CN100570812C - 带有可靠的烧坏灯泡检测的微波供电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波供电灯(10)。该灯包括光反射腔(28)；包含在光反射腔(26)中的无电极灯泡(16)，当利用微波激励该无电极灯泡时，光从该光反射腔中发出；用于提供微波以激励无电极灯泡的磁控管(12)；将磁控管发出的微波耦合到光反射腔以激励无电极灯泡的光导(14)；包含灯的外壳(22)；置于外壳内的检测器(102，202)，其在磁控管工作期间检测未耦合到灯泡的微波并且输出表示接收到的微波电平的信号；耦合到检测器的磁控管控制(300)，当表示接收到的微波电平的信号电平超过阈值时，其使磁控管关闭。

Description

带有可靠的烧坏灯泡检测的微波供电灯

发明背景

发明领域

本发明涉及一种微波供电灯，具体涉及一种带有可靠的灯泡损坏和性能降低检测的微波供电灯。

现有技术描述

图1表示了由本发明的受让人出售的现有技术的微波供电灯10，该灯在受让人的美国专利6445138中进行了描述，在此一并作为参考。该微波供电灯可以用于生成紫外(UV)或可见光，这取决于用途，例如但不限于使表面涂层固化。磁控管12提供了穿过微波腔/波导14到达微波激励灯泡16的微波，如上所述，该灯泡根据用途发出UV或者可见的光谱。气体源18吹动气体20通过容纳磁控管12、微波腔/波导14和微波激励灯泡16的外壳22。如图所示，气体20流过包围磁控管12的外壳来对其进行冷却，并且流进微波腔/波导14中、进入并围绕灯泡16来为灯泡提供冷却。将灯的外壳22设计成用于引导与磁控管12的散热片23相接触的气体20通过开口24，接着通过反射器26的开口(未示出)流过上述的灯泡16并排出外壳22。被磁控管12和灯泡16加热的气体20通过由微波保持屏(未示出)覆盖的开口排出，经过光反射腔28反射之后的光通过该屏出射。

如果灯泡16不起作用，那么磁控管12就要受到损坏。将光电池32和相关电路33的组件用于检测不起作用的灯泡，其中该光电池检测到从灯泡16发出的、通过反射器28的开口而接触到光电池的光34，相关电路检测到光电池阻抗的变化。光电池32的阻抗变化被相关电路33检测到，从而生成了施加到磁控管控制器(未示出)的控制信号。当光电池指示未接收到光的时候，该磁控管控制器用于断开磁控管12的电源由此将其关闭。

如图1和2所示，典型的微波供电UV灯的长度为6或10英寸并且包括一个或多个磁控管12，从而提供微波能量以激励灯泡16。当首先开启了灯10时，磁控管12发现了很高的电压驻波率(VSWR)，这是因为灯泡16是冷的并且在微波频率时的灯泡阻抗不太匹配。如图8所示，随着灯泡16变热，VSWR逐渐降低到稳定状态的数值。高VSWR瞬态是开始点亮填充了等离子体灯泡16过程中的常规部分。在该瞬态期间，微波腔/波导14中有可能出现会损坏磁控管的电弧。在该瞬态期间，磁控管也可能经历剧烈的阳极耗损。

如果光电池32和保护电路33未提供保护，在磁控管被损坏之前，VSWR仍将保持不能接受的高。磁控管12的电源(未示出)向磁控管提供高电压。磁控管控制器响应来自保护电路33的信号。如果在一段设定时间间隔内没有接收到指示点亮的信号，那么磁控管控制器就假设该灯泡未能点亮，并且切断电源以保护磁控管12，给予磁控管指示没有点亮的默认状态。

