本发明专利技术公开了一种在密封封装所包含的气体内产生放电的方法。这种方法包括以ＲＦ频率驱动螺旋线圈谐振器，以产生足以在高压气体内产生放电的ＲＦ电磁场。放电生成的发射谱可以被用来进行光谱分析，以确定气体的组分和杂质含量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气体组分分析。更具体地，本专利技术涉及用发射光谱对电介质封装(enclosure)内包含的高压气体进行的非破环性分析。
技术介绍
金属卤化物灯和其它高强度放电(HID)灯已经被广泛接受用于室内和室外空间的大面积照明。在制作HID灯时，经常希望能够为灯的很多组件提供一种可控的气氛，以便避免组件的过早损坏，从而延长灯的工作寿命。举例来说，HID灯的电弧管在灯工作期间即使暴露于很小量的氧也会显著地恶化其内的各种组件，导致灯出现故障，因而会缩短灯的工作寿命。再举例来说，电弧管暴露于氢会导致氢扩散进电弧管内，从而引起高的起动电压和再点火电压，最终减少灯的预期寿命。为了避免这类组件暴露于破环性的气氛，众所周知的是通过将各种组件包封在灯外罩所包含的理想气氛中，来为各组件提供一种可控的气氛。典型地，HID灯的外护套内填充惰性气体如氮。鉴于存在的杂质的有害作用，理想的是对包含在灯外护套内的气体气氛的组分和杂质含量进行非破环性分析。在低压(＜大约0.1atrn)下分析气体气氛的组分和杂质含量时，用发射光谱进行气体分析是众所周知的。然而，包含在HID灯的外护套内的气体气氛通常处于相对高压(大约0.1～2.0atrn)下。因此，这需要在高压的气体气氛内用发射光谱进行非破环性分析。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目标是消除现有技术的缺陷，提供一种用于非破环性高压气体分析的新颖系统和方法。本专利技术的另一个目标是提供一种用于在高压气体中产生放电的新颖系统和方法。本专利技术的再一个目标是提供一种用于在包含于密封封装内的高压气体中生成稳定放电的新颖系统和方法，从而不用破环封装就可以利用光谱方法分析气体的组分和杂质含量。本专利技术的又一个目标是提供一种用于气体气氛的发射光谱的新颖系统和方法。本专利技术的又一个目标是提供一种用于对HID灯进行非破环性分析的新颖系统和方法。通过仔细阅读本专利技术的权利要求书、附图以及下面对优选实施方案的详细说明，本专利技术的这些以及很多其他目标和优点对于本领域所属领域人员将很显然。附图说明图1是说明依照本专利技术一个示例性实施方案的RF放电源的示意图；图2和图3是说明一种示例性螺旋线圈谐振器的示意图；图4的曲线图说明在驱动点处作为频率的函数的螺旋线圈谐振器的阻抗；图5的曲线图说明在0.3atm(300torr)下的纯N2气内，由放电产生的光谱；图6A的曲线图说明在0.3atm(300torr)下的N2气和百分之一的氢内，由螺旋线圈谐振器RF放电产生的典型发射光谱；图6B的曲线图说明在0.3atm(300torr)下的N2气和百分之一的氧内，由螺旋线圈谐振器RF放电产生的典型发射光谱；图7说明依照本专利技术的一个方面，用于对容器内的气体含量进行原子发射光谱分析的系统；图8是图7所示系统的俯视图。具体实施例方式本专利技术通常运用在高压气体内产生放电的情形。借助于仅仅示例的方式，将参照发射光谱描述本专利技术中用来对HID灯内的气体含量进行非破环性分析的几个方面。依照一个方面，本专利技术提供一种高Q、单频RF放电源，其用于在HID灯的外护套内包含的高压(0.1～2atm)气体中产生限于很小局部区域的、稳定的放电(等离子体)。这种放电源包括螺旋线圈谐振器(HCR)，其用于提供充足的RF能量以产生放电。由等离子体发出的光发射谱然后可以利用光谱方法分析，以确定在封装内部的气体的组分和气体杂质的含量。可以探测到低于约0.01体积百分比的杂质浓度。通常，气体气氛包括N2，但还可以包括诸如O2、H2、CO2、CO、H2O、CH4以及类似物的气体杂质，这些气体杂质包含像O、H、C等元素和/或它们的任何组合。本专利技术的RF放电源能够在高压气体内形成并维持放电，同时消耗非常少的能量，从而不但在实验室应用中而且在生产线应用中都是很有用的。RF放电源通过产生能够穿透封装的电介质壁的RF电磁(电)场在封装内产生放电。