帶有可靠的燒壞燈泡檢測的微波供電燈的製作方法
2023-09-21 10:58:30
專利名稱：帶有可靠的燒壞燈泡檢測的微波供電燈的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及一種微波供電燈，具體涉及一種帶有可靠的燈泡損壞和性能降低檢測的微波供電燈。
現有技術描述
圖1表示了由本發明的受讓人出售的現有技術的微波供電燈10，該燈在受讓人的美國專利6445138中進行了描述，在此一併作為參考。該微波供電燈可以用於生成紫外(UV)或可見光，這取決於用途，例如但不限於使表面塗層固化。磁控管12提供了穿過微波腔/波導14到達微波激勵燈泡16的微波，如上所述，該燈泡根據用途發出UV或者可見的光譜。氣體源18吹動氣體20通過容納磁控管12、微波腔/波導14和微波激勵燈泡16的外殼22。如圖所示，氣體20流過包圍磁控管12的外殼來對其進行冷卻，並且流進微波腔/波導14中、進入並圍繞燈泡16來為燈泡提供冷卻。將燈的外殼22設計成用於引導與磁控管12的散熱片23相接觸的氣體20通過開口24，接著通過反射器26的開口(未示出)流過上述的燈泡16並排出外殼22。被磁控管12和燈泡16加熱的氣體20通過由微波保持屏(未示出)覆蓋的開口排出，經過光反射腔28反射之後的光通過該屏出射。
如果燈泡16不起作用，那麼磁控管12就要受到損壞。將光電池32和相關電路33的組件用於檢測不起作用的燈泡，其中該光電池檢測到從燈泡16發出的、通過反射器28的開口而接觸到光電池的光34，相關電路檢測到光電池阻抗的變化。光電池32的阻抗變化被相關電路33檢測到，從而生成了施加到磁控管控制器(未示出)的控制信號。當光電池指示未接收到光的時候，該磁控管控制器用於斷開磁控管12的電源由此將其關閉。
如圖1和2所示，典型的微波供電UV燈的長度為6或10英寸並且包括一個或多個磁控管12，從而提供微波能量以激勵燈泡16。當首先開啟了燈10時，磁控管12發現了很高的電壓駐波率(VSWR)，這是因為燈泡16是冷的並且在微波頻率時的燈泡阻抗不太匹配。如圖8所示，隨著燈泡16變熱，VSWR逐漸降低到穩定狀態的數值。高VSWR瞬態是開始點亮填充了等離子體燈泡16過程中的常規部分。在該瞬態期間，微波腔/波導14中有可能出現會損壞磁控管的電弧。在該瞬態期間，磁控管也可能經歷劇烈的陽極耗損。
如果光電池32和保護電路33未提供保護，在磁控管被損壞之前，VSWR仍將保持不能接受的高。磁控管12的電源(未示出)向磁控管提供高電壓。磁控管控制器響應來自保護電路33的信號。如果在一段設定時間間隔內沒有接收到指示點亮的信號，那麼磁控管控制器就假設該燈泡未能點亮，並且切斷電源以保護磁控管12，給予磁控管指示沒有點亮的默認狀態。
利用光電池32和保護電路34不能將來自燈泡16的光34與入射到外殼22中的來自其它光源的雜散環境光區分開。環境光的出現可能會導致光電池32和保護電路33檢測到來自另一光源的光，將其當作燈泡已經點亮的指示。如果該燈泡16實際上未被點亮，那麼由於磁控管12繼續向燈泡16提供輸出能量，而該能量又沒有被燈泡中的等離子體吸收，因而會損壞磁控管12。此外，光電池32和控制電路33可能損壞需要修理，導致依賴微波供電燈工作的任何系統都要花費很長的維修時間，另外，如果沒有進行維修，磁控管12被施加到其上的能量永久損壞的可能性很高。
發明概述本發明涉及一種微波供電燈和微波供電燈的控制方法。本發明利用設置在微波供電燈外殼內的檢測器取代了現有技術的光電池和控制電路，該檢測器在磁控管工作過程中檢測未耦合到微波激勵燈的微波並且輸出表示接收到的微波電平的信號。磁控管控制耦合到檢測器，這樣當檢測到的表示接收到的微波電平的信號電平超過了閾值時，使得磁控管關閉。由於點亮微波供電燈表示向磁控管提供了電力負載，因此在微波腔/波導內或者微波外殼內，檢測器接收到的微波能量總電平降低了。正常燈泡工作過程中檢測到的微波能量低於與例如燈泡損壞引起的燈泡未點亮相關的電平。使檢測到的微波電平在一段設定時間內保持穩定，從而避免在第一次開啟燈泡過程中出現的瞬時電壓擺動過程中關閉磁控管電源，否則可能會發出錯誤的觸發信號而將磁控管電源關閉。根據本發明，能夠比利用現有技術的光電池和控制電路更加快速可靠地檢測燈泡的點亮條件(開或關)。
