Способ и устройство для питания группы спектральных ламп

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ГРУППЫ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛАМП(71) Заявитель Конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Нуклон(72) Авторы Бузук Александр Александрович Курейчик Константин Петрович(73) Патентообладатель Конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Нуклон(57) 1. Способ питания группы спектральных ламп, включающий подачу на лампы напряжения питания для формирования и стабилизации в заданные моменты времени импульсного рабочего тока через лампы, отличающийся тем, что через лампы пропускают дополнительный импульсный ток высокого напряжения, превышающего напряжение рабочего тока настолько, чтобы обеспечить начальную ионизацию каждой лампы, с длительностью каждого импульса, не меньшей длительности ионизации лампы и не большей длительности развития тлеющего разряда в ней, а моменты временипропускания через лампы каждого импульса рабочего тока задают исходя из условия,где- время начала соответствующего импульса дополнительного тока- время его окончания. 2. Устройство для питания группы спектральных ламп, содержащее первый источник постоянного напряжения, отличающееся тем, что содержит второй источник постоянного напряжения, последовательно соединенный с первым, и разделительные диоды, включенные между выходами указанных источников и входами питания соответствующих блоков 17322 1 2013.08.30 формирования и стабилизации импульсного рабочего тока через лампы, а также дополнительный источник импульсного высокого напряжения, превышающего напряжение первого и второго источников настолько, чтобы обеспечить начальную ионизацию каждой лампы,каждый выход которого соединен через высоковольтный ключ с входом соответствующего блока формирования и стабилизации, соединенного входом с блоком импульсов синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами высоковольтных ключей. Изобретение относится к атомно-абсорбционной спектрометрии и может быть использовано в спектральном приборостроении. Известен способ питания ламп с полым катодом 1, включающий подачу на лампу постоянного напряжения, формирование и стабилизацию тока лампы, при этом для улучшения стабильности зажигания тлеющего разряда через лампу дополнительно пропускают дежурный ток. Данный способ реализует устройство питания ламп с полым катодом 1, включающее источник постоянного напряжения, блок формирования и стабилизации тока ламп с полым катодом. Устройство синхронизируется блоком синхронизации, вырабатывающим импульсы запуска ламп. Недостатком способа является невысокая надежность реализующей способ аппаратуры, поскольку для зажигания и дальнейшего питания ламп используется постоянно действующее высокое напряжение, достигающее 500-700 В, в то время как напряжение горения работоспособных ламп не превосходит 250-450 В. Высокое напряжение приводит к увеличению токов утечек, которые особенно возрастают при повышении влажности окружающей среды и являются причиной электрического пробоя устройства. Кроме того, при питании 450-500 В избыток напряжения питания составляет около 250 В для стандартных ламп с полым катодом. При рабочем токе 25 мА энергетические потери на активных и пассивных элементах устройства составляют порядка 6,25 ватт, что сравнимо с потреблением лампой. Избыток мощности повышает температуру элементов,что также снижает их надежность. Пропускание дежурного тока постоянно через лампу снижает качество излучения,поскольку перед полостью полого катода образуется облако атомных паров, поглощающих излучение и приводящих к уширению спектральной линии. В итоге чувствительность атомно-абсорбционного анализа снижается. Известен также способ и устройство для питания группы ламп с полым катодом 2,включающий подачу на лампы постоянного напряжения, формирование и стабилизацию тока ламп, при этом для улучшения стабильности зажигания тлеющего разряда через лампу дополнительно пропускают дежурный ток. Данный способ реализует устройство питания группы спектральных ламп 2, включающее соединенные последовательно первый и второй источники постоянного напряжения, выходы которых связаны с блоками формирования и стабилизации тока спектральных ламп. Для способа 2 характерны те же недостатки, что и для способа 1. Задачей настоящего изобретения является повышение надежности при одновременном повышении качества импульсного излучения и снижении энергетических затрат при запуске ламп. Поставленная задача достигается тем, что в способе питания группы спектральных ламп, включающем подачу на лампы напряжения питания, формирование и стабилизацию дежурного и импульсного рабочего тока ламп, дежурный ток подают на лампу в течение времени, не меньшего длительности ионизация и не большего длительности развития тлеющего разряда, а время начала подачи импульсов рабочего тока выбираютиз условия, 2 17322 1 2013.08.30 где- начало формирования импульса дежурного тока,- длительность импульса дежурного тока. Еще одним объектом изобретения является устройство питания группы спектральных ламп, реализующее заявляемый способ и включающее соединенные последовательно источники постоянного напряжения, блоки задания тока спектральных ламп с подключенным к ним блоком импульсов синхронизации. В устройство введены разделительные диоды, дополнительный источник высокого