微波等离子灯

前言自从人类学会利用火之后,在茫茫黑夜里,人类一直采用火炬、烛光、油灯等原始照明方式。直至1879年美国发明家爱迪生发明了白炽灯,人类才开始进入到电光源的照明时代。随着科学技术的进步,电光源不断发展:1931年发明低压钠灯,1936年发明荧光灯和高压汞灯,1959年发明卤钨灯,1964年发明金属卤化物灯,1965年发明高压钠灯,1973年发明三基色荧光灯,1980年发明紧凑型荧光灯,1991年发明高频无极灯等。电光源是构成照明系统的主体,127年来有了很大的发展,目前其品种己超过3000种,规格已达到5万多种。品种规格繁多的优质电光源产品的诞生,为人类迈进绿色照明的光文化时代,创造了良好的条件。照明电光源发展史应用微波等离子灯的相关理论微波等离子灯的结构光源的相关知识目录特点点电荷产生的电场库仑定律1电场强度的叠加原理此处输入文本1此处输入文本2此处输入文本3此处输入文本4请在这里输入您的标题此处输入文本3可再生能源非再生能源消耗后可得到恢复补充，不产生或极少产生污染物。如太阳能、风能，生物能、水能，地热能，氢能等。在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染，包括使用低污染的化石能源和利用清洁能源技术处理过的化石能源。清洁能源包含两方面的内容白炽灯发光原理由于炽热的灯丝产生了光辐射，才使电灯发出了明亮的光芒。因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑，所以白炽灯都被造成“大腹便便”的外型特点1、光源小、便宜2、通用性大，彩色品种多，具有定向、散射、漫射等多种形式。3·显色性好，光谱均匀而不突兀。白炽灯（包含卤素灯）的光谱是连续而且平均的，拥有极佳演色性的优点白炽灯的效率是最低的日光灯1主要部件▪镇流器▪启辉器其工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。LED中文名称“发光二极管”其发光原理跟激光的产生相似。一个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。LED原理类似。不过不同的是，LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级，然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。特点一、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。二、耗电量低LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电能不超过0.1W。三、使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。四、高亮度、低热量五、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。六、坚固耐用缺点：价格贵，需要恒流驱动，散热处理不好容易光衰。光纤蜡烛灯投光灯轨道灯LED灯带第二章相关知识2.1可见光和辐射光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部分光谱。这类射线的波长范围在360到780nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部分。2.2光源特性参量(l)光通量(luminousflux)单位:流明(lm)光源在单位时间内发出的光量称为光源的光通量，以Φ表示。(2)光强(luminousintensity)单位:坎德拉(ed)光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度,简称光强。(3)亮度(luminance)单位:d/mZ光源在某一方向的亮度是光源在该方向上的单位投影面中单位立体角内发射的光通量。(4)照度(illuminanee)单位:勒克斯(lx)照度是光源照射在被照物体单位面积上的光通量。(5)光效(luminouseffieacyoflightsouree)单位:流明/瓦(Iln/W)光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率(瓦)的比值,称为该光源的光效。(6)色温(CT一eolourtemPerature)当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色完全相同时,黑体对应的温度就称为该光源的色温,用绝对温度K(kelvin)表示。(7)相关色温(CCT一eorrelatedeolourtemperature)光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时,黑体对应的温度就称为该光源的相关色温,单位为K。(8)显色指数(助eolourrenderingindex)当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下,颜色就会有不同程度的失真。我们把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。以标准光源为准,将其显色指数定为100,其余光源的显色指数均低于100。显色指数用Ra表示,Ra值越大,光源的显色性越好。第三章微波等离子灯的相关理论3.1等离子体等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。如果对气体持续加热，使分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、电子和中性粒子组成的气体，这种状态称为等离子体。