Лекции по светотехнике, модуль 2 - файл n1.doc

Лекции по светотехнике, модуль 2
скачать (1099.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1227kb.04.03.2007 20:27скачать

n1.doc

Модуль 2

Источники света



Первичные источники света



Прежде чем разбираться в вопросах взаимодействия света с веществом, необходимо познакомиться со свойствами некоторых первичных источников света. Природа источника света, используемого для освещения, очень важна с точки зрения цветопередачи, а также его воздействия на свойства материала. Например, чтобы обеспечить хорошую и полную цветопередачу, источник света должен воспроизводить свет всех длин волн, которые типичны для истинных цветов предмета. В чисто физическом смысле, видимое и ультрафиолетовое излучение производится чрезвычайно быстрым колебанием электронов в атомах. Все источники энергии в этом диапазоне обладают этим свойством. Однако они различаются по типам атомов, геометрии излучателя и другим поддающимся контролю характеристикам.

  1. Абсолютно черное тело – стандарт для сравнения цвета излучений, воспроизведенных другими источниками.

  2. Солнечный свет.

  3. Лампы накаливания.

  4. Люминесцентные лампы.

  5. Натриевые и ртутные лампы.

  6. Импульсные лампы.


Мы будем рассматривать современные источники света:

за исключением солнца, все эти источники, излучая свет, потребляют энергию.

Излучение черного тела





Если вещество нагревать до достаточно высокой температуры, оно будет либо разрушаться, либо начнет испускать свет в результате возбуждения атомов и молекул, входящих в его состав. Если в этом случае испускается свет, то вещество является тепловым излучателем. При нагревании теплового излучателя он испускает лучистую энергию с непрерывным распределением спектральной энергии, которая зависит от природы излучателя и от его температуры. Черное тело можно рассматривать как источник, испускающий спектральную энергию, интенсивность и длина волны которой зависят только от температуры, а не от вещества, из которого оно сделано. Это означает, что все длины волн поглощаются или испускаются с равной эффективностью. Поэтому излучатель совершенно "черный". На рис. 6 представлено распределение по длинам волн электромагнитного излучения черного тела, нагреваемого до различных температур.

Р


ис. 6. Спектральное распределение энергии теплового излучателя черное тело в зависимости от его температуры

Область 400 – 700 нм является областью видимой энергии. при увеличении температуры основные длины волн, испускаемых телом, становятся короче. При любой температуре большая часть выделенной энергии находится в ИК области. Видимый свет начинает появляться при температуре свыше 1000 К. Ультрафиолетовое излучение возникает только при более высоких температурах ( > 2000 К).

Даже при температуре 300 К, которая незначительно выше комнатной, черное тело излучает энергию. так как в действительности при этой температуре вся излучаемая энергия лежит в ИК области, тело – "теплое". Видимая энергия при этом не излучается. При нагревании тела значительно выше 1000 К оно начинает светиться, излучая видимый свет самых низких энергий (слабый красный свет). При 2000 К интенсивность красного свечения возрастает, и при 3000 К тело имеет оранжево-желтый оттенок. При 4000 К оно ярко-желтое. При 5000 К излучаемая энергия вполне равномерно распределена по всей видимой области, и тело испускает белый свет ("белое каление"). При еще более высоких температурах черное тело становится синим благодаря преобладанию в испускаемом излучении коротких (синих) длин волн.

Применение излучения черного тела в освещении исходит из факта, что цвет и воспринимаемую чистоту (интенсивность цвета) любого источника можно сравнить с цветом излучателя черное тело, действующего при данной температуре. Температура черного тела в градусах Кельвина, при которой наблюдается цветовое равенство с испытуемым источником света, называется цветовой температурой испытываемого источника. В отношении люминесцентных ламп и иных разрядных источников используется также термин коррелированная цветовая температура.

Очень важно понять, что представляющий интерес источник света, к которому относится цветовая температура, не обязательно нагревается до этой температуры. Люминесцентное свечение, например, осуществляется при довольно низких температурах, в то время как его цветовая температура может составлять 3000 – 7000 К (от желтого до белого света). Эти температуры означают, что спектральный свет люминесцентных ламп приблизительно соответствует цвету черного тела при температуре 3000 – 7000 К.