напряжения с выходами по числу блоков задания тока спектральных ламп и высоковольтные ключи. При этом разделительные диоды включены между выходами источников постоянного напряжения и входами питания блоков задания тока спектральных ламп, а высоковольтные ключи между входами питания блоков задания тока спектральных ламп и соответствующим выходом дополнительного источника высокого напряжения. При этом управляющие входы высоковольтных ключей соединены с соответствующими выходами блока импульсов синхронизации. На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего заявляемый способ. На фиг. 2 изображены диаграммы работы устройства. Устройство, фиг. 1, содержит первый источник постоянного напряжения 1, разделительный диод 2, блок фомирования и стабилизации тока первой лампы 3, дополнительный источник высокого напряжения 4, высокоомные резисторы 5, 6 и 7, второй источник постоянного напряжения 8 для питания второй группы ламп, разделительные диоды 9, 10,блоки формирования и стабилизации тока 11 и 12 второй группы ламп, блок синронизации 13, вырабатывающий импульсы синронизации запуска ламп, высоковольные ключи 14, 15 и 16, которые подают высокое напряжение на блоки формирования и стабилизации токов ламп. Источники постоянного напряжения 1 и 8, блоки формирования и стабилизации токов ламп выполнены известным образом, как в прототипе. Источник высокого напряжения 4 выполнен стандартным образом, например на основе обычного выпрямителя, описанного в 2. Высоковольные ключи 14-16 выполнены стандартно на основе высоковольтных полевых транзисторов. Блок синхронизации 13 может быть выполнен на основе логических микросхем, как в прототипе, или на основе стандартных генераторов, например последовательно соединенных приборов типа Г 5-54 или аналогичных им. В отличие от прототипа выходное постоянное напряжение источника 8 не превышает 280 В, а источника 1 не превышает 250 В. Выходное напряжение дополнительного источника 4 должно быть не менее 700-750 В. Устройство работает следующим образом. Блок синхронизации 13 вырабатывает импульсы запуска спектральных ламп, фиг. 2,а,при этом четные импульсы поступают на блок 3, а нечетные на блоки 11 и 12. Световой импульс спектральной лампы изображен на фиг. 2, б. Перед каждым импульсом запуска спектральной лампы на соответствующий блок через выбранный высоковольтный ключ поступает импульс высокого напряжения, фиг. 2, в,который создает начальную ионизацию в лампе. Этот импульс действует в течение времени, не меньшего длительности ионизации в лампе и не большего длительности развития тлеющего разряда. Длительность ионизации в лампе зависит от давления нейтрального газа, геометрии катодно-анодного узла, времени наработки лампы. Для новой исправной лампы с полым катодом ионизация в лампе завершается через единицы и десятки микросекунд, поэтому длительность дежурного тока не может быть выбрана менее времени завершения ионизации, в противном случае возможно гашение лампы. Длительность развития тлеющего разряда также зависит от конкретного экземпляра лампы и определяется по окончанию нарастания интенсивности импульса света на резонансной длине волны. Обычно для этого требуется порядка 10,0-500 мкс в зависимости от тока и экземпляра лампы. 3 17322 1 2013.08.30 Выбор длительности импульса дежурного тока более длительности развития тлеющего разряда приводит лишь к увеличению числа атомов перед полостью полого катода,появлению самопоглощения и снижению качества излучения лампы. Выбор длительности импульса дежурного тока проще всего проводить экспериментально, руководствуясь изложенными критерями. После начала подачи импульса дежурного тока на лампу подают рабочий ток, при этом время начала подачи импульсов рабочего тока выбирают из условия,где- начало формирования импульса дежурного тока,- длительность импульса дежурного тока. Включение импульсов рабочего тока ранее подачи импульса дежурного тока при выбранных напряжениях питания не обеспечит зажигание тлеющего разряда лампы. Включение импульсов рабочего тока после подачи импульса дежурного тока при выбранных напряжениях питания приведет к неустойчивой работе лампы, которая может погаснуть из-за снижения ионизации после действия дежурного тока. Напряжение горения лампы в блоке 3 не превышает 450-500 В, поэтому суммы напряжений блоков 8 и 1, равной 530 В, достаточно для стабилизации тока лампы. Напряжение горения ламп в блоках 11 и 12 не превышает 230-250 В, поэтому напряжения 280 В блока 8 также достаточно для стабилизации тока. Таким образом, в заявляемом устройстве высокое напряжение питания используется только для зажигания разряда в лампе. По сравнению с прототипом дальнейшая работа устройства производится при меньших напряжениях питания, что повышает надежность при высокой влажности окружающей среды. Дополнительным положительным эффектом заявляемого способа является снижение энергетических потерь. Качество излучения улучшается за счет снижения концентрации атомов перед полостью полого катода при импульсном дежурном токе. Перечисленные отличительные признаки не следуют очевидным образом из сегодняшних знаний в данной области техники. Источники информации 1. Курейчик К.П. Импульсная атомная спектрометрия. Методы измерений. Аппаратура. - Минск Университетское, 1989. - С. 244, рис 9.5 2.1436288 1, 1988. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4