放电所需要的电场与E/N成正比，其中E是电场强度，N是气体的量密度。HID灯外护套内的气体压力在室温下通常约为0.5atm，因而，形成放电需要约7kV/cm的场强。当形成放电时，由放电产生的热降低了气体量密度(N)，因而，维持放电就需要较小的电场强度(E)。为了确定封装内高压气体的组分和杂质含量，采用传统的光谱分析技术分析等离子体的光发射谱，即受激等离子体内各种物质的原子和分子发射。这通常包括用足以分辨感兴趣的杂质的原子线的高分辨率来记录等离子体在UV、可见和近IR波长下的光发射谱。然后，利用视觉/图形和/或计算机辅助的数据处理来分析光谱，测出感兴趣的光谱峰的幅度。将该数据与从感兴趣的杂质的已知标准中收集到的类似数据进行比较。之后，通过与已知标准相比较，计算出杂质的浓度。图1示意性说明依照本专利技术一个示例性实施方案的RF放电源10。该RF放电源10能够在密封封装内包含的高压气体中产生触发放电所需的数千伏的电压。该RF放电源10包括RF功率发生器12、阻抗匹配网络20和HCR 22。RF功率发生器12包括RF信号发生器14、RF功率放大器16和功率表18。RF功率发生器12通常输出约几百伏的电压，并以约100kHz到高于100MHz(通常约10MHz)的RF频率驱动HCR 22。HCR 22工作类似于一个开路的四分之一波长传输线与一个接回地的(back to ground)电感器的并联组合，以将来自RF功率放大器16的电压升高20～100倍或更高倍。HCR 22通常包括金属螺旋线24和导电罩(shield)34。如图2所示，金属螺旋线24由导电螺旋线圈26形成，该导电螺旋线圈26的第一端28接地，第二相对端30用作电极。输入抽头32设置在线圈26上，位于地(线圈28的第一端)与靠近地的一个点之间。再参看图1，要分析的封装或外护套40与电极30接触，在电极30处RF电压最高。RF电场透过封装40的电介质壁，在封装40内部产生非常稳定的放电。在HID灯外护套内部的放电可以不用激发电弧管(未示出)的气体成分而产生，电弧管的气体成分通常包括低压气体如Ar和低压蒸汽如Hg。电极30处的高压是在靠近接地点的抽头处注入的RF功率产生的。在一个实施方案中，光纤聚光装置36收集等离子体在UV、可见和近IR波长范围内的光发射谱，以用于分析。如上所述，HCR 22的操作类似于变压器，电压按线圈26的匝数比升高。然而，HCR 22的操作具有频率依赖性，其操作最好用传输线腔建模，该传输线腔在线圈中的线长度L(如图2所示，从线圈26第一端28的抽头点到线圈26的电极或第二端30测量的距离)略小于RF波长的四分之一。在本专利技术的一个实施方案中，约5.5米的线圈长度L适合于约13.6MHz的工作频率(该值被设置为在容许的FCC带宽内工作)。应当理解，线圈的长度和工作频率并不限于这些值。导电罩34通常由金属形成，如图3所示封闭着线圈26，为RF电流提供返回通路。RF罩34、线圈以及抽头点32的选择的组合使HCR 22能够呈现出介于约500～900之间的Q值。回来参看图2，输入信号连接在输入抽头32上，介于地与靠近地的一个点之间。由于总的线圈长度L约为RF电场的波长的四分之一，因此最高的电场强度位于由线圈26另一端形成的电极30处。该处的电场强度可以通过升高或降低输入抽头32处的电场强度来本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在具有由电介质壁的封装内部所密封的气体内产生放电的装置，所述装置包括： 狭长的导电外壳； 封闭所述外壳的一端的电介质盖； 导电导线，形成一轴向位于所述外壳内的螺旋体，所述导线在邻近所述电介质盖的一端形成电极，在另一端附近具有ＲＦ功率接收抽头；以及 ＲＦ功率源，连接在所述抽头上，并提供ＲＦ功率以在所述电极附近产生ＲＦ场，该ＲＦ场具有的强度足以在所述封装内部所密封的气体内实现放电。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：高俊，约瑟夫T维德因，
申请(专利权)人：现代照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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