利用光电池32和保护电路34不能将来自灯泡16的光34与入射到外壳22中的来自其它光源的杂散环境光区分开。环境光的出现可能会导致光电池32和保护电路33检测到来自另一光源的光，将其当作灯泡已经点亮的指示。如果该灯泡16实际上未被点亮，那么由于磁控管12继续向灯泡16提供输出能量，而该能量又没有被灯泡中的等离子体吸收，因而会损坏磁控管12。此外，光电池32和控制电路33可能损坏需要修理，导致依赖微波供电灯工作的任何系统都要花费很长的维修时间，另外，如果没有进行维修，磁控管12被施加到其上的能量永久损坏的可能性很高。

发明概述

本发明涉及一种微波供电灯和微波供电灯的控制方法。本发明利用设置在微波供电灯外壳内的检测器取代了现有技术的光电池和控制电路，该检测器在磁控管工作过程中检测未耦合到微波激励灯的微波并且输出表示接收到的微波电平的信号。磁控管控制耦合到检测器，这样当检测到的表示接收到的微波电平的信号电平超过了阈值时，使得磁控管关闭。由于点亮微波供电灯表示向磁控管提供了电力负载，因此在微波腔/波导内或者微波外壳内，检测器接收到的微波能量总电平降低了。正常灯泡工作过程中检测到的微波能量低于与例如灯泡损坏引起的灯泡未点亮相关的电平。使检测到的微波电平在一段设定时间内保持稳定，从而避免在第一次开启灯泡过程中出现的瞬时电压摆动过程中关闭磁控管电源，否则可能会发出错误的触发信号而将磁控管电源关闭。根据本发明，能够比利用现有技术的光电池和控制电路更加快速可靠地检测灯泡的点亮条件(开或关)。

此外，对未点亮条件的可靠检测可以远在由于能量未被灯泡中的等离子体吸收而引起的任何损坏之前，迅速地从磁控管上去除能量。这去除了由于微波输出未被灯泡中的等离子体吸收而引起的磁控管的高应力和热负载。

此外，在微波供电灯的外壳内出现环境光不会产生如利用现有技术时的点亮灯泡的错误指示。

本发明涉及一种微波供电灯。依照本发明的微波供电灯包括光反射腔；包含在光反射腔中的无电极灯泡，当利用微波激励该无电极灯泡时，光从该光反射腔中发出；用于提供微波以激励无电极灯泡的磁控管；将磁控管发出的微波耦合到光反射腔以激励无电极灯泡的光导；包含灯的外壳；置于外壳内的检测器，其在磁控管工作期间检测未耦合到灯泡的微波并且输出表示接收到的微波电平的信号；耦合到检测器的磁控管控制，当表示接收到的微波电平的信号电平超过阈值时，其使磁控管关闭。该检测器可以包括置于波导中某个位置的电场探测器，在磁控管工作过程中，其对于未耦合到灯泡的微波生成足以检测灯泡何时未点亮的响应，磁控管控制可以是控制电路，当超过了阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。电场探测器可以位于波导中的电场最大处。检测器可以包括位于外壳内的天线，在磁控管工作过程中，该天线接收从磁控管、波导或光反射腔的任意至少一个中泄漏的假微波，检测器对于假微波生成足以检测灯泡何时未点亮的响应，该磁控管控制可以是控制电路，当超过阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。磁控管控制可以包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号在一段设定时间内超过阈值时，可以减少或者关闭从该电源施加到磁控管的电功率。

