉板3，以起到隔热、保护永磁体1的作用。
永磁体保护壳2的材料为各向同性的高磁导率材料，可以为铸铁、无取向硅钢片等，其厚度可以在0.5mm-1mm之间，其内表面尺寸与永磁体1尺寸相同。永磁体保护壳2在永磁体1上部提供磁回路，避免了永磁体1在其上部产生的恒定磁场对磁控管4的干扰影响。图7中U表示短半轴所在轴线，V表示长半轴所在轴线。
本发明的工作原理是：磁控管4发出的微波，经过磁控管激励腔5，从反光罩6上的馈入口进入由反光罩6和金属屏蔽网8组成的封闭式微波谐振腔中，进而点亮灯管7。永磁体1在灯管7的中间部位产生的恒定磁场与进入微波谐振腔内的微波偶合，使灯管7内中间部位产生电子共振加速，从而使灯管中间部位能够在较短时间内启动，并提高灯管7中间部位的等离子体密度，提高其发光效率。
具体实施方式二、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯的进一步说明，本实施方式中，所述永磁体1采用的是钕铁硼永磁体。
永磁体1为牌号N35的钕铁硼永磁材料，其剩磁大小为1.2T(特斯拉)，剩磁方向沿着Y轴方向，如图5所示。永磁体1的底面距离反光罩6焦点轴线30mm，永磁体1的尺寸如图4所示。
具体实施方式三、本实施方式为一个实施例。
反光罩6的长半轴为71.8mm，短半轴为53.9mm，厚度为0.8mm；反光罩6罩体的上表面的馈入口的长度为60mm，宽度为5mm。
永磁体1在灯管7中心轴线处产生的恒定磁场如图6所示。从图6中可以看出，在灯管7中间部位80mm长度上，恒定磁场强度在850Gs-900Gs之间，接近于875Gs，符合本发明所提出的技术要求，能够很好解决现有技术中存在的灯管中间部位启动时间长、发光效率低等问题。
电子回旋共振原理是指，当电子回旋频率等同于所使用的微波频率时，微波能量可以共振偶合给电子，发生电子的共振加速，从而使电子获得较高的能量去撞击中性粒子，使其电离。应用电子回旋共振原理，可以在较低的气压下产生高密度、高电离度和大体积均匀的等离子体，从而解决现有产品中存在的问题。电子回旋频率的表达式为：
ωce＝eB/me；
其中，ωce为电子回旋频率，e为电子电荷量，B为外加恒定磁场，me为电子质量。
作为微波源的磁控管4发出的微波频率为2.45GHz，根据电子回旋频率的表达式可知，当外加恒定磁场B＝875Gs时，可以满足灯管内电子共振加速的条件。

Claims (2)

1.一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯，它包括磁控管(4)、磁控管激励腔(5)和灯管(7)，磁控管(4)用于将其发出的微波注入磁控管激励腔(5)内；其特征在于，它还包括永磁体(1)、永磁体保护壳(2)、石棉板(3)、反光罩(6)和金属屏蔽网(8)；
金属屏蔽网(8)固定在反光罩(6)的底部，金属屏蔽网(8)和反光罩(6)构成微波谐振腔；灯管(7)固定在微波谐振腔内，且灯管(7)的中心轴线与反光罩的横向轴线位于同一平面，且灯管(7)沿着反光罩(6)的第一焦点轴线放置；
反光罩(6)为铝制反光罩，反光罩(6)罩体的内表面喷涂氧化铝薄膜，反光罩(6)罩体为椭圆形罩体，且其长半轴为70mm～80mm，短半轴为50mm～60mm；反光罩(6)罩体的上表面的左右两端开有两个馈入口(6-1)；馈入口(6-1)的长度为50mm～70mm，宽度为4mm～6mm；且每个馈入口(6-1)的正上方固定有磁控管激励腔(5)，磁控管(4)固定在磁控管激励腔(5)的内侧的顶端，且位于所述反光罩(6)的正上方；
永磁体(1)固定在所述反光罩(6)罩体的外表面，且位于磁控管(4)的下方，永磁体(1)与所述灯管(7)处于同一直线上，且二者长度方向一致；石棉板(3)位于所述永磁体(1)和反光罩(6)之间；
永磁体保护壳(2)包裹在所述永磁体(1)的顶部及侧面。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子回旋共振原理的微波紫外灯，其特征在于，所述永磁体(1)采用的是钕铁硼永磁体。
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