Источники и приёмники Излучения, страница 3

С и л и т о в ы й и з л у ч а т е л ь (г л о б а р) представляет собой стержень из карбида кремния, нагреваемый электрическим током. Обычно диаметр глобара 6 — -3 мм, а длина — около 250 мм. Однако иногда глобары выполняют длиной до 1 м.

Рабочая температура глобаров 1200 — 1300 К. Часто глобары покрывают защитным слоем двуокиси тория, что позволяет повысить их рабочую температуру до 2273 К. При температуре 1773 К и выше глобар излучает, как серое тело (рнс. 1,6). Штифт Нернста и глобар 11 применяют для получения ИК-излучения в спектральных приборах. Темные излучатели явФд лаются ИК-источникамн и представс Ф гг ди ляют собой металлические трубки из жаропрочной (хромо-никелевой) ставне. кз.

Кззффааазат тепло- лн с коэффициентом теплового нзвого излучения глобара лучения е = 0,95. Т б ру ку заполняют керамикой, внутри которой помещают нагреватель. Рабочая температура 1000 К. Средняя мощность излучения около 1 кВт на ! м длины трубки. Трубчатые кварцевые излучатели появились в 1955 г. ИК-излучатели этого типа устроены следующим х образом.

На тонкий кварцевый стержень навивают спирал из ромоникелевой стали. На стержень надевают трубку нз кварца, ь которая нагревается спиралью до 1400 К. Срок службы таких ламп достигает 5000 ч. Первая отечественная трубчатая кварцевая лампа была изготовлена в виде трубки нз кварцевого стекла диаметром 10 мм, длиной 370 мм с температурой 723 К. Темные и трубчатые кварцевые излучатели используют в качестве нагревательных элементов.

е/л во й !.2. Люминесцентные и газоразрядные источники излучения Л ю м и н е с ц е н ц и е й называют излучение вещества сверх его теплового излучения при длительности, большей 10 " с, за счет подводимой к нему в той или иной форме энергии. При б е этом осуществляются непосредственно резонансные переходы з- воужденных атомов в невозбужденное состояние. В зависимости от способа возбуждения атомов различают следующие виды люминесценции: фотолюминесценцию, при которой атом возбуждается квантами поглощенного излучения оптической части спектра; этот вид широко применяют в источниках света, в которых ультрафиолетовые потоки излучения прн помощи люминофора преоб азуются в излучение видимой части спектра; р рентгенолюминесценцию — возбуждение, производимое квантами поглощенных рентгеновских лучей; канюдолюминесценцию — возбуждение, производимое за счет кинетической энергии электронов, бомбардирующих люминофор или молекулы газов (например, излучение в электронно-лучевых трубках); злентролюминесценцию — возбуждение, производимое .переменным электрическим полем; хемилюминесценцию — для возбуждения используется химическая энергия; биолюминесценцию — для возбуждения используется биологическая энергия.

!2 Из всего разнообразия люминесцентных источников здесь рассматриваются лишь фотолюминесцентные как наиболее перспективные для применения в оптико-электронных приборах, Газоразрядные источники излучения— это приборы, в которых излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов, паров металла или их смесей.

Очень часто указанные источники называют г а з о р а з р я д н ы м и л а м п а м н. Следует иметь в виду, что последнее понятие уже первого, так как лампами принято называть источники, использующиеся преимущественно как источник света. Современные газоразрядные лампы имеют целый ряд преимуществ перед лампами накаливания: более высокий световой КПД (лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до 20 лм/Вт, газоразрядные — от 45 до 100 лм/Вт); больший срок службы (срок службы современных люминесцентных ламп достигает 1400 ч, обычных — меньше 250); некоторые газоразрядные лампы имеют яркость, существенно большую, чем лампы накаливания; газоразрядные источники можно модулировать с / до 10000 Гц; газоразрядные источники могут выполняться импульсными с длительностью импульса излучения от секунд до наносекунд. Благодаря перечисленным свойствам газоразрядные лампы постепенно вытесняют лампы накаливания в установках промышленного, общественного, наружного и рекламного освещения, а также сигнализации.