本发明还涉及一种控制微波供电灯的方法。一种控制微波供电灯的方法包括光反射腔、包含在该光反射腔中的无电极灯泡，当无电极灯泡受到微波激励时从该反射腔中发出光，用于提供微波以激励无电极灯泡的磁控管，将磁控管发出的微波耦合到光反射腔以激励无电极灯泡的波导，包含灯的外壳，置于外壳内的检测器，在磁控管工作过程中该检测器检测未耦合到灯泡的微波，耦合到检测器的磁控管控制，用于控制磁控管的启动，包括从检测器提供表示检测到的微波电平的信号；当表示检测到的微波电平的信号电平超过阈值时，磁控管控制减少施加到磁控管的功率。该检测器可以包括置于波导中某个位置的电场探测器，在磁控管工作过程中，其对于未耦合到灯泡的微波生成足以检测灯泡何时未点亮的响应，磁控管控制可以是控制电路，当超过了阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。电场探测器可以位于波导中的电场最大处。检测器可以包括位于外壳内的天线，在磁控管工作过程中，该天线接收从磁控管、波导或光反射腔的任意至少一个中泄漏的假微波，该检测器对于假微波生成足以检测灯泡何时未点亮的响应，该磁控管控制可以是控制电路，当超过阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。磁控管控制可以包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号在一段设定时间内超过阈值时，可以减少或者关闭从该电源施加到磁控管的电功率。

附图的简要说明

图1和2分别表示了本发明受让人制造的现有技术微波供电灯的侧视图和前视图。

图3表示了本发明第一实施例的侧视图。

图4表示了本发明第一实施例的前视图。

图5表示了本发明第二实施例的侧视图。

图6表示了本发明第二实施例的前视图。

图7表示了依照本发明，用于生成表示点亮无电极灯泡的工作状态的信号的VSWR检测电路。

图8表示了受让人利用图7的电路从9mmH+灯泡的工作和损坏过程中获得的工作数据。

全部附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

优选实施例的描述

如结合图3、4、5和6分别表示的第一和第二实施例100和200所论述的，本发明可以在多个微波供电灯方案中实现，其中一种可接受的方案是图1和2所示的现有技术微波供电灯方案。根据本发明，现有技术的光电池32和控制电路33被微波检测器取代，该检测器位于如图3、4、5和6分别表示的微波供电灯100或200的微波腔/波导14内或者外壳22内。检测器在外壳中的位置可以是，如图3和4中的实施例中所示，其延伸至检测到了VSWR的微波腔/波导14中，或者如图5和6所示，其延伸至微波腔/波导14之外但还在外壳22内。如图3和4所示，在第一实施例100中，微波探测器102延伸至微波腔/波导14中，如图5和6所示，在第二实施例200中，环形天线202接收从图5和6的第二实施例200的磁控管12、微波腔/波导14或光反射腔204中的任意至少一个中泄漏的假微波。

在各个实施例中，VSWR检测电路300处理从微波腔/波导14内测得的微波或者从外壳22内测得的微波，该电路可以依照图7的设计方案，其实施微波检测并且提供变化的电流，例如但不限于4到20毫安的范围，该电流驱动阈值控制电路302以生成互锁控制信号304，将该信号施加到磁控管电源306。当微波探测器102或环形天线202或其他检测器方案检测到的微波信号增加到阈值以上的时间超过了设定时间间隔时，互锁控制信号关闭磁控管12，该阈值将在以下参照图8详细地进行描述。设定间隔可以小于一秒，在这个间隔期间，瞬时VSWR变化的作用衰减为反映无电极灯泡16常规点亮的条件。

在图3和4的实施例中，微波探测器102与图7的VSWR检测电路300相关联。通过适当的连接器108将凸缘104安装到波导/微波腔14的侧壁106。微波探测器起到E(电)场检测器的作用，其优选位于微波腔/波导14中的电场最大值处。微波探测器102的位置可以设在微波腔/波导14内除电场最大值处外的其他位置，但是位于E场最大值处可以增强检测到的电压。

在图5和6中的本发明第二实施例200采用了与第一实施例相同的工作方式，不同之处在于VSWR检测电路300安装在外壳22一个内侧壁206上的某个位置，在该位置，如果点亮灯泡16，可以检测到从微波腔/波导14、光反射腔204或磁控管12中泄漏出来的足够的假微波能量。当灯泡正常工作时，加载磁控管12的输出将VSWR检测电路300生成的信号电平保持在如以下参照图8所论述的阈值之下。VSWR检测电路300生成的信号电平位于阈值之下导致从阈值控制电路302施加到磁控管电源306的互锁控制信号304未关闭磁控管电源304。

