紫外線燈系統的檢測器和監測微波能量的相應方法

2023-08-02 02:44:51

專利名稱：紫外線燈系統的檢測器和監測微波能量的相應方法
技術領域：
本發明總體上涉及紫外線燈系統，尤其涉及對來自微波激發紫外 線燈系統的微波能量的檢測。
背景技術：
紫外線(uv)燈系統一般用於加熱和固化例如粘合劑、密封劑、墨水和塗料等的材料。 一些紫外線燈系統具有無電極光源，通過微波能 量激發無電極等離子體燈來工作。在依賴於微波能量激發的無電極紫 外線燈系統中，無電極燈安裝在金屬微波腔或室內。 一個或多個微波 發生器，例如磁電管，經由波導耦合到微波室的內部。磁電管提供微 波能量，以從封入無電極燈的氣體混合物中激發並維持等離子體。等 離子體發出強烈地偏重於具有紫外線波長和紅外線波長的光譜線或光 子的電磁輻射的特徵光譜。為了照射襯底，紫外線從微波室通過室出口導向外部位置。室出 口能夠在允許紫外線透射到微波室外部的同時，阻擋微波能量的輻射。多種傳統紫外線燈系統的室出口被細孔金屬柵網(screen)覆蓋。金屬 柵網中的開孔透射紫外線，用於照射放置在微波室外部的襯底；但是 基本上阻擋了微波能量的輻射。為了保護紫外線燈系統的操作者，在操作者與燈之間設置RF傳感 裝置。這些RF傳感裝置連接到微波能量檢測器，微波能量檢測器是基 於OSHA標準(類似於微波爐的標準)設置的，用於檢測超過預定量(例如 約5mW/cm"的微波能量。微波能量檢測器配置為，如果微波能量的輸 出水平超過這個量，就關閉系統，以限制操作者在微波能量中的暴露 程度。微波能量檢測器可包括一些對輻射敏感的部件。如果一個或多個 輻射敏感部件失效，那麼微波能量檢測器會受損，不能準確報告過量 的微波能量輻射。例如，用來覆蓋室出口並阻擋微波能量的柵網通常 用像鎢絲這樣的金屬製成，非常脆弱，容易損壞，從而使微波能量洩 漏到微波腔之外。在極端情況下，要運行紫外線燈系統就要去除保護 性柵網。在這些情況下，檢測器會妨礙燈系統的運行。但是，檢測器 和支持電路可能被過量的微波能量損壞，並且損壞的方式是使得當損 壞的部件變成開路或短路時，檢測器允許燈系統的連續運行。發明內容本發明提供一種紫外線燈系統，包括微波能量發生器和無電極燈， 無電極燈配置為當被所述微波能量發生器產生的微波能量激發時發出 紫外線。紫外線燈系統還包括檢測器，用於檢測過量的微波能量。所 述檢測器包括第一電路，配置為檢測微波能量，所述第一電路包括 至少一個輻射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在所述過量 的微波能量下而失效。第二電路耦合到所述第一電路，並被配置為間 歇地測試所述輻射敏感部件是否失效。所述第二電路配置為向所述第一電路提供已知信號，以測試所述 輻射敏感部件。所述已知信號可以是RF信號、低頻AC信號或者DC信 號。所述第二電路還配置為暫時中止通過所述第一電路檢測所述微波 能量，以測試所述輻射敏感部件。所述第二電路通過檢測所述輻射敏 感部件的開路或短路來測試所述輻射敏感部件，所述輻射敏感部件可 以是檢測器二極體或電阻。在一些實施例中，所述紫外線燈系統的微 波能量發生器是磁電管。


附圖示出本發明的實施例，並與上文給出的對本發明的總體描述 和下文給出的詳細描述一起，用於說明本發明的原理。圖l是紫外線燈系統的框圖。圖2是撿測器電路的示例性實施例的框圖，包括測試電路，用於根 據本發明的圖l所示的紫外線燈系統的微波能量檢測器。 圖3是圖2所示測試電路的示例性實施例的示意圖。圖4是本發明的示例性實施例的流程圖，示出了與微波能量檢測器的檢測器電路共同工作的測試電路。
具體實施方式
