氙灯是利用氙气放电而发光的电光源。有:长弧氙灯、短弧氙灯、脉冲氙灯等品种。
简介
利用氙气放电而发光的电光源。由于灯内放电物质是惰性气体氙气,其激发电位和电离电位相差较小。
特点
①辐射光谱能量分布与日光相接近,色温约为6000K。
②连续光谱部分的光谱分布几乎与灯输入功率变化无关,在寿命期内光谱能量分布也几乎不变。
③灯的光、电参数一致性好,工作状态受外界条件变化的影响小。
④灯一经燃点,几乎是瞬时即可达到稳定的光输出;灯灭后,可瞬时再燃点。
⑤灯的光效较高,电位梯度较小。
测试方法
1.灯丝预热电压、灯丝预热电流:一般分为交流灯丝供电(如2.5V,4A;10A,0.8A),和直流灯丝供电(如12V正负1V,0.8A)等。
测试方法:一般直接用电压表和电流表测量(要求不高)。
2.触发电压:一般氙灯的触发电压为200~600V(直流电压)。触发电压又称启辉电压;国产氙灯新灯一般为200~400V可以触发(原上海电光器件厂的DD2.5氙灯,最低170V可以触发);国外氙灯的触发电压一般为300~600V(最高可达650V)。有的氙灯在工作1000h后,500V还可以触发。
触发电压的测试方法:一般用直流电压表测试。允许1~5V的测试误差。
3.工作电压(管压降):一般为75加(减)15V(即60V以下,90V以上不能正常工作)。
测试方法:一般也是用直流电压表直接测量。
4.工作电流:一般为180~350mA能正常工作(额定工作电流300mA)。
测试方法:一般也是用万用表直接测量。
5.漂移:一般国产或进口的氙灯,在冷态状态下点燃氙灯,预热2h后,通过单色仪,在220nm处测试,用光电倍增管作为光接收器,要求漂移<=0.5%。
测试方法:可以有多种测量方法。可采用与噪声测量方法相同的做法。
光源特性
氙灯是一种在椭球形石英泡壳内充有0.019～0.0266MPa高压氙气、极间距离小于10mm的氙灯。20世纪40年代初,联邦德国奥斯兰公司发展研究中心实验室率先研究了稀有气体短弧光源的特性,经多年研制和改进,于1951年正式向市场推出超高压短弧氙灯。1954年,在联邦德国科隆世界照明和电影博览会上,蔡司-依康公司展出了第一只作为电影放映光源的氙灯。随后荷兰、日本、美国、英国、苏联和中国也相继研制和生产各种规格的电影放映用氙灯。此后,超高压短弧氙灯已在世界上大多数影院取代碳弧光源成为新的电影放映光源。氙灯按其使用特点可分为自然冷却、风冷和水冷3种。小功率灯采用自然冷却,功率在3000～5000W的灯采用风冷,更大功率的灯采用水冷。
超高压短弧氙灯发光效率约40lm/W。直流燃点时,在离开阴极0.07lc(lc为极距)处,有一个称之为阴极光斑的最亮点,该点的辐射光达灯的总辐射光通量的70%以上,这使超高压短弧氙灯成为近乎理想的点光源,尤其有利于光学系统的设计和使用。功率为75～5000W的灯,其峰值亮度为(50～650)×10^6cd/m2;2500W的大功率灯,峰值亮度可达2×10^9cd/m2。
超高压短弧氙灯具有几乎瞬态的光学启动特性──一启动即辐射出灯的总光通量的80%,1分钟后达90%,2.5分钟后达到100%。它需配备专用的启动器和直流电源,寿命约为500～1500h。灯可水平或垂直燃点。1000W以上的氙灯,水平燃点时需附加磁场稳弧装置。超高压短弧氙灯因充有高压氙气,贮运、保存均应放在专用盒内,以防爆炸。使用时应采取必要的防爆及防紫外辐射措施。
超高压短弧氙灯亮度高、发光区域小、显色性好,光色接近日光且光色稳定,广泛用于电影放映、太阳模拟器、电弧成像炉、D65模拟光源聚光器、印刷制版、复印机、光学仪器、人工气候模拟等。80年代已在研制阻止臭氧发生和有防爆结构的新品种。