图7表示VSWR检测电路300的实施例，其可以用于实现本发明。表示了E场探测器102和环形天线202，但是应当理解本发明不局限于任意类型的微波检测器。E场探测器102或者环形天线202产生非常小的电压信号，其表示在微波腔/波导14内或者外壳22内测得的微波电平。E场探测器102或者环形天线202生成的小电压信号被耦合电容C4和电阻R4耦合到集成电路310中，该电路将小电压信号输入放大为电压范围在300到1000毫伏之间的输出信号312。将该输出信号312施加到运算放大器314中，该放大器产生另一个输出电压增益。信号316具有足够的增益以向恒流转换集成电路318驱动电压。施加到电流转换集成电路318的电压生成的输出信号320生成了不受线路电压降影响的恒流输出，该线路电压降可能是由于输出信号耦合到远处的包含阈值控制电路302的磁控管电源306而生成的。输出信号320耦合到阈值控制电路302，如上所述，该电路检测E场探测器102或者环形天线202检测到的电压是否超过阈值，该阈值所代表的信号电平表示无电极灯泡16已经损坏。在最初开启磁控管12而造成的瞬时现象已经消退之后，损坏使VSWR信号达到稳定状态的电平，其表示在微波腔/波导14内出现了不可接受的高VSWR比或者在外壳22内具有足够数量的假微波泄漏。阈值控制电路302检测输出信号320在一段时间间隔内是否超过了如图8所示的设定阈值电平，该时间间隔选定为表示在微波供电灯正常工作过程中稳定状态工作的时间，如图8所示，该间隔可以是一秒钟的若干分之几或更长。阈值控制电路302生成互锁控制信号304，其具有分别关闭和打开开关307的两个电平之一，该开关为示意性地表示，在实际中可以是控制高压电势309连接到磁控管12的任何类型的开关设备。第一电平表示无电极灯泡16向磁控管12施加了适合的电力负载，使得开关309处于闭合状态(未示出)，以及第二电平使得开关处于打开状态，如图所示，该电平表示无电极灯泡16损坏，这使得微波腔/波导14或壳体22内的VSWR率变得不可接受的高。第二电平信号使得磁控管电源306关闭，作为磁控管电源的互锁功能。

图8表示了在例如图3和4中所示的微波供电灯中利用受让人的9mmH+灯泡的本发明的工作过程。如图所示，在大约3秒时，开启电源306，这使磁控管12生成激励无电极灯泡16的微波并且在微波腔/波导14内生成驻波，其电平迅速斜线上升。如图8的底部右下角的图解中所示，阈值控制电路302检测输出信号320何时达到约为3.4伏的阈值电平。如图所示9mm的适当工作状态。包括小圆圈的曲线表示H+灯泡，当灯泡变热时，信号电平波动并且实际上在一小段时间内超过了阈值。其后，电压保持在阈值之下，使得互锁控制信号304处于第一电平，允许磁控管电源306继续向磁控管12施加电压。然而，如果9mmH+灯泡被损坏，用包括小菱形的曲线表示该灯泡，信号320的输出电压上升到阈值之上的稳定状态。

图8表示了大约8秒的延时，其表示现有技术中包含的延时，当发生延时时，光电池32和电路检测器33为了表示灯泡损坏，实际上可以更早地获得灯泡损坏的可靠指示。这个延时可以是从到达阈值以上的初始电平的间隔开始的半秒到一秒，这是因为在该期限内达到了信号320的稳定状态输出电压。那时(而也允许经过更长的约为8秒的时间间隔)，互锁控制信号304的第二电平可以用于关闭磁控管电源306。该时间间隔和阈值电平是特定电路以及E场探测器102或者环形天线202或其他用于检测VSWR的检测器的设计参数。

