【特约】城市轨道交通照明无极灯启动过程研究[2]

　　2 结果与讨论

　　2.1 启动过程的发光照片

　　在环境温度为8℃的情况下，将Phantom V12高速摄像设置成连续拍摄模式，拍摄间隔为14μs，在点灯前先打开摄像机，点灯后，摄像机自动捕捉不同点亮时刻的发光图像。通过高速摄像机拍摄到不同时间的无极灯发光图像，经origin8.0软件将图像转化成彩色填充等高线图，处理后的图像如图2所示。

　　图2 启动过程中不同时间的发光图像

　　从图2(a)可以看出，无极灯没点亮时未有任何的发光，因此发光图像没有一点光强。随着输入泡体内的能量的增加，耦合器线圈上下两端的电压差增加到足以击穿泡体内的工作气体Ar气而发生彭宁电离使Ar气击穿放电，在14μs时形成电容耦合的E型放电，这从图2(b)中由多个发光点组成的断续光环可以看出，此时气体放电是由耦合器线圈轴向的电压差引起的场强造成的，而耦合器径向方向电场没有或很弱无法引起径向的气体击穿放电，于是此时只有沿耦合器方向的放电等离子激发荧光粉发出的沿着耦合器轴向的光，因此在发光图像上得到的光仅为断续的环形光点。随着放电时间的增加，耦合器线圈轴向的电场强度因离子通道导通而逐渐减弱，而耦合器线圈产生的磁场感应的电场逐渐增强，当该感应电场强度超过气体的击穿场强时，使得环绕耦合器线圈的泡体内的放电外的工作气体Ar气逐渐被击穿，从而形成环形的以电感耦合为主导的H型放电，但放电区域外部的某些区域仍未发生放电，形成的发光区域是类似齿轮的形状，这从放电28μs的图2(c)中可很容易地看出。随着放电时间的增加，无极灯泡体内的发光区域逐渐扩大，在56μs时径向的环形放电区域基本上连成一个完整的环形。在396μs时径向的放电区域基本上充满泡体径向的整个环形区域，在596μs放电时刻放电发光进一步扩到增强。比较图2中的过程发现，在无极灯启动阶段，气体放电是发生从未击穿到E型放电，再到H环形放电的放电的模式转变[7]。

　　2.2 电压对启动过程的电压电流波形及光强度信号的影响

　　为了分析放电启动过程光电参数的变化，采用高压探头、电流探头和数字示波器测量了放电启动阶段的电压、电流波形以及光强度信号，测量结果如图3所示。

　　图3 放电电压、电流和光强度信号随工作电压的变化
　　(ch1: 光强度信号l; ch2: 放电电压; ch3: 放电电流)

　　从图3(a)-(d)可以看出，通电后，无极灯迅速从未放电过渡到放电发光状态。在图3(a)工作电压为120V时，放电电压峰值约300V，电流峰值约为15A，由光敏电阻测量到的光强度信号约为170mV;在图3(b)工作电压为160V时，放电电压峰值约350V，电流峰值约为18A，光强度信号约为195mV;在图3(c)工作电压为200V时，放电电压峰值约400V，电流峰值约为19A，光强度信号约为200mV;而在图3(d)工作电压为220V时，放电电压峰值约350V，电流峰值约为19A，光强度信号约为175mV。这说明，随着工作电压的增加，放电电压峰值先增加后减少，放电电流峰值增加到稳定状态，而光强度信号也是先增后减。这是因为在放电趋于稳定之前，随高频发生器输入端工作电压的增加，高频发生器输出端的放电电压和电流增加，输入到泡体内气体放电等离子体获得的能量增加，由此产生的高能粒子密度和能量增加，使得等离子体激发荧光粉发出光的强度增加，光敏电阻感受到的光亮增加，因而光强度信号增加;当放电到达某一工作电压时，随高频发生器输入端工作电压的增加，泡体内等离子体的负阻抗增加，使得高频发生器输出端的放电电压减少而电流基本维持不变，同时整体输入到泡体内气体放电等离子体的能量减弱，因此使得等离子体激发荧光粉发出光的强度略有下降。

　　3 结论

　　光源的节能效果主要取决于其光效，而无极灯的光效受启动过程、放电参数、工作气体、环境条件等因素的影响。因此对无极灯而言，启动过程是非常重要的。无极灯的启动过程的变化可从多个参数来分析，此处首次采用高速摄像机研究了了放电启动过程初期的E-H模式转变，同时也通过放电波形分析无极灯在不同工作电压下的放电波形和光强度信号的变化情况，其中，在研究的范围内，电压峰值和光强度信号随工作电压增加先增加后减少，而放电电流是逐渐增加至稳定状态。

编辑：Cedar