Цветовая температура источника не является слишком точной характеристикой его цветопередающих свойств. она определяет только цвет и воспринимаемую чистоту света, и имеется множество распределений спектральной энергии, которые приводят к одной и той же цветовой температуре. Цветовые температуры наиболее целесообразно применять при сравнении источников, имеющих сходные распределения энергии по спектру. Например, можно с успехом сравнивать цветовые температуры различных люминесцентных ламп, однако не следует сравнивать друг с другом цветовые температуры люминесцентной лампы и лампы накаливания с целью сопоставления их относительных цветопередающих возможностей.

Прямой солнечный свет



Самым распространенным источником света, безусловно, является солнечный свет. Спектральное распределение энергии солнечного света зависит от большого числа факторов, например, широты места, времени суток, сезона, высоты и местных атмосферных условий.

Приблизительно половина солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, приходится на видимую область. Другую половину составляют ультрафиолетовая и инфракрасная области, причем на ультрафиолетовую область приходится лишь около 3% общей энергии. Наибольший интерес с точки зрения химических и визуальных воздействий представляет излучение в интервале 300 – 800 нм. На рис. 7 представлена увеличенная часть этой области.




Рис. 7. Спектральное распределение прямого солнечного света в верхних слоях атмосферы (вверху) и на уровне моря (внизу).

Верхняя кривая на рис. 7 характеризует распределение света на высоте 320 км над землей, а нижняя – распределение света на уровне моря. По всей видимой области солнечная энергия, измеренная на уровне моря, относительно равномерно распределена по длинам волн. На границе видимой и ИК области вода и озон О3 атмосферы имеют несколько полос поглощения, а на границе УФ – видимая область появляются фраунгоферовы линии. Последние возникают при поглощении энергии газами в солнечной атмосфере. Быстрое уменьшение интенсивности в УФ области является главным образом результатом поглощения УФ излучения озоном земной атмосферы. В некоторой степени интенсивность солнечного света зависит от толщины атмосферы, через которую проходит свет. Например, солнечный свет в полдень проходит сквозь меньшую толщину атмосферы, чем утром, поэтому полуденный солнечный свет более интенсивный. Свет, отраженный от поверхности земли, имеет меньшую энергию, чем падающий, поскольку падающая энергия после попадания на землю превращается в тепло. Солнечный свет обладает превосходной цветопередающей возможностью, связанной с его относительно равномерным распределением спектральной энергии в видимой области. Прямой солнечный свет имеет цветовую температуру около 5000 К. Свет северного неба значительно синее и имеет цветовую температуру около 7500 К или выше.


Лампа накаливания






Накаливание – это свечение горячих тел, обусловленное их нагреванием. При прохождении электрического тока по проволоке ее температура повышается, причем значительно у тонких проволок с высоким электрическим сопротивлением. Нагревание в свою очередь повышает сопротивление, и при увеличении напряжения проволока раскаляется и становится источником света. Томас Эдисон использовал этот принцип для создания лампы накаливания. Первоначально он использовал угольную нить внутри отказанного баллона. Однако уголь обладает недостатком, связанным с высокой скоростью его испарения, и поэтому имеет короткое время жизни при эксплуатации, обеспечивающей желаемый уровень освещения. Уголь был заменен вольфрамовой нитью, которая используется и до настоящего времени. Выбор вольфрама был обусловлен его наивысшей точкой плавления среди всех металлов и низкой скоростью испарения в откачанной колбе даже вблизи его точки плавления.

Примерно с 1913 г. с целью дальнейшего уменьшения скорости испарения вольфрама и увеличения срока службы лампы откачанные колбы стали заполнять инертным газом, таким, как аргон или азот. Давление газа было доведено примерно до 80% атмосферного давления. Однако при работе лампы оно примерно соответствует атмосферному давлению. Чтобы увеличить рабочую температуру, проволоку скручивали в спираль. Серый или черный налет внутри использованной лампы представляет собой испаренный вольфрам, который осел на ее стеклянной колбе.

На рис. 8 (справа) и рис. 9 представлено спектральное распределение энергии излучения лампы накаливания. Распределении энергии света очень схоже с распределеним энергии в спектре черного тела, поскольку оба работают на принципе испускания света за счет тепловой энергии. Цветовая температура ламп накаливания лежит в диапазоне 2700 – 3200 К.