本发明提供了一种用于检测无电极灯泡16损坏的可靠机构，其由在腔22内或微波腔/波导14内检测到的不可接受的高的测得VSWR比表示灯泡损坏，并且不会受到来自其他光源的光引起的错误指示，这是因为没有根据光检测来检测损坏了的无电极灯泡。

尽管以其优选实施例的方式对本发明进行了描述，但应当理解可以对其进行多种修改，均不背离本发明的精神和范围。所有这些修改都被认为落在所附权利要求的范围之内。

Claims (16)

1.一种微波供电灯，包括：

光反射腔；

包含在光反射腔中的无电极灯泡，当利用微波激励该无电极灯泡时，光从该光反射腔中发出；

用于提供微波以激励无电极灯泡的磁控管；

将磁控管发出的微波耦合到光反射腔以激励无电极灯泡的波导；

包含磁控管和波导的外壳；

置于外壳或波导内的检测器，其在磁控管工作期间检测未耦合到灯泡的微波并且输出表示接收到的微波电平的信号；

耦合到检测器的磁控管控制，当表示接收到的微波电平的信号电平超过指示灯泡未点亮的阈值时，其使磁控管关闭。

2.根据权利要求1的灯，其中：

该检测器包括置于波导中的电场探测器，在磁控管工作过程中，其对于足以检测灯泡何时未点亮的未耦合到灯泡的微波生成响应，磁控管控制是控制电路，当超过了阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。

3.根据权利要求2的灯，其中：

电场探测器位于波导中的电场最大处。

4.根据权利要求1的灯，其中：

检测器包括位于外壳内的天线，在磁控管工作过程中，该天线接收从磁控管、波导或光反射腔的任意至少一个中泄漏的假微波，检测器对于足以检测灯泡何时未点亮的该假微波生成响应，该磁控管控制是控制电路，当超过阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。

5.根据权利要求1的灯，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间间隔时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

6.根据权利要求2的灯，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间间隔时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

7.根据权利要求3的灯，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间间隔时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

8.根据权利要求4的灯，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间间隔时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

9.一种控制微波供电灯的方法，该微波供电灯包括光反射腔；包含在该光反射腔中的无电极灯泡，当无电极灯泡受到微波激励时从该反射腔中发出光；用于提供微波以激励无电极灯泡的磁控管；将磁控管发出的微波耦合到光反射腔以激励无电极灯泡的波导；包含磁控管和波导的外壳；置于外壳或波导内的检测器，在磁控管工作过程中该检测器检测未耦合到灯泡的微波；耦合到检测器的磁控管控制，用于控制磁控管的启动，所述方法包括：

从检测器提供表示检测到的微波电平的信号；

当表示检测到的微波电平的信号电平超过指示灯泡未点亮的阈值时，磁控管控制减少施加到磁控管的功率。

10.根据权利要求9的方法，其中：

该检测器包括置于波导中的电场探测器，在磁控管工作过程中，其对于足以检测灯泡何时未点亮的未耦合到灯泡的微波生成响应，磁控管控制是控制电路，当超过了阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。

11.根据权利要求10的方法，其中：

电场探测器可以位于波导中的电场最大处。

12.根据权利要求9的方法，其中：

检测器包括位于外壳内的天线，在磁控管工作过程中，该天线接收从磁控管、波导或光反射腔的任意至少一个中泄漏的假微波，检测器对于足以检测灯泡何时未点亮的该假微波生成响应，该磁控管控制是控制电路，当超过阈值时，其生成控制信号，从而通过去除磁控管的电功率来关闭磁控管。

13.根据权利要求9的方法，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

14.根据权利要求10的方法，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

15.根据权利要求11的方法，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

16.根据权利要求12的方法，其中：

磁控管控制包括磁控管的电源，当表示接收到的微波电平的信号超过阈值达一段设定时间时，减少从该电源施加到磁控管的电功率。

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