Однако газоразрядные лампы имеют и существенные недостатки: линейчатый спектр газоразрядных ламп может исказить цветопередачу; при питании газоразрядных ламп переменным током промышленной частоты возникает пульсация потока излучения, что ухудшает условия наблюдения за подвижными объектами; газоразрядные лампы имеют более сложную схему питания, что связано с падающей вольт-амперной характеристикой и с высоким напряжением зажигания; некоторые лампы имеют длительный период разгорания; эксплуатация ламп, особенно высокого и сверхвысокого давления, более сложна. Газоразрядные лампы обычно выполняют в виде стеклянных нли кварцевых крлб, в которые впаивают два (иногда три) электрода — анод и катод.

Колбу наполняют тем или иным газом при различных давлениях. Если между электродами приложить напряжение, свободные ионы газа начнут перемещаться к катоду, а свободные электроны — к аноду. При этом ионы образуют пространственный заряд вблизи катода, а электроны — вблизи анода.

Поскольку скорость ионов значительно меньше скорости электронов, пространственный заряд, а следовательно, и падение напряжения вблизи катода больше, чем у анода. За счег зна- !3 чительной разности потенциалов вблизи катода ионы резко увеличивают скорость и при ударе о катод выбивают из него электроны, которые при движении к аноду ионизируют газ, поддерживая тем самым непрерывным процесс разряда. Такой разряд называется т л е ю щ и м. Если 'катод разогревается, например, за счет бомбардировки его ионами (при увеличении напряжения источника) или внешними источниками, то возникает термоэмиссия, в результате которой число электронов, вылетающих с катода, значительно увеличивается.

Такой разряд называется ду го в ым. Прн этом уменьшается потенциал у катода и значительно увеличивается ток лампы. Электромагнитный спектр газового разряда определяется родом газа или пара, давлением и температурой газа. При низких давлениях и температуре спектр газа линейчатый; с увеличением давления и температуры линии расширяются. Положительным свойством газоразрядных ламп является возможность модуляции излучения путем изменения напряжения питания.

Предельная частота модуляции ограничивается временем рекомбинации (деионизации) газа или пара. Яркость ламп тлеющего разряда мала, так как мала плотность тока. При низких давлениях и малых плотностях тока можно получить большой выход излучения резонансных линий, тогда как при высоких давлениях и больших плотностях токов можно получить большой выход нерезонансного (теплового) излучения.

В газоразрядных лампах выгодно использовать малые давления при малых плотностях тока и высокие давления при больших плотностях тока. Люминесцентные лампы. Осветительные люминесцентные лампы являются ртутными лампами низкого давления. Их обычно изготавливают в виде трубки диаметром 15 — 50 мм и длиной 15— 80 см; в нее помещают несколько миллиграммов ртути н заполняют ее аргоном при давлении несколько сотен паскалей. На концах трубки впаяны оксидные вольфрамовые электроды. Внутренние поверхности трубки покрывают тонким слоем люминофора. При включении ламп в сеть электроды подогреваются проходящим через них током, возникает термоэмиссия, приводящая к ионизации аргона и разогреву лампы.

Ртуть испаряется, ионизируется, и в лампе возникает разряд. Дальнейший нагрев электродов поддерживается энергией разряда, и внешняя цепь нагрева электрода выключается. Излучение разряда в парах ртути сосредоточено главным образом в двух линиях с Х> = 0,2537 и Х, = 0,1849 мкм. Люминофор преобразует УФ-излучение в видимое, что дает возможность получить световую отдачу до 80 лм/Вт. Яркость люмннесцентных ламп не более 7000 кд/м', а срок службы около 12 000 ч. В качестве люминофоров используют смеси в различных пропорциях: вольфраматы кальция и магния; силнкаты цинка, кадмия; фосфаты кальция, цинка и т.

д. !4 О и е к т р и з л у ! с и и я люминофора представляет соб!>й, как правило, яепрерывную полосу, >> то время как возбуж- и~ПОП!се излучение может быть и монохромзтическим. Распределеиис энергии в спектре люмяиссцеицич ие зависит от длины волны возбуждающего излучения. К о з ф ф и ц и е н т и О л е з и о г о д е й с т в и я люмино!(юрз как источипка све>а определяс-ся световым, энергетическим или квантовым выходами. Оззгломх' выход — это отношение полного светового потока люминесценции к потоку излучения, поглощаемому люминофором.

