一种气体放电螺旋等离子体灯制造技术

一种气体放电螺旋等离子体灯，所述装置是利用毫米波发生器辅助下在石英管中激发驻波模式的技术，使得直流脉冲电源驱动气体放电产生的螺旋等离子体羽流，产生的螺旋等离子体羽流有很好的稳定性、温度可以安全触摸并向外发出可见光辐射。装置包括由驱动放电的电源与金属底座构成螺旋等离子体灯的底部，放电电极和充有放电气体的电介质管与外围支柱构成螺旋等离子体灯的中部以及顶端的毫米波发生器作为螺旋等离子体灯的顶部。本发明专利技术主要适用于派对、晚会、文艺演出等需要营造氛围的场所，以及需要灯光装饰的公园、景点等地方。景点等地方。景点等地方。

【技术实现步骤摘要】
一种气体放电螺旋等离子体灯


[0001]本专利技术涉及一种气体放电螺旋等离子体灯，属于灯光照明领域。

技术介绍

[0002]本专利技术涉及照明技术。本专利技术主要作为一种氛围灯、装饰灯。本专利技术提供了使用由毫米波发生器与直流脉冲电源驱动技术的气体放电产生螺旋等离子体羽流照明的装置。所述螺旋等离子体照明装置具有驱动电源、毫米波发生器、放电电极和充有放电气体的电介质管等组件。这种螺旋等离子体灯可应用于派对、晚会、文艺演出等需要营造氛围的场所，以及需要灯光装饰的公园、景点等地方。
[0003]照明光源不仅可以用来作为照亮夜晚的工具，还可以用来装饰城市建筑、道路等。灯光装饰主要靠光源发出色彩绚丽的颜色，例如最早的霓虹灯是通过氖气气体辉光放电，后面研制了色彩丰富的荧光粉使霓虹灯光源颜色更广泛。现代社会的日常生活场所到处都充斥着五光十色的灯光，它们装扮着我们的城市，艺术性的灯光色彩给人全新的感官体验。
[0004]现在的装饰灯温度普遍高于体表温度，近年来研制出了大气压低温等离子体射流装置，该装置通过电离气体放电产生等离子体羽流，此等离子体羽流向外发光并且温度可以安全触摸。在低温等离子体射流的基础上，发现特定的直流脉冲电源放电参数产生新型螺旋等离子体羽流。由于光源本身是螺旋形态的特点可以在一些场所起到装饰、营造氛围的作用。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术，提供了一种新的照明技术。本专利技术在所安置的照明场所里并不是作为真正意义上的照明灯，而是作为一种装饰灯或者氛围灯。本专利技术提供了使用由毫米波发生器与直流脉冲电源驱动技术的气体放电产生螺旋等离子体羽流照明的装置。所述螺旋等离子体照明装置具有驱动电源、毫米波发生器、放电电极和充有放电气体的电介质管等组件。这种螺旋等离子体灯可应用于派对、晚会、文艺演出等需要营造氛围的场所，以及需要灯光装饰的公园、景点等地方。
[0006]本专利技术提供了一种气体放电螺旋等离子体灯。所述装置包括由驱动放电的电源与金属底座构成螺旋等离子体灯的底部，放电电极和充有放电气体的电介质管与外围支撑柱构成螺旋等离子体灯的中部以及顶端的毫米波发生器作为螺旋等离子体灯的顶部。
[0007]本专利技术提供了一种气体放电螺旋等离子体灯，气体放电发生在电介质管，即石英管内，圆柱状石英管内充有氮气或惰性气体。与驱动电源相连的铜电极外部包裹着石英介质，放电电极嵌入石英管下端位于石英管的轴向上，在石英管外有四根起支撑作用的柱子。
[0008]本专利技术提供了一种气体放电螺旋等离子体灯，该灯在毫米波发生器的辅助下直流脉冲电源的电气参数设置在特定范围内，气体放电可以产生螺旋等离子体羽流并发出可见光辐射，使得肉眼观看灯源呈现螺旋形态。
[0009]本专利技术中所涉及的气体放电形成螺旋等离子体形态的技术原理为：等离子体的螺
旋轨迹表明在气体放电过程中等离子体受到轴向和极向的作用力，即石英管中有轴向和极向分量的电场存在。在毫米波发生器的影响下石英管中激发驻波模式，考虑电磁效应的驻波理论模型如下：对于角频率为 的正弦激励，所有场都具有时间依赖性并且将麦克斯韦方程组简化如下，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，和分别代表电场矢量和磁场矢量。是介电常数，是磁导率。
[0010]考虑等离子体集体效应并引入等离子体密度分布的影响，将等离子体作为带损耗的电介质材料，取其相对介电常数为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，是等离子体频率，代表电子，代表电子密度，是电子质量，是电子
‑
中性分子碰撞的动量输运频率。
[0011]将介电常数引入麦克斯韦方程组中，在圆柱几何坐标（对应轴向，极向和径向）下，撇开轴上的电场分量，使，。其中为电场径向分量，为电场极向分量。故方程(1)和方程(2)可以表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，是真空介电常数，是真空磁导率，是由直流脉冲电源产生的磁场轴向分量。