此外，對未點亮條件的可靠檢測可以遠在由於能量未被燈泡中的等離子體吸收而引起的任何損壞之前，迅速地從磁控管上去除能量。這去除了由於微波輸出未被燈泡中的等離子體吸收而引起的磁控管的高應力和熱負載。
此外，在微波供電燈的外殼內出現環境光不會產生如利用現有技術時的點亮燈泡的錯誤指示。
本發明涉及一種微波供電燈。依照本發明的微波供電燈包括光反射腔；包含在光反射腔中的無電極燈泡，當利用微波激勵該無電極燈泡時，光從該光反射腔中發出；用於提供微波以激勵無電極燈泡的磁控管；將磁控管發出的微波耦合到光反射腔以激勵無電極燈泡的光導；包含燈的外殼；置於外殼內的檢測器，其在磁控管工作期間檢測未耦合到燈泡的微波並且輸出表示接收到的微波電平的信號；耦合到檢測器的磁控管控制，當表示接收到的微波電平的信號電平超過閾值時，其使磁控管關閉。該檢測器可以包括置于波導中某個位置的電場探測器，在磁控管工作過程中，其對於未耦合到燈泡的微波生成足以檢測燈泡何時未點亮的響應，磁控管控制可以是控制電路，當超過了閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。電場探測器可以位于波導中的電場最大處。檢測器可以包括位於外殼內的天線，在磁控管工作過程中，該天線接收從磁控管、波導或光反射腔的任意至少一個中洩漏的假微波，檢測器對於假微波生成足以檢測燈泡何時未點亮的響應，該磁控管控制可以是控制電路，當超過閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。磁控管控制可以包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，可以減少或者關閉從該電源施加到磁控管的電功率。
本發明還涉及一種控制微波供電燈的方法。一種控制微波供電燈的方法包括光反射腔、包含在該光反射腔中的無電極燈泡，當無電極燈泡受到微波激勵時從該反射腔中發出光，用於提供微波以激勵無電極燈泡的磁控管，將磁控管發出的微波耦合到光反射腔以激勵無電極燈泡的波導，包含燈的外殼，置於外殼內的檢測器，在磁控管工作過程中該檢測器檢測未耦合到燈泡的微波，耦合到檢測器的磁控管控制，用於控制磁控管的啟動，包括從檢測器提供表示檢測到的微波電平的信號；當表示檢測到的微波電平的信號電平超過閾值時，磁控管控制減少施加到磁控管的功率。該檢測器可以包括置于波導中某個位置的電場探測器，在磁控管工作過程中，其對於未耦合到燈泡的微波生成足以檢測燈泡何時未點亮的響應，磁控管控制可以是控制電路，當超過了閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。電場探測器可以位于波導中的電場最大處。檢測器可以包括位於外殼內的天線，在磁控管工作過程中，該天線接收從磁控管、波導或光反射腔的任意至少一個中洩漏的假微波，該檢測器對於假微波生成足以檢測燈泡何時未點亮的響應，該磁控管控制可以是控制電路，當超過閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。磁控管控制可以包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，可以減少或者關閉從該電源施加到磁控管的電功率。
附圖的簡要說明圖1和2分別表示了本發明受讓人製造的現有技術微波供電燈的側視圖和前視圖。
圖3表示了本發明第一實施例的側視圖。
圖4表示了本發明第一實施例的前視圖。
圖5表示了本發明第二實施例的側視圖。
圖6表示了本發明第二實施例的前視圖。
圖7表示了依照本發明，用於生成表示點亮無電極燈泡的工作狀態的信號的VSWR檢測電路。
圖8表示了受讓人利用圖7的電路從9mmH+燈泡的工作和損壞過程中獲得的工作數據。