Дневной свет (D 65)
Высота на рисунке соответствует 200 мВт/(1000 лм х 10 нм).

Свет лампы накаливания
Высота на рисунке соответствует 600 мВт/(1000 лм х 10 нм).

Рис.8. Видимый диапазон от 380 до 780 нм. Представленные на рисунке графики отражают только общую картину цветностей света.





Рис. 9. Относительное спектральное распределение плотности излучения лампы накаливания

Важнейшие свойства лампы накаливания – коэффициент полезного действия (к.п.д.), световая отдача и срок службы - определяются температурой спирали.

К.п.д. лампы определяется количеством произведенного видимого света по отношению к общему количеству излученной энергии. 70 – 85% энергии лампы с вольфрамовой нитью накала реализуется в виде тепла в инфракрасной области, что делает ее достаточно неэкономичным источником видимого света. Поэтому лампа накаливания имеет низкий к.п.д. Поглощение инфракрасной энергии объектом приводит к его нагреванию.

С


Рис. 10. Принцип работы лампы накаливания
пектральное распределение энергии лампы накаливания в видимом диапазоне частично зависит от номинальной мощности. На рис. 9 показано излучение энергии ламп накаливания различной мощности. В этих лампах имеется значительное выделение энергии в области длинных волн, что придает поверхностям, освещаемым светом ламп накаливания, оранжево-желтый оттенок. Из-за низкого уровня интенсивности голубого света освещение лампами накаливания может затруднить различение близких оттенков голубого света. Благодаря большому содержанию желтого света при использовании этого источника можно увидеть светло-желтые линии на белом фоне.

Под световой отдачей лампы понимается общий поток излученного света, отнесенный к единице энергии питания лампы. Большая часть этой энергии теряется в виде тепла от раскаленной лампы. Отдача лампы с вольфрамовой нитью составляет ~ 12 – 15 лм/Вт.

В лабораториях встречаются кварцевые лампы, которые представляют собой лампы накаливания с вольфрамовой нитью в кварцевой, а не в стеклянной колбе. Они обладают хорошими цветопередающими свойствами, т.к. работают при более высокой цветовой температуре по сравнению с обычными лампами накаливания. Кварцевая оболочка может выдержать высокую температуру гораздо лучше стекла. По этой причине можно изготовлять лампы маленького размера с окружающими их высокоэффективными светоотражающими приспособлениями. Чтобы удлинить срок жизни лампы и уменьшить почернение ее оболочки, в колбу лампы часто добавляют небольшое количество иода. Эти лампы называются вольфрамово-галогенными. Для коротковолнового излучения кварц более прозрачен, чем обычное стекло. В результате длительное использование кварцевых ламп вблизи материалов с высокими светочувствительными характеристиками является нежелательным.

Основными типами ламп накаливания являются лампы общего назначения, лампы специального назначения, декоративные лампы и лампы с отражателем. Световая отдача ламп накаливания в диапазоне от 25 до 1000 Вт составляет примерно от 9 до 19 лм/Вт для ламп со средним сроком службы 1000 ч.

Характеристики лампы накаливания

Отдача, лм/Вт

Низкая

Внешний вид лампы на бесцветных поверхностях

Желтовато-белый

Влияние на окружающую обстановку

Нагревание

Цвета, увеличивающие свою интенсивность

Красный, оранжевый, желтый

Сереющие цвета

Синий



Газоразрядные источники

Ртутная и натриевая лампы






Принцип действия ртутной и натриевой ламп иной, чем у лампы накаливания. Иногда эти лампы называются газоразрядными. Они используются с начала 40-х годов нашего столетия. В этих источниках света летучий металл ртуть или натрий возбуждается электронами, которые ускоряются в пространстве между двумя электродами под действием приложенного к ним напряжения. Столкновения возбужденных газообразных атомов металла вызывают люминесценцию, которая дает много видимого света. Световая отдача натриевой лампы составляет ~ 60 – 90 лм/Вт. Спектр излучения натрия и ртути при нагревании в газообразной фазе содержит не широкий непрерывный спектр, а несколько очень интенсивных резких линий излучения. Это можно увидеть по спектральному распределению энергии ртутной лампы, показанному на рис. 11. Представление областей излучения в виде прямоугольных столбиков сделано для того, чтобы показать, что большое число интенсивных резких линий излучения встречается в узком диапазоне энергий. Производимый свет по внешнему виду серебристо-зеленый. Натриевая лампа дает желто-оранжевый свет, типичный для излучения паров натрия, и имеет цветовую температуру около 2100 К. Желто-оранжевый цвет происходит от интенсивных линий излучения натрия в диапазоне 580 – 600 нм. Эти линии излучения натрия частично также обуславливают желто-оранжевый цвет пламени горящего дерева.
Цветопередающие характеристики натриевой и ртутной ламп