[0012]建立放电初始阶段的模型理解波传播和趋肤效应的性质，模型如下，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，是自由空间波数。
[0013]求得磁场在圆柱坐标系下的函数如下，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，是第一类阶贝塞尔函数，，是任意常数。
[0014]因此解得极向电场函数为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)由公式(9)可知，当、时，对任意的和零阶贝塞尔函数的一阶导数 等于零。随着在径向方向上增加而增加。因此公式(9)表明电场的极
向分量在管轴方向上为零，并随着变量的增加而增大。
[0015]上述公式(9)提出的电磁驻波模式具有极向分量，可以证明流注沿极向方向的旋转性质。进一步在圆柱坐标系中仅考虑电场的极向分量来研究极向电磁驻波模式的周期性，将其代入方程(1)和方程(2)中，得下列方程：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)结合上述方程，得到在圆柱坐标系中的波动方程如下，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)将代入波动方程(13)中，得
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中，是一个与空间坐标无关的常数。
[0016]因此可将方程(14)变换为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)通过分离变量法求得方程(15)、(16)的解如下，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)式中，，，和是任意常数，是第一类一阶贝塞尔函数，是第二类一阶贝塞尔函数。
[0017]将函数变换为，其中，通过令 简化函数，假定处电场有最大值。应用处电场存在有限值的边界条件，极向电场可以简化为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)公式(19)表明极向电场的解与极向角无关，且等离子体子弹在极向方向上的旋转速度是均匀的。极向电场的切变可以表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)公式(19)和(20)证明了这种特殊模式下的极向电场是剪切的并且取决于轴向位置z，并且沿着电介质管是余弦周期分布。所以在该螺旋等离子体灯中由毫米波发生器的辅助使电介质管中激发极向驻波与在直流脉冲电源形成轴向电场的共同作用下使得气体在放电过程中形成的等离子体通道出现螺旋形态。
[0018]本专利技术运用在毫米波发生器辅助下激发驻波的技术使得在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体放电螺旋等离子体灯，其特征在于所述灯是运用在毫米波发生器辅助下在石英管中激发驻波模式的技术，使得直流脉冲电源驱动气体放电产生的螺旋等离子体羽流发出有颜色的亮光，放电形成螺旋等离子体通道从而导致灯中发光体的外观是螺旋形状，装置包括由驱动放电的电源与金属底座构成螺旋等离子体灯的底部，放电电极和充有放电气体的电介质管与外围支柱构成螺旋等离子体灯的中部以及顶端的毫米波发生器作为螺旋等离子体灯的顶部。2.根据权利要求1所述的一种气体放电螺旋等离子体灯，其特征在于，所用的驱动直流脉冲电源为：气体放电过程中电极上施加的是直流脉冲电源，电源幅值为6kV、脉冲频率为700Hz、脉冲宽度为3，改变电源幅值和脉冲频率可以得到不同的螺旋结构，如当设置电源幅值为6kV、脉冲频率为700Hz时，气体放电产生单股螺旋等离子体羽流；当设置电源幅值为7kV、脉冲频率为700Hz、800Hz、900Hz以及电源幅值为7.5kV、脉冲频率为1100Hz、1200Hz、1400Hz时，气体放电产生双股螺旋等离子体羽流；当设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹丹旦，涂忱胜，蔡智超，项成恩，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：