种类
长弧氙灯
是一种在管状石英泡壳内充有适量高纯度氙气、二端封有极距大于100mm的钍钨、钡钨或铈钨电极的氙灯。1963年,中国电光源专家蔡祖泉试制成功长弧氙灯。长弧氙灯有自然冷却和水冷两种。自然冷却氙灯一般充(2.66～26.6)×10^2Pa的氙气,水冷氙灯充(1.33～5.32)×10^4Pa的氙气,色温为5500～6000°K,功率可从10^2～2×10^6KW,发光效率为24～37lm/W。水冷式长弧氙灯的发光效率可达60lm/W,一般寿命达3000h。长弧氙灯的功率可以做得很大,伏安特性具有正阻特性,所以只需安装启动装置,其规格有带镇流器的和不带镇流器的两种。
长弧氙灯的辐射光谱与日光接近,适于大面积照明,也可用作电影摄影、彩色照相制版、复印等方面的光源;同时,在棉织物的颜色检验、药物和塑料老化试验、植物栽培、光化反应等方面,也可作模拟日光和人工老化光源。此外,大功率长弧氙灯还可作为连续激光光源。
80年代由于出现了光色好、光效更高的光源,长弧氙灯作为照明光源已基本上被取代。
短弧氙灯
短弧氙灯又称球形氙灯,是一种具有极高亮度的点光源,色温为6000K左右,光色接近太阳光,是目前气体放电灯中显色性最好的一种光源,适用于电影放映、探照、火车车头以及模拟日光等方面。
脉冲氙灯
是利用贮存的电能或化学能,在极短时间内发生高强度闪光的氙灯。19世纪中叶,F.塔尔博特首次应用火花隙放电作为高速摄影的曝光光源,这是最早的人造脉冲光源。以后出现了惰性气体脉冲放电光源,才使脉冲光源真正进入实用阶段。1935～1945年,一系列脉冲光源在商业市场出现。50年代,脉冲光源进入工业领域。脉冲氙灯一般由密封在玻璃或石英玻璃体内的两个电极组成,壳体中充以氙等惰性气体。脉冲光源的闪光持续是指1/3峰值光强所对应的时间间隔,称为脉冲宽度。它主要由光源的结构和点灯电路决定。现有脉冲光源的脉冲宽度一般为10^-9～10^-2s,瞬时亮度可达10^10cd/m2,是除激光外亮度最高的人造光源,它的瞬时光通量可达10^9lm,闪光重复频率为1～10^6次/分,工作寿命达10^6次以上,发光效率为40lm/W。脉冲光源有以下5种:①各种管状脉冲氙灯。峰值闪光能量可从用于医学和照明摄影的几个焦到用于弹道空中观察和激光光源的上百万焦。除管状外还有U形、螺旋形和圆盘形等多种形状。②频闪观察仪用脉冲氙灯。频率几千赫,功率几万瓦。③信号脉冲光源。频率1～3Hz,功率10～500W,寿命达10^6次。④光化学反应和电子仪器用微秒脉冲光源。⑤计算机或其他自动装置用的频闪指示仪。频率102Hz,功率数瓦。
注意事项
1、氙灯的点燃位置垂直或水平均可,水平点燃时倾角不超过40°,垂直点燃时阳极在上,阴极在下。水平点燃应在灯泡壳水平方向有吸弧磁场稳定电弧位置,以防电弧在上飘动。
2、不要沾污石英泡壳应保持清洁,使用前应用酒精棉花擦净后再点灯。
3、灯泡接线时必须特别注意正负不能接反,粗电极“+”端为阳极,细电极“-”端为阴极,如果接反短短几秒钟内就会将阴极烧坏。
4、由于电流较大,灯头和灯座之间接触必须良好,使用中必须保证接触点清洁。
5、因灯内充有高压气体,故在装卸运输时,尤其在装机时避免碰撞,工作时应置于散热良好的罩内,以防爆炸及强光、强紫外线灼伤皮肤和眼睛。
6、氙灯必须与专用的直流电源及触发器配套使用,直流电源的波纹系数不得大于7%,点燃时工作电流应在规定范围内。否则会影响灯的寿命,甚至毁坏。
氙灯的价格和品牌
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