Видимость цвета при дневном свете

Видимость цвета в парах натрия (низкое давление)

Видимость цвета в парах ртути

Синий

Темно-коричневый или черный

Глубокий фиолетовый

Белый

Светло-желтый

Синевато-белый

Зеленый

Коричневато-желтый

Более глубокий зеленый

Желтый

Желтый

Зеленовато-желтый

Черный

Черный

Черный

Оранжевый

Коричневый

Коричневый

Светло-красный

Желтовато-коричневый

>>

Коричневый

Коричневый

Серый

Красный

>>

Темно-коричневый или черный



В связи с тем, что спектральное распределение света от электрических газоразрядных источников с атомами металла является прерывистым в видимом диапазоне, эти источники плохо передают цвет. В таблице показано качество цветовоспроизведения, которое можно получить от ртутных и натриевых источников. Использование ртутных и натриевых ламп для освещения экспозиций вообще нежелательно, хотя они обычно применяются для освещения автострад и мест общественного пользования, таких, как автостоянки. Ртутная лампа содержит также интенсивные линии ультрафиолетового излучения. Следовательно, необходимо исключить облучение светочувствительных материалов этим источником света.






Свет от ртутной лампы и свет луны имеют некоторое сходство при их восприятии глазом. В действительности лунный свет имеет спектральное распределение энергии, подобное дневному свету, но несколько более желтое. Причина того, что лунный свет очень плох для воспроизведения цвета, заключается не в том, что у него неправильное распределение энергии, а в том, что он не является лучистым источником света. Интенсивность лунного света очень низка, составляя только 10-6 или менее от интенсивности яркого солнечного света. Поэтому интенсивности лунного света просто недостаточно для того, чтобы вызвать хороший цветовой контраст.
Ртутные лампы высокого давления

Эти лампы применяются главным образом для сушки красок и лаков на оттисках в печатных машинах. Излучение ламп находится в коротковолновой ультрафиолетовой области спектра. Лампы заполнены инертным газом (аргоном) под низким давлением, а также небольшим количеством ртути. После зажигания разряда в лампе ртуть начинает испаряться и давление в лампе повышается. Максимальная интенсивность излучения лампы достигается после полного испарения ртути. Для повторного включения лампы её необходимо сначала охладить до полной конденсации ртути, пока давление не станет достаточно низким для того, чтобы обеспечить новое включение (образование разряда).

Мощность таких ламп от 1000 Вт для малоформатных машин до 15000 Вт для машин большого формата и высокой производительности. Чтобы обеспечить эффективную сушку оттисков на машинах высокой производительности, используют несколько мощных ламп подобного типа. По форме это прямолинейные лампы большой длины, достаточной для того, чтобы перекрыть с запасом максимальную ширину печатной продукции.





Рис. 11а. Спектр излучения ртутных ламп типа ТН…8 и TQ фирмы S.Theimer (Германия)

Металлогалогенные лампы



Эти лампы используются в копировальном оборудовании для экспонирования материалов, чувствительных к ультрафиолетовому излучению. К таким материалам относятся формные пластины с копировальным слоем на основе диазосоединений или на основе фотополимеров, фотопленки, применяемые для работы в светлой комнате, цветопробные материалы и др. В копировальном оборудовании металлогалогенные лампы используются как точечные источники света, что необходимо для точной передачи мелких штриховых и растровых элементов при копировании изображения. Поэтому, несмотря на большую мощность от 500 до 8000 Вт, галогенные лампы имеют сравнительно небольшую длину и прямолинейную форму.

Металлогалогенные лампы - это ртутные легированные лампы, т.е. лампы с примесями галогенов для получения необходимого спектра излучения. Они заполняются инертным газом (аргоном), малым количеством ртути и небольшим количеством галоидных соединений металлов (добавок). (В качестве таких добавок используют соединения Ga, Fe, Co, Ni, Pb). Эти лампы называют также металлогалоидными.