這裡所公開的不同實施例提供了用於紫外線燈系統的微波能量檢 測器，包括與檢測器電路耦合的測試電路。測試電路可操作地檢査檢 測器電路中的一個或多個輻射敏感部件的完整性，並向紫外線燈系統 的操作者提供附加的安全措施。在一些實施例中，通過向檢測器電路 引入已知信號並基於已知的測試信號對微波能量檢測器的輸出與理論 值進行比較，測試電路可中止微波能量檢測器的運行來測試檢測器電 路中的輻射敏感部件(或多個輻射敏感部件)。如同微波能量檢測器 檢測到過量的能量，表明輻射敏感部件(或多個輻射敏感部件)失效 的測試結果可使紫外線燈系統關閉。實施例中的術語"電路"用來表 示形成電子電路的電子元件的個體，也用來表示能夠實現特定功能的 電子電路的集合。雖然輻射敏感部件可能以各種其他方式失效，但是這些部件有一 種失效機制與一般用來覆蓋紫外線燈系統的孔洞的細孔柵網有關。如 上所述，通常設置在紫外線燈的前方的細孔柵網用於將通過孔洞從微 波室伴隨電磁輻射(紫外線)出射的微波能量最小化。通過上述微波能量 檢測器連續地監測微波能量，如果微波能量超過預設的安全水平，該 微波能量檢測器關閉微波能量發生器，停止燈的運行。但是已經發現， 去除或損壞了細孔柵網的紫外線燈系統的運行就會使微波能量檢測器 的檢測器電路中的輻射敏感部件暴露在過量的微波能量下，導致這些 部件失效，妨礙檢測器電路報告過量的微波能量輸出。下面參照附圖，其中，各個圖中相同的標記表示相同的部件，圖 1是紫外線燈系統IO的框圖，紫外線燈系統IO依靠用微波能量來激發無電極燈12。無電極燈12安裝在金屬微波室14內。 一個或多個微波 能量發生器16a、 16b，例如磁電管，經由波導18a、 18b耦合到微波室 14的內部。微波能量發生器16a、 16b向無電極燈12提供微波能量， 以產生紫外線20。通過細孔金屬柵網24，紫外線20從微波室14經由 室出口22對準外部位置，細孔金屬柵網24覆蓋室出口 22，能夠在允 許紫外線20透射到微波室14的外部的同時，阻擋微波能量的輻射。RF傳感裝置28耦合到微波能量檢測器30，保護紫外線燈系統10的 操作者26不暴露在過量水平的微波能量下。RF傳感裝置28設置在操作 者26與燈10之間。微波能量檢測器配置為檢測超過預定量(例如約5 mW/cm勺的微波能量。微波能量檢測器30配置為，如果紫外線燈系統IO 輸出的微波能量水平超過預定量，就直接或間接地關閉紫外線燈io， 以限制操作者26在微波能量中的暴露程度。圖2是框圖，其提供根據本發明的微波能量檢測器30以及測試電 路60-66的示例性實施例的附加細節，其中微波能量檢測器30具有二 極管檢測器電路40。如圖1所示，RF傳感裝置28，例如天線29，設 置在燈10與操作者26之間，作為操作者26的保護措施。天線29的 接收器29a-29c(圖3)接收微波發生器16a、 16b產生的並且通過孔洞22 從微波室14發出的微波能量。天線29電連接到配置為二極體檢測器 電路40的第一電路，第一電路包括輻射敏感部件，例如檢測器二極體 70(圖3)。二極體檢測器電路40充當比較器電路，對入射的微波能量與預設 值進行比較。可以在二極體檢測器電路40本身中進行比較，或者作為 附加實例，檢測器電路40也可以電連接到微控制器42，該微控制器 42進行接收的微波能量與預設值之間的比較。如果微波能量超過預設值，在一些實施例中，就可以用微控制器42來關閉紫外線燈系統10的運行。預設比較值約為5 mW/cn^，這基於通用的微波爐標準和OSHA 要求。檢測器電路的其他實施例可具有基於其他標準(與上述標準不同) 的預設值。在一些實施例中，微控制器42可以不直接關閉紫外線燈系 統10，而是設定"跳閘(trip)"條件，向紫外線燈系統IO中的其他電路 發信號來關閉。通過跳閘調節電位計44來調節檢測的跳閘條件是製造 商進行的初始校正工作的一部分。由天線29接收的微波能量被進行值移位，使得總是能夠通過二極 管檢測器電路40來測量輸入電壓。在一些實施例中，對於零能量輸入， 電壓移位約為2伏特。可以通過跳閘調節電位計44或者其他基準電路 46來調節移位電平。在一些實施例中，微控制器42與紫外線燈系統10的其他部分通 信，例如圖2中標記為"通信和電源連接器48"的電路和部件。微控 制器42可通過串行通信50進行通信，在其他實施例中也可以通過其 他類型的通信。通信和電源連接器向微控制器14提供功率52，並負責 確定和/或設定基準電路46中的基準電平。為了改善紫外線燈系統10的安全性，各實施例包括配置為測試電 路60-66的第二電路，其測試二極體檢測器電路40中任意輻射敏感部 件的完整性。對二極體檢測器電路40的部件的測試可以間歇地進行， 例如大約每10到30秒進行一次。