等离子体与气体的性质差异很大，等离子体中起主导作用的是长程的库仑力，而且电子的质量很小，可以自由运动，因此等离子体中存在显著的集体过程。在宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态。在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。3.2微波等离子体原理微波放电初始阶段的物理过程如下：微波引入反应腔中建立起电磁场，反应气体中的电子在微波场作用下获得能量，与气体分子碰撞使其电离，从而得到更多的自由电子和离子；在电子、离子密度增加的同时，等离子体介质参数发生变化；另外，电子、离子还存在扩散和复合运动。这些作用使等离子体最终达到平衡状态。因此这是一种微波与等离子体互相作用的非线性过程。微波在等离子体中的传播特性在电磁场的作用下，对质量为m，电荷为q的粒子，漂移运动方程为由于粒子漂移运动，等离子体中产生的电流为对于由一种离子和电子组成的等离子体根据电矩定义可知)(0BvEqtvmJkkkkvqnJiiieeevqnvqnJiiieeerqnrqnPtPJ3.3微波等离子灯发光原理微波等离子灯刚点燃时，由于石英硫泡中充入了氩气的缘故而发蓝光，氩原子放电产生的热量和微波能使固态硫粉蒸发，谐振的微波能量使硫蒸气形成高温等离子体并连续发出白光，光团由小变大逐渐弥漫至整个石英球,直到放电稳定趋于平衡。图为微波等离子灯启动过程。发光机理：以微波硫灯结构为基础的等离子灯来说。微波硫灯的石英泡壳内的填充物质主要是硫。硫在常温下为淡黄色的固体，熔点为110℃，沸点为444℃。单质硫分子由八个硫原子组成。当加热硫至沸点以上时，蒸汽中除含有分子外，还含有，和分子，且温度越高，分子所占的比例越大;但当温度超过2500K时，形成硫原子。微波硫灯的工作温度在1000K左右，故硫多以其二聚物()的形式存在。在低压状态下，硫分子的光谱峰值靠近紫外区,而在可见区只有一个微弱的延伸。因此，早期的硫灯多用于紫外辐射光。当提高泡壳中硫的充填量，将得到与低压状态下完全不同的光谱特性曲线。8S6S4S2S2S2S低压状态下分子的紫外辐射大部分来自于截止在电子基态的低振转能级上的电子跃迁。而照明用微波硫灯在稳定工作状态下，分子的蒸汽压可以达到10atm，石英泡的温度在1000K左右，微波能量使电弧正柱区温度达到640℃。在这么高的气压和温度下，相当一部分的基微波等离子灯光谱能量分布随气压的变化2S2S态分子被激发到电子基态的低振转能级上，使得处在该能级上的分子浓度大为增加，从而引起紫外辐射被强烈的自吸收。其结果是紫外辐射被大大抑制，光谱向长波方向移动。约在500nm左右，可见光大大加强了。低气压下由于硫分子振动和转动精细结构的影响，锯齿峰清晰可见，而高气压下分子间相互作用加强了，抑制了振动及转动，造成了强烈的自吸收，曲线变得十分平滑。3.4等离子体灯发光系统的光谱自吸收理论气体放电时,激发原子辐射出的光子在逸出电离气体以前,可能被周围的同种原子或其他粒子所吸收,称为辐射的吸收。光谱线的亮度度按频率分布L(v,x)在电离气体中随传播距离x0指数衰减:式中P(v)为无吸收时的谱线轮廓。谱线的轮廓一般在中心频率处有一极大值,然后向两翼迅速减小。正由于这个原因,中心频率处的吸收总要比两翼大很多。如果。足够大,中心频率处的吸收可能会如此之大,使得出射光在中心频率处的亮度小于两翼,这种现象称为谱线的自反,或自吸收。])(exp[))(exp(),(000xvPkxvkxvLvv00,xk很多学者对于微波等离子灯的发光机理进行了分析,基本的观点相同,就是微波等离子灯的光谱来自分子在能级和能级之间的跃迁,然而对于激发途径,氩气的作用等持有各种不同看法，下列是三种可能的激发途径。（1）在低密度等离子体(主要为电子)的作用下从基态激发到B激发态。分子基电子态和激发态的能级相对位置互相嵌套不依靠三体复合过程电子能很容易使分子基态激发到激发态,但Ar的电离能很高,不容易电离,产生的电子非常少,因此,等离子体激发不一定是主要的激发途径。2SgX32S2SgX3uB3uB32SgX3uB3（2）从原子分子反应静力学的角度分析,分子在高温下跃迁到激发态,然后离解为分子的激发态和基态S原子。因为在微波的作用一下发光体达到较高的温度(1000℃左右),所以分子的振动,转动能很高,因此在振动,转动与电子运动的相互作用下分子可能跃迁到激发态,从而分解得到。可以存在于六种电子状态,即基态和五种激发态，只有两种激发态可以分解为从而得到发光的激发态。（3）通过对Ar与动力学过程的研究表明。Ar在硫灯中有碰撞激发的作用。在Ar的碰撞下,被逐步激发到较高振动能级,当基态分子处在大于43的振动能级上时通过与Ar原子的碰撞能3S2SuB33S)(32uBS3S~11AX2313232121,,,BBABA和2313BB和)()(332guPSBS2S)(32gXS)(32gXS2S量转移激发到激发态。从而完成分子基态到激发态的激发。与此类似,S（或、He、Ne、Ke、Xe等)对的碰撞应有同样的结果。uB32SgX3uB32S)(32gXS3.5微波等离子灯热状态理论分析石英玻泡中等离子体的基本参数为:主要成分:各种硫分子，，，，，惰性气体分子Ar，离子S+、S-等离子体压强:Pa电弧最高温度:5000K管壁温度:1500K电离度:等离子密度:/—/热状态仿真遇到的首要问题是等离子体介电常数。等离子体是一个多粒子系统,其内部的物理过程异常复杂,但从宏观电磁场的角度,它可以整体等效为一种特殊的电介质,即整体等效为一种物质,那么介电常数一般情况下为一张量。但是,硫等离子体与绝大多数等离子体的性质截然不同。通6108S2S4S3S6S41024103m3m2510常情况下等离子体的介电常数小于1,此结论在微波等离子灯中显