В зависимости от назначения выпускаются металлогалогенные лампы нескольких разновидностей. Одна из них - это лампы с примесью галлия, имеющие максимумы излучения с длинами волн 410 и 420 нм. Они используются практически только для копирования на офсетные пластины с копировальным слоем на основе диазосоединений.




Рис. 11б. Спектральная характеристика ламп с примесью галлия.







Рис.11в. Спектральная характеристика ламп с примесью железа.






Некоторые фирмы оснащают свое копировальное оборудование так называемыми безозонными источниками света. Материалом колбы безозонной лампы служит кварц с примесями, удерживающими коротковолновое ультрафиолетовое излучение. (Это излучение при долгом и интенсивном воздействии вызывает образование озона (О3) из кислорода воздуха).

После включения галогенной лампы она медленно входит в рабочий режим, а после её выключения лампа должна охладиться прежде, чем её можно включать повторно. Поэтому между режимами экспонирования лампы такого типа полностью не выключаются, а переводятся в дежурный режим горения. Из дежурного режима горения (режима ожидания) в режим горения на максимальной мощности лампы переходят практически мгновенно.

Существуют осветительные системы типа Rapid, в которых галогенные лампы полностью отключаются между циклами экспонирования в связи с сокращенным временем поджига таких ламп. Лампы для системы Rapid имеют мощность от 1500 до 3500 Вт.

Копировальное оборудование производят десятки фирм, в производственной программе которых сотни моделей копировальных рам. Поэтому ассортимент металлогалогенных ламп, необходимых для оснащения копировального оборудования, велик. В рамах используются лампы различной мощности (от 0,5 до 8,0 кВт) с различными геометрическими размерами и конструкциями цоколя и токоподводящих элементов. И как следствие этих отличий - производство металлогалогенных ламп с различными электрическими параметрами их горения - рабочее напряжение и рабочий ток. Эти параметры лампы являются главными, определяющими при прочих равных условиях пригодность источника света для конкретной копировальной рамы.

В настоящее время существует около 200 разновидностей металлогалогенных ламп, производимых для оснащения копировального оборудования. Поэтому, не удивительно, что полиграфические предприятия зачастую сталкиваются с трудностями при замене вышедшего из строя источника света. Эти трудности возникают, когда не известна маркировка лампы и фирма - изготовитель. Если при заказе лампы указать все необходимые параметры, то лишних трудностей удастся избежать.


Образец заявки на источник света


Тип лампы (с цоколя или упаковки)




Мощность лампы, кВт




Рабочее напряжение лампы, В (очень редко совпадает с рабочим напряжением, подаваемым на копировальную раму (220 В или 380 В), и поэтому должно быть измерено с использованием необходимых электрических приборов. Измерение рабочего напряжения лампы следует производить в положении переключателя мощности лампы 100 %.




Оборудование (изготовитель, тип, год выпуска)




Между циклами экспонирования лампа отключается полностью или переключается на режим пониженной мощности (режим ожидания)?




Расстояние между электродами, мм(А)




Диаметр (наружный), мм (В)




Длина, мм (С)




Диаметр цоколя, мм (D)




Длина проводов, мм (Е)




Тип копируемого материала





Люминесцентные лампы







Эксперименты с люминесценцией проводились Беккерелем еще в 1867 г., однако лишь только в 1930 г. появилась серийная люминесцентная лампа. Люминесценция представляет собой явление, посредством которого вещество может поглощать излучение одной длины волны и переизлучать в других, обычно более длинных, волнах. Если, кроме видимого света на такое вещество падает ультрафиолетовое излучение, то некоторая его часть переизлучается в форме видимого света. Если излучение происходит непосредственно после прекращения возбуждения, то явление носит название флуоресценции. Если излучение задерживается и энергия излучается через определенный промежуток времени, явление называется фосфоресценцией. Люминесцентные лампы являются электрическими газоразрядными источниками, подобными ртутным и натриевым лампам. Однако их основное различие заключается в том, что внутреннюю часть стеклянной оболочки покрывает люминесцирующий материал, называемый фосфором. Обычное устройство лампы такого типа показано на рис. 12.






Люминесцентные лампы применяются главным образом в репродукционных фотоаппаратах, устройствах для просмотра изображений на оригиналах и фотоформах, в монтажных столах.