全部附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。
優選實施例的描述如結合圖3、4、5和6分別表示的第一和第二實施例100和200所論述的，本發明可以在多個微波供電燈方案中實現，其中一種可接受的方案是圖1和2所示的現有技術微波供電燈方案。根據本發明，現有技術的光電池32和控制電路33被微波檢測器取代，該檢測器位於如圖3、4、5和6分別表示的微波供電燈100或200的微波腔/波導14內或者外殼22內。檢測器在外殼中的位置可以是，如圖3和4中的實施例中所示，其延伸至檢測到了VSWR的微波腔/波導14中，或者如圖5和6所示，其延伸至微波腔/波導14之外但還在外殼22內。如圖3和4所示，在第一實施例100中，微波探測器102延伸至微波腔/波導14中，如圖5和6所示，在第二實施例200中，環形天線202接收從圖5和6的第二實施例200的磁控管12、微波腔/波導14或光反射腔204中的任意至少一個中洩漏的假微波。
在各個實施例中，VSWR檢測電路300處理從微波腔/波導14內測得的微波或者從外殼22內測得的微波，該電路可以依照圖7的設計方案，其實施微波檢測並且提供變化的電流，例如但不限於4到20毫安的範圍，該電流驅動閾值控制電路302以生成互鎖控制信號304，將該信號施加到磁控管電源306。當微波探測器102或環形天線202或其他檢測器方案檢測到的微波信號增加到閾值以上的時間超過了設定時間間隔時，互鎖控制信號關閉磁控管12，該閾值將在以下參照圖8詳細地進行描述。設定間隔可以小於一秒，在這個間隔期間，瞬時VSWR變化的作用衰減為反映無電極燈泡16常規點亮的條件。
在圖3和4的實施例中，微波探測器102與圖7的VSWR檢測電路300相關聯。通過適當的連接器108將凸緣104安裝到波導/微波腔14的側壁106。微波探測器起到E(電)場檢測器的作用，其優選位於微波腔/波導14中的電場最大值處。微波探測器102的位置可以設在微波腔/波導14內除電場最大值處外的其他位置，但是位於E場最大值處可以增強檢測到的電壓。
在圖5和6中的本發明第二實施例200採用了與第一實施例相同的工作方式，不同之處在於VSWR檢測電路300安裝在外殼22一個內側壁206上的某個位置，在該位置，如果點亮燈泡16，可以檢測到從微波腔/波導14、光反射腔204或磁控管12中洩漏出來的足夠的假微波能量。當燈泡正常工作時，加載磁控管12的輸出將VSWR檢測電路300生成的信號電平保持在如以下參照圖8所論述的閾值之下。VSWR檢測電路300生成的信號電平位於閾值之下導致從閾值控制電路302施加到磁控管電源306的互鎖控制信號304未關閉磁控管電源304。
圖7表示VSWR檢測電路300的實施例，其可以用於實現本發明。表示了E場探測器102和環形天線202，但是應當理解本發明不局限於任意類型的微波檢測器。E場探測器102或者環形天線202產生非常小的電壓信號，其表示在微波腔/波導14內或者外殼22內測得的微波電平。E場探測器102或者環形天線202生成的小電壓信號被耦合電容C4和電阻R4耦合到集成電路310中，該電路將小電壓信號輸入放大為電壓範圍在300到1000毫伏之間的輸出信號312。將該輸出信號312施加到運算放大器314中，該放大器產生另一個輸出電壓增益。信號316具有足夠的增益以向恆流轉換集成電路318驅動電壓。施加到電流轉換集成電路318的電壓生成的輸出信號320生成了不受線路電壓降影響的恆流輸出，該線路電壓降可能是由於輸出信號耦合到遠處的包含閾值控制電路302的磁控管電源306而生成的。輸出信號320耦合到閾值控制電路302，如上所述，該電路檢測E場探測器102或者環形天線202檢測到的電壓是否超過閾值，該閾值所代表的信號電平表示無電極燈泡16已經損壞。在最初開啟磁控管12而造成的瞬時現象已經消退之後，損壞使VSWR信號達到穩定狀態的電平，其表示在微波腔/波導14內出現了不可接受的高VSWR比或者在外殼22內具有足夠數量的假微波洩漏。閾值控制電路302檢測輸出信號320在一段時間間隔內是否超過了如圖8所示的設定閾值電平，該時間間隔選定為表示在微波供電燈正常工作過程中穩定狀態工作的時間，如圖8所示，該間隔可以是一秒鐘的若干分之幾或更長。閾值控制電路302生成互鎖控制信號304，其具有分別關閉和打開開關307的兩個電平之一，該開關為示意性地表示，在實際中可以是控制高壓電勢309連接到磁控管12的任何類型的開關設備。第一電平表示無電極燈泡16向磁控管12施加了適合的電力負載，使得開關309處於閉合狀態(未示出)，以及第二電平使得開關處於打開狀態，如圖所示，該電平表示無電極燈泡16損壞，這使得微波腔/波導14或殼體22內的VSWR率變得不可接受的高。第二電平信號使得磁控管電源306關閉，作為磁控管電源的互鎖功能。
圖8表示了在例如圖3和4中所示的微波供電燈中利用受讓人的9mmH+燈泡的本發明的工作過程。如圖所示，在大約3秒時，開啟電源306，這使磁控管12生成激勵無電極燈泡16的微波並且在微波腔/波導14內生成駐波，其電平迅速斜線上升。如圖8的底部右下角的圖解中所示，閾值控制電路302檢測輸出信號320何時達到約為3.4伏的閾值電平。如圖所示9mm的適當工作狀態。包括小圓圈的曲線表示H+燈泡，當燈泡變熱時，信號電平波動並且實際上在一小段時間內超過了閾值。其後，電壓保持在閾值之下，使得互鎖控制信號304處於第一電平，允許磁控管電源306繼續向磁控管12施加電壓。然而，如果9mmH+燈泡被損壞，用包括小菱形的曲線表示該燈泡，信號320的輸出電壓上升到閾值之上的穩定狀態。
圖8表示了大約8秒的延時，其表示現有技術中包含的延時，當發生延時時，光電池32和電路檢測器33為了表示燈泡損壞，實際上可以更早地獲得燈泡損壞的可靠指示。這個延時可以是從到達閾值以上的初始電平的間隔開始的半秒到一秒，這是因為在該期限內達到了信號320的穩定狀態輸出電壓。那時(而也允許經過更長的約為8秒的時間間隔)，互鎖控制信號304的第二電平可以用於關閉磁控管電源306。該時間間隔和閾值電平是特定電路以及E場探測器102或者環形天線202或其他用於檢測VSWR的檢測器的設計參數。
本發明提供了一種用於檢測無電極燈泡16損壞的可靠機構，其由在腔22內或微波腔/波導14內檢測到的不可接受的高的測得VSWR比表示燈泡損壞，並且不會受到來自其他光源的光引起的錯誤指示，這是因為沒有根據光檢測來檢測損壞了的無電極燈泡。
儘管以其優選實施例的方式對本發明進行了描述，但應當理解可以對其進行多種修改，均不背離本發明的精神和範圍。所有這些修改都被認為落在所附權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種微波供電燈，包括光反射腔；包含在光反射腔中的無電極燈泡，當利用微波激勵該無電極燈泡時，光從該光反射腔中發出；用於提供微波以激勵無電極燈泡的磁控管；將磁控管發出的微波耦合到光反射腔以激勵無電極燈泡的波導；包含燈的外殼；置於外殼內的檢測器，其在磁控管工作期間檢測未耦合到燈泡的微波並且輸出表示接收到的微波電平的信號；耦合到檢測器的磁控管控制，當表示接收到的微波電平的信號電平超過閾值時，其使磁控管關閉。
2.根據權利要求1的燈，其中該檢測器包括置于波導中某個位置的電場探測器，在磁控管工作過程中，其對於足以檢測燈泡何時未點亮的未耦合到燈泡的微波生成響應，磁控管控制是控制電路，當超過了閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。
3.根據權利要求2的燈，其中電場探測器位于波導中的電場最大處。
4.根據權利要求1的燈，其中構測器包括位於外殼內的天線，在磁控管工作過程中，該天線接收從磁控管、波導或光反射腔的任意至少一個中洩漏的假微波，檢測器對於足以檢測燈泡何時未點亮的該假微波生成響應，該磁控管控制是控制電路，當超過閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。
5.根據權利要求1的燈，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間間隔內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
6.根據權利要求2的燈，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間間隔內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
7.根據權利要求3的燈，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間間隔內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
8.根據權利要求4的燈，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間間隔內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
9.一種控制微波供電燈的方法，該微波供電燈包括光反射腔；包含在該光反射腔中的無電極燈泡，當無電極燈泡受到微波激勵時從該反射腔中發出光；用於提供微波以激勵無電極燈泡的磁控管；將磁控管發出的微波耦合到光反射腔以激勵無電極燈泡的波導；包含燈的外殼；置於外殼內的檢測器，在磁控管工作過程中該檢測器檢測未耦合到燈泡的微波；耦合到檢測器的磁控管控制，用於控制磁控管的啟動，包括從檢測器提供表示檢測到的微波電平的信號；當表示檢測到的微波電平的信號電平超過閾值時，磁控管控制減少施加到磁控管的功率。
10.根據權利要求9的方法，其中該檢測器包括置于波導中某個位置的電場探測器，在磁控管工作過程中，其對於足以檢測燈泡何時未點亮的未耦合到燈泡的微波生成響應，磁控管控制是控制電路，當超過了閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。
11.根據權利要求10的方法，其中電場探測器可以位于波導中的電場最大處。
12.根據權利要求9的方法，其中檢測器包括置于波導中某個位置的電場探測器，在磁控管工作過程中，其對於足以檢測燈泡何時未點亮的未耦合到燈泡的微波生成響應，磁控管控制是控制電路，當超過了閾值時，其生成控制信號，從而通過去除磁控管的電功率來關閉磁控管。13.根據權利要求9的方法，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
14.根據權利要求10的方法，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
15.根據權利要求11的方法，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
16.根據權利要求12的方法，其中磁控管控制包括磁控管的電源，當表示接收到的微波電平的信號在一段設定時間內超過閾值時，減少從該電源施加到磁控管的電功率。
全文摘要
本發明涉及一種微波供電燈(10)。該燈包括光反射腔(28)；包含在光反射腔(26)中的無電極燈泡(16)，當利用微波激勵該無電極燈泡時，光從該光反射腔中發出；用於提供微波以激勵無電極燈泡的磁控管(12)；將磁控管發出的微波耦合到光反射腔以激勵無電極燈泡的光導(14)；包含燈的外殼(22)；置於外殼內的檢測器(102，202)，其在磁控管工作期間檢測未耦合到燈泡的微波並且輸出表示接收到的微波電平的信號；耦合到檢測器的磁控管控制(300)，當表示接收到的微波電平的信號電平超過閾值時，其使磁控管關閉。
文檔編號H01J65/04GK1599023SQ20041005523
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者J·D·巴裡, K·A·黑姆斯 申請人:熔融Uv體系股份有限公司