在其他實施例中，進行測試的頻繁 程度可高可低。為了這裡應用的目的，如果以規則的間隔進行測試， 則間歇意味著周期性，如果測試之間的間隔不確定和/或按照操作者26 的意願進行，則間歇意味著非周期性。為了進行測試，微控制器42暫 時中止二極體檢測器電路40對微波能量的檢測。在微波能量的檢測中 止之後，微控制器42激活第一模擬開關60，其允許測試信號通過低通 濾波器62傳給輻射敏感部件(或多個輻射敏感部件)前面的二極體檢 測器電路40。如果輻射敏感部件(或多個輻射敏感部件)通過測試，則微控制器42使第一模擬開關60無效，並激活第二模擬開關64。再 一次，測試信號從開關64通過低通濾波器66傳給輻射敏感部件(或 多個輻射敏感部件)後面的二極體檢測器電路40。如果輻射敏感部件 仍然通過測試，則微控制器42使第二模擬開關64無效，並恢復對二 極管檢測器電路40的微波能量檢測操作。低通濾波器62、 66用於將 測試電路60-66與天線29所接收的微波能量隔離。如圖3的示意圖所示，檢測器電路40的輻射敏感部件可由並聯的 檢測器二極體70和電阻72組成。這些部件中任一部件因為暴露在過 量微波能量下的失效都會影響二極體檢測器電路40準確檢測微波能量 水平的能力。在第一測試過程中，微控制器42激活第一模擬開關60， 通過模擬開關60和低通濾波器62傳遞DC基準電壓74，以將來自天 線29的電壓提供給電容76處的接地。可在電容76處提取電壓測量值， 這個值比上述的大約2伏特的閾值電壓高。在其他實施例中，可從二 極管檢測器電路40的另一部分提取電壓測量值，例如在電阻網78中。 微波能量檢測器也可由兩部分組成，即二極體檢測器電路40和數字邏 輯電路80。包含二極體檢測器電路40的部分使用檢測器二極體70以 及電阻網78來提供與上述基準作比較的電壓，並且這在現有技術中是 目前已知的。數字邏輯電路80包括附加的數字部件82以及微控制器 42，微控制器42與紫外線燈系統的控制通信，在一些實施例中還能夠 可操作地在檢測微波能量與檢測測試信號之間切換。在第二測試中，微控制器42使第一模擬開關60失效並激活第二 模擬開關64。這使得基準電壓74能夠在二極體70後面被提供給電容 76處的接地。再一次，在電容76處提取電壓測量值，因為二極體兩端 的電壓降，這個值可能小於第一測試中得到的電壓。如果二極體70短 路，則這個電壓相同。如果二極體70開路，則電壓將更低，表明二極 管檢測電路40有故障。類似的電壓測量值表示電阻72失效。測試電 路60-66的替代性實施例可以只測試電阻72兩端的電壓或者二極體70 兩端的電壓。圖2和圖3所述的檢測電路40和測試電路60-66在兩個測試循環 中運行，如圖4的流程圖所示。在框100，微控制器42和其他硬體初 始化之後，在框102，為了測試二極體檢測器電路40，將診斷計時器 加載時間周期。如果用於測試的計時器沒有超時(判斷框104的"否" 分支)，則執行用於二極體檢測器電路40的循環。在框106， 二極體檢 測器電路40循環首先從校正電位計44讀取跳閘值設定。然後在框108， 電路40根據天線29接收的微波能量測量RF電壓，並通過二極體檢測 器電路40處理RF電壓。在框110，將RF電壓與從校正電位計44獲 得的跳閘值進行比較。如果測得的RF電壓超過跳閘值(判斷框112的 "是"分支)，則在框114，微控制器42設定跳閘條件，然後繼續進行 另一個檢測循環。如上所述，之後其他電路接收跳閘信號並關閉紫外 線燈系統10的運行。如果測得的RF電壓沒有超過跳閘值(判斷框112 的"否"分支)，則在框116，微控制器42清除跳閘條件，繼續進行另 一個檢測循環。這一系列的步驟104-116持續到用於測試的計時器超時 (判斷框104的"是"分支)。當計時器超時後，如上所述，在測試二極體檢測器電路40之前， 微控制器42暫時中止微波能量的檢測。在框120，當微控制器42將第 一模擬開關60激活時，測試開始。在框122，如上所述，測量從第一 模擬開關60施加的基準電壓74並將其與理論電壓值進行比較。如果 測得的測試電壓與理論值在可接受的窗口內不匹配(判斷框124的"否" 分支)，則在框126，設定故障條件並使第一模擬開關60無效。然後處 理返回微波能量檢測操作，其中，如同上述二極體檢測器電路4p，其 他電路也可以接收故障條件並關閉紫外線燈系統10，或對其採取其他 的適當動作。如果測得的電壓與理論值在可接受的窗口內匹配(判斷框124的 "是"分支)，則在框128，則使第一測試中的第一模擬開關60失效， 將用於第二測試的第二模擬開關64激活。在框130,測量從第二模擬開關64施加的基準電壓74並將其與理論值進行比較。與上面類似，如果測得的電壓與理論值在可接受的窗口內不匹配(判斷框132的"否" 分支)，則在框134，設定故障條件並使第二模擬開關無效。然後過程 返回微波能量檢測操作，其中，類似於第一測試的失效，並且如同上 述二極體檢測器電路40，其他電路也可以接收故障條件並關閉紫外線 燈系統10，或對其採取其他的適當動作。如果測得的電壓與理論值在 可接受的窗口內匹配(判斷框132的"是"分支)，則在框136，將故障 條件清除並使第二模擬開關64無效。然後在框102，將用於測試電路 的診斷計時器復位，並加載新的時間值，在框104-116，重新開始微波 能量檢測。雖然上述實施例描述的系統包括兩種測試條件，但是其他實施例 可以間歇地採用更多的或更少的測試條件。類似地，雖然上述實施例 只測試了電阻部件72和二極體部件70，但是替代地或附加地，也可以 測試二極體檢測器電路40的一個或多個其他部件。上述實施例利用低 通濾波器62、 66將測試電路60-66與二極體檢測器電路40隔離，這樣 允許測試信號為DC或低頻AC。也可以採用RF測試信號，這要求除 了如同上述利用低通濾波器之外的隔離方法。此外，本發明的實施例也可以用於檢測微波能量檢測器30的校正 的漂移。在紫外線燈系統IO的校正中，當沒有微波能量時，提取輻射 敏感部件(或多個輻射敏感部件)兩端的校正測試電壓並通過微控制 器42將其存儲在非易失性存儲器中。在後續操作中，微控制器42首 先確定是否有微波能量。如果有微波能量，則如上面的實施例所述， 微控制器42間歇地中止微波能量的檢測並提供測試信號。如果沒有微 波能量，則微控制器42將輻射敏感部件兩端測得的電壓與校正時保存 的校正測試值進行比較，以確定校正是否有漂移。儘管通過對不同實施例的描述示出了本發明，並且相當詳細地描 述了這些實施例，但是申請人不希望將所附權利要求書的範圍限制於或以任何方式限定於這些細節。附加的優點和改型對於本領域技術人 員來說顯而易見。因此在更寬泛的方面中，本發明不受限於所示和所 述的具體細節、描述性的設備和方法以及示例性的實例。因此，對這 些細節可作出改變，而不脫離申請人的總體發明構思的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於紫外線燈系統的檢測器，所述紫外線燈系統的類型為具有用於產生微波能量的微波能量發生器，所述檢測器包括第一電路，配置為檢測所述微波能量，所述第一電路包括至少一個輻射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在過量的微波能量下而失效；以及第二電路，耦合到所述第一電路，配置為間歇地測試所述輻射敏感部件是否失效。
2. 如權利要求l所述的檢測器，其中，所述第二電路配置為向所 述第一電路提供已知信號，以測試所述輻射敏感部件。
3. 如權利要求2所述的檢測器，其中，所述已知信號是RF信號。
4. 如權利要求2所述的檢測器，其中，所述已知信號是低頻AC 信號。
5. 如權利要求2所述的檢測器，其中，所述第二電路還配置為暫 時中止通過所述第一電路進行的微波能量檢測，以測試所述輻射敏感 部件。
6. 如權利要求5所述的檢測器，其中，所述已知值是DC信號。
7. 如權利要求l所述的檢測器，其中，所述輻射敏感部件是檢測 器二極體，所述第二電路配置為檢測所述檢測器二極體的開路或短路。
8. 如權利要求1所述的檢測器，其中，所述輻射敏感部件是電阻， 所述第二電路配置為檢測所述電阻的開路或短路。
9. 一種紫外線燈系統，用於照射襯底，所述紫外線燈系統包括 微波能量發生器；無電極燈，配置為當由產生自所述微波能量發生器的微波能量激 發時，發出紫外線；以及檢測器，用於檢測過量的微波能量，所述檢測器包括i. 第一電路，配置為檢測微波能量，所述第一電路包括至少一個 輻射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在過量的微波能量下 而失效；以及ii. 第二電路，耦合到所述第一電路，配置為間歇地測試所述輻射 敏感部件是否失效。
10. 如權利要求9所述的紫外線燈系統，其中，所述微波能量發 生器是磁電管。
11. 如權利要求9所述的紫外線燈系統，其中，所述第二電路配 置為向所述第一電路提供已知信號，以測試所述輻射敏感部件。
12. 如權利要求ll所述的紫外線燈系統，其中，所述已知信號是 RF信號。
13. 如權利要求ll所述的紫外線燈系統，其中，所述已知信號是 低頻AC信號。
14. 如權利要求ll所述的紫外線燈系統，其中，所述第二電路還 配置為暫時中止通過所述第一電路進行的微波能量檢測，以測試所述 輻射敏感部件。
15. 如權利要求14所述的紫外線燈系統，其中，所述已知值是 DC信號。
16. 如權利要求9所述的紫外線燈系統，其中，所述輻射敏感部 件是檢測器二極體，所述第二電路配置為檢測所述檢測器二極體的開 路或短路。
17. 如權利要求9所述的紫外線燈系統，其中，所述輻射敏感部 件是電阻，所述第二電路配置為檢測所述電阻的開路或短路。
18. —種監測紫外線燈系統發出的微波能量的方法，所述方法包括通過第一電路監測所述微波能量，所述第一電路包括至少一個輻 射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在過量的微波能量下而失效；以及測試所述輻射敏感部件以確定所述輻射敏感部件是否失效。
19. 如權利要求18所述的方法，其中，測試所述輻射敏感部件包括間歇地向所述第一電路提供已知信號，以檢測所述輻射敏感部件 的失效。
20. 如權利要求19所述的方法，其中，間歇地提供已知信號還包括間歇地提供RF信號。
21. 如權利要求19所述的方法，其中，測試所述輻射敏感部件還包括間歇地中止通過所述第一電路進行的微波能量監測； 在微波能量監測的中止期間，提供所述已知信號。
22. 如權利要求21所述的方法，其中，間歇地提供已知信號還包括間歇地提供DC信號。
23. 如權利要求18所述的方法，其中，測試所述輻射敏感部件包括對檢測器二極體的開路或短路進行檢測。
24. 如權利要求18所述的方法，其中，測試所述輻射敏感部件包括對電阻的開路或短路進行檢觀lj 。
25. 如權利要求18所述的方法，還包括當沒有微波能量存在時，存儲所述輻射敏感部件的校正測試值。
26. 如權利要求25所述的方法，其中，測試所述輻射敏感部件包括檢測微波能量的存在；響應微波能量的存在，間歇地向所述第一電路提供己知信號，以 檢測所述輻射敏感部件的失效；以及響應微波能量的不存在，對來自所述輻射敏感部件的信號與所述 校正測試值進行比較，以檢測校正的漂移。
全文摘要
紫外線燈系統的檢測器和監測微波能量的相應方法。一種用於紫外線燈系統的檢測器，所述紫外線燈系統的類型為具有微波能量發生器，所述檢測器包括第一電路，配置為檢測所述微波能量。所述第一電路包括至少一個輻射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在過量的微波能量下而失效。第二電路，耦合到所述第一電路，配置為間歇地測試所述輻射敏感部件是否失效。一種紫外線燈系統包括所述檢測器。一種相關的方法包括通過第一電路監測所述微波能量，所述第一電路包括至少一個輻射敏感部件，所述輻射敏感部件能夠因為暴露在過量的微波能量下而失效；以及測試所述輻射敏感部件以確定所述輻射敏感部件是否失效。
文檔編號G01R31/02GK101334317SQ20081012955
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月30日 優先權日2007年6月29日
發明者卡爾·A·布雷梅日斯基, 詹姆斯·W·施米特康斯 申請人:諾信公司