Лампы с белым (близким к дневному) светом используют в репродукционных работах, связанных с цветными и черно-белыми оригиналами. Цветовая температура таких ламп 6500 К. В том случае, когда требуется максимальная разрешающая способность изображений, получаемых на фотоматериалах, может использоваться люминесцентная лампа с зеленым светом. Такая лампа дает излучение в более узком диапазоне длин волн, что позволяет уменьшить хроматическую аберрацию объективов репродукционных систем. Чем уже спектральная характеристика источника света, тем выше разрешающая способность оптической системы репродукционного аппарата. С другой стороны, люминесцентные лампы зеленого света пригодны только для черно-белых оригиналов, так как не содержат излучений всех длин волн, входящих в цветное изображение.

Мощность излучения люминесцентных ламп с единицы поверхности невелика. Поэтому для получения необходимой интенсивности света используют длинные трубки. Эти лампы достигают максимальной мощности излучения сразу же после включения
Трубка часто содержит небольшое количество инертного газа, например неона, чтобы поддерживать электрический разряд до того, как испарится капелька ртути. При испарении атомы ртути излучают энергию в резких дискретных линиях (рис. 11). Около 50% излучения приходится на ультрафиолет при длине волны 253,7 нм. Это УФ излучение возбуждает фосфоры, покрывающие внутреннюю поверхность оболочки трубки. Фосфоры люминесцируют, выделяя значительное количество света в видимом диапазоне. Некоторые используемые типичные люминесцирующие материалы приведены в таблице вместе с длиной волны основной линии излучения.

Некоторые фосфоры, используемые в люминесцентных лампах

Фосфор

? макс, нм

Фосфор

? макс, нм

Вольфрамат кальция

440

Силикат кальция

610

Вольфрамат магния

480

Борат кадмия

615

Силикат цинка

540

Фосфат кальция и стронция

640

Галофосфат кальция

590

Арсенат магния

660


Галофосфаты входят в число наиболее часто используемых люминесцирующих материалов. Однако упорно продолжаются поиски новых и лучших фосфоров. Одно из последних достижений заключается в использовании в качестве люминесцирующих материалов редкоземельных соединений, позволяющих получать лучшее цветовоспроизведение.

Спектр излучения люминесцентной лампы характерен для фосфоров и атома ртути. На рис. 13 показано спектральное распределение энергии нескольких типов ламп с различной мощностью. Широкое основание всех спектров во всех случаях является результатом излучения фосфора, в то время как усеченные столбики представляют линии излучения атомов ртути.

Таким образом, у люминесцентных ламп большую часть светового потока составляет излучение люминофора. Газовый разряд люминесцентной лампы дает лишь ультрафиолетовое излучение, воздействующее на люминофор и вызывающее его свечение.










В


зависимости от используемых фосфоров люминесцентные лампы можно классифицировать как стандартные и "делюкс". Со стандартной лампой недостаток глубокого красного света заставляет яркие красные предметы восприниматься тускло-красными или коричневыми. Интенсивные желтые линии, объединенные со слабым красным светом, искажают красный цвет предметов до зеленоватого. Интенсивные сине-фиолетовые линии и недостаток чисто синих и сине-зеленых лучей заставляют синие предметы казаться фиолетовыми. С лампами типа "делюкс" воспроизведение цвета лучше, чем со стандартными лампами, однако их отдача почти на 30% меньше, чем у стандартных ламп. Световая отдача обычно составляет 30 – 80 лм/Вт.

Внутри классов стандартных ламп и ламп типа "делюкс" они подразделяются на группы теплых и холодных. Термин "теплые" относится к наличию красного цвета и относительно большого инфракрасного излучения (тепла), в то время как "холодные" лампы дают меньше красного цвета и выделяют относительно меньше энергии в ИК диапазоне. Теплые люминесцентные лампы работают при более низких цветовых температурах, чем холодные, и поэтому испускают излучение с относительно низкой энергией. Теплые люминесцентные лампы менее подвержены фотодеструкции, чем холодные. В таблице объединены некоторые из важных характеристик люминесцентных ламп, спектральные распределения энергии которых представлены на рис. 13.
варыварапь

Импульсные лампы




Газоразрядные импульсные лампы являются источниками мгновенного разряда, предназначенными для получения многократных световых импульсов большой силы и малой длительности (тысячных и миллионных долей секунды).