Зиераетичзский выход — это Отнои!ение энергии люминесценции к эпергии, поглощенной люмиио!)юром (без учета доли эяергии, приходяплейся иа Отражение и иропускаиие). 7(еачпь>зз!й сыхсд — это отношенпе числе фотонов, излучаемых прн люми*. сценцпи. к числу фотоиоп., поглощаемых люминофором. О и е к т р а л ь н о й ч у и с т в и т е л ь и о с т ь ю люминофора называют энергетический выход люминесценции при возбуждении лю>мннофора моиохооь!зти11ескиь! Нзлучепием заданной длины волны.

В люмпнесцеитных лампах п„пменяют главным образом порошкообразные крлсталлические лз>>1ииофоры, Опскгоы излучения и поглощения люминофоров представлены нз рис. 1.7. На рис. 1.8 показана схема включения люмннесцеитной лампы в сеть при помощи специального пускателя, При замыкании контактов включателя 5 напряжение прикладывается к лампе 1 и пускателю 2 (стартеру), который обычно выполняют в виде реле тлеющего разряда с бнметплли>есной пластинкой в качестве одного из электродов; си включается па- раллельиО с ИОидеисзтором 4. В пускателе между электродзмп возникает разряд, нагревающий биметаллическую пластинку, коктакты замыкаются, и через элен>роды Идет ток, Э,.'ктподы ра;югреваются, возникает термоэх!Нсспя, и ламп!а ззж>шается.

После замыкания электродов в пускателе разряд в ием потухает, биметаллическая пластинка остывает и разрывает цепь подогрсвз электродов. После зажигания лампы разряд в пускателе ие возипкает из-за уменьшения напряжения на нем Дальнейший нагрев элек. тродов осуществляется разрядом в трубке.

Дроссель 3 применяют для стабилпзации тока. Иротека ощего через лампу. Люминофор имеет небольшое послесвеченис (0,1.— 0,01 с), 1юэтому при питании лампы переьшинь1м тОИОИ ЛОтОк излу'!ения модулирустся. Глуби !а модуляции в Одииочпои лампе достигает 40 "л, чпс-отз — 100 Гц (оба полу периода ззжнгз>от лампу), что отрицательно действует иа зрение. Неприятиые ощущения дли 1.>>пз Осооенио при наблюдении движущихся предмет!ов, моишо суц!Сстзенио уме!шшить„вялю>зя лампы со сднигом по фазе (рис. 1.0) нз 80', В этом случае глубина модуляции умепьшается иа 8 — 10',4. Осяовным преимущсстпом люминесцеитных ламп яцчяется их значительно более нь!соьая Вольфрамааа какькия 700 60 Ралакатк цацка Я2 02В 836 дтт 062 06 0,66 ь, икм Р, 0,26 дотд Рда 0,62 0,6 РЫ .ь, мкм ,7раломкь~ц лкамакоааор 700 60 Д2 02д 066 Рзк 0,62 0,6 066 д,мкм 0,2 0,26 0,66 РРР 0,62 06 0,66 А, мам Вольфрамаа7 могкая Кикк- Реракид сааакато 0,2 0,26 0,66 Рсад 0,62 06 Ддд .с, мкм l олофоофала кальция (адик цз дароакьчоВ) ср~порогермакагл магния Д2 02д 0,66 дно 062 0,6 0,66 Л, мкм 'с, мкм 17 Рис.

Ц7. Спектры иалученил (сплошные ливни) и поглопьеннн (патркховые ан- кин) люминофоров световая отдача, чем у ламп накаливания. В настоящее время снеговал отдача л1омипесцентиых ламп 70 — 80 лм Вт ' и средний срок службы 7800 — 10 000 ч. Люминесцентные лампы имеют внешне простую конструкцию. однако технологический процесс их производства сложен. Кроме того, для изготовления конструктивнь;х глементов ламп требуютсн весьма качественные материалы.