Области применения


Первые источники света в виде импульсных ламп действовали по принципу сгорания металлической "шерсти" (химически активного металла вроде магния, алюминия, циркония и т.д.), производящего яркую вспышку при электрическом разряде в колбе. Для увеличения скорости сгорания и температуры колбу наполняют кислородом. Колбы часто имеют голубое покрытие, чтобы поглощать и тем самым уменьшать интенсивность больших длин волн.

Особенности конструкции. Современные газоразрядные импульсные лампы выпускаются в баллонах из стекла, кварца, увиолевого стекла, прозрачного для УФ, в трубчатом или шаровом (широком) исполнении. Для ламп малой и средней мощности баллоны изготавливаются из плавленого кварца, обладающего высокой тугоплавкостью и низким коэффициентом теплового расширения. Допустимая температура поверхности стеклянных баллонов до 200 °С, кварцевых не более 600 °С. Баллоны наполняются ксеноном, криптоном или их смесью под давлением. Электроды ламп активированы и выполнены из металлокерамического сплава на основе вольфрама. Трубчатые лампы выполнены в виде прямых трубок, свернутых в цилиндрические или шаровые спирали, или в виде изогнутых, трубок различной конфигурации (чаще всего в виде букв омега, U или S). Давление газа в трубчатых лампах ниже атмосферного. Область разряда занимает значительный объем газа.




Трубчатая лампа



Шаровые лампы


Капиллярные лампы являются разновидностью трубчатых ламп. Конструктивно отличаются малым сечением канала трубки. Вспышку дают короткую с высокой яркостью. Шаровые (широкие) лампы выполнены в широкой колбе, по форме близкой к шару или цилиндру. Давление газа у малых ламп близко к атмосферному, а у больших превышает его в 3 - 5 раз. Область разряда составляет малую часть общего объема газа. Основные электроды расположены в центре баллона на небольшом расстоянии друг от друга. Вспомогательный (поджигающий) электрод находится внутри баллона около основных электродов. От трубчатых шаровые лампы отличаются меньшим внутренним сопротивлением . Их вспышка короче. Шаровые лампы в основном предназначаются для стробоскопического режима с малой энергией отдельных вспышек и в режимах с малой длительностью и большой яркостью вспышки.

Современные импульсные лампы подразделяются на стробоскопические (строботроны) и фотоосветительные. Разделение обусловлено предельными режимами эксплуатации и лампы в большинстве случаев взаимозаменяемы. Стробоскопические лампы отличаются от фотоосветительных мощностью, рассеиваемой без перегрева при непрерывной работе и малыми потребляемыми токами. Стробоскопический режим импульсных ламп характеризуется большим количеством вспышек за секунду. Применяется для визуального наблюдения и изучения быстрых периодических движений. Газоразрядные импульсные лампы практически не имеют инерции до 4…6 кГц. На более высоких частотах её надо учитывать. Фотоосветительный режим характеризуется большой энергией одиночной вспышки, которая ограничивается возможностью пропускания электродами лампы больших разрядных токов и теплостойкостью баллона.

В


Спектральная характеристика импульсной ксеноновой лампы


фотовспышках широко используют специальные ксеноновые лампы. В момент разряда накопительного конденсатора происходит мгновенное свечение газа очень большой яркости. Их излучение образует непрерывный спектр, приближающийся к спектру солнечного света – от ультрафиолетового до инфракрасного. Такая спектральная характеристика ламп позволяет использовать их в репродукционных фотоаппаратах при выполнении всех видов репродукционных фоторабот, включая цветоделение.

Мощность ксеноновых ламп от 200 до нескольких тысяч ватт. По форме ксеноновые лампы могут быть прямолинейными, в виде спирали или рамки.









Использование импульсных ламп часто ограничено присутствием в испускаемом свете УФ излучения. Время воздействия импульсной лампы очень мало, однако оно в значительной степени компенсируется очень большой интенсивностью вспышки. Воздействие 25 000 вспышек не вызывает существенного ухудшения свойств материалов, устойчивых к свету. Однако акварельные краски и ткани, у которых высока чувствительность к УФ излучению, могут испортиться.

Модуль 2 Источники света
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации