影响脉冲氙灯光强的因素分析

武汉晴川学院 李 婧 崔 黎

影响脉冲氙灯光强的因素分析

武汉晴川学院 李 婧 崔 黎

【摘要】设计了氙灯光源与光强检测装置。对工作在不同储能电容下的氙灯进行光强采集，分析不同储能电容对氙灯光强的影响，并对氙灯光源强度与稳定性的影响因素进行分析。分析测试结果表明，氙灯光强主要受到储能电容的影响，氙灯最大光强与储能电容容量成正比关系，氙灯光强稳定性受到储能电容温度、氙灯本体温度和储能电容品质的影响。

【关键词】氙灯；电容；光强；稳定性

1 氙灯介绍

氙灯由一个充满氙气的管子构成，管子的两端是电极，中间是一个金属触发板，氙灯外形如图1。它的基本原理是通过灯管中的氙气将电流从一个电极传导至另一个电极。自由电子在移动时将使氙气原子通电，从而使其发出可见光子。完成此过程需要相对较高的电压。在两个电极之间移动电子需要数百伏电压，而产生足以使氙气导电的自由电子需要几千伏电压。

图1 氙灯外形

图2 OPT101内部结构和电路

2 光强检测

氙灯的光强由OPT101检测，氙灯直接照射OPT101会导致内部光电二极管电流饱和，若要读出光强数据，需要对光进行衰减。由于目前测试光强的目的主要是用于光强稳定性分析，所以光强衰减的比例并不需要控制，只需将光强衰减到OPT101测量范围内。

氙灯光强的通过集成芯片OPT101来检测，OPT101集成0.09*0.09inch的光电二极管和芯片内置的跨阻放大器，输出电压随着光强线性增大。集成光电二极管和跨阻放大器在单一芯片上。OP101内部结构和电路如图2，光电二极管转换成输出电压的比例由外接电阻REXT控制，输出电压计算方法如公式（1）：

式中U为输出电压、I为光电二极管电流、REXT为外接电阻。

3 光强数据及分析

氙灯脉冲光的强度主要受到储能电容容量的控制，氙灯光强与储能电容容量成正比。

储能电容与氙灯的温度也会影响到最大光强，当氙灯由冷却状态启动，工作一段时间后，储能电容和氙灯的温度逐渐升高至稳定，氙灯的最大光强会逐渐增强至稳定状态，图3为氙灯工作10uf储能电容条件下，闪光频率为10HZ，由冷却状态启动后最大光强的变化，由图3可以看出，氙灯在工作一定时间后逐渐趋于稳定。

图3 氙灯启动后光强变化曲线

图4为氙灯工作在10uf储能电容（A）下的最大光强数据，图中为1000次闪光中的最大光强，闪光频率为10HZ，最大光强出现在氙灯触发后的第11us，最大光强的平均值为2554.4，相对标准差为1.64%。

图4 10uf储能电容（A）最大光强

图5 10uf储能电容（A）光强曲线

图6为氙灯工作在4.7uf储能电容下的最大光强数据，图中为1100次闪光中的最大光强，闪光频率为10HZ，最大光强出现在氙灯触发后的第11us，最大光强的平均值为1232.4、相对标准差为1.79%。

图6 4.7uf储能电容最大光强

图7 4.7uf储能电容光强曲线

图8为氙灯工作在10uf储能电容（B）下的最大光强数据，图中为850次闪光中的最大光强，闪光频率为10HZ，最大光强出现在氙灯触发后的第10us，最大光强的平均值为2330.9，相对标准差为5.38%。

图8 10uf储能电容（B）最大光强

图9 10uf储能电容（B）光强曲线

对比图4和图6，储能电容分别为10uf和4.7uf，最大光强平均值分别为2554.4和1232.4，相对标准差分别1.64%和1.79%。通过计算的得出10uf/4.7uf=2.128， 2554.4/1232.4=2.072，最大光强与储能电容容量约成线性关系。对比图5和图7，在不同储能电容下，整个闪光阶段光强曲线相似且成比例关系。

10uf储能电容（A）与10uf储能电容（B）型号相同，但是10uf储能电容（B）已使用了较长时间， 将10uf储能电容（B）看做是质量较次的电容。对比图4和图8，10uf储能电容（A）与10uf储能电容（B）最大光强平均值分别为2554.4和2330.9，相对标准差分别1.64%和5.38%。对比图5和图9，图5比图9光强曲线细，说明图5的光强曲线重复性较好，而图9由于光强曲线重复性不高，导致曲线在不同的区域叠加变粗。电容 （B）经过长时间的使用，内阻、电感、漏电流等参数次于电容（A），最大光强及光强稳定性受到影响，达不到电容（A）的指标。

4 结论

氙灯光强的影响因素主要有储能电容容量、储能电容品质（内阻、电感、漏电流等）、储能电容温度、氙灯温度等。保证氙灯光强影响因素的稳定性对保证氙灯脉冲光有较高的重复性至关重要。

参考文献

［1］周志敏.经典开关电源实用电路139例［M］.电子工业出版社，2011.

［2］张扬祖.原子吸收光谱分析应用基础［M］.华东理工大学出版社，2007.

［3］喻金钱，喻斌.STM32F系列ARMCortex-M3核微控制器开发与应用［M］.清华大学出版社，2011.

［4］苏昌林，王植恒.闪光灯光谱的自动采集［J］.光电工程，1997，24（5）∶32-35.

［5］沈海平，戴顺林，边美娟.闪光灯特性曲线测定系统的设计［J］.光学仪器，2005，27（4）∶45-48.

［6］杨国栋，吴勇强，边美娟.氙闪光灯光电性能评价及可靠性预计［J］.真空电子技术，2010，8-14.

Analysis of factors influencing the intensity of pulse xenon lamp

Li Jing，Cui Li
（Wuhan Qing Chuan University， Wuhan Hubei 430064， China ）

Abstract：Designed a xenon light source and light detector . Analysis of different capacitance influence on the xenon lights intensity .On the analysis of factors affecting the xenon lamp intensity and stability .Analytical results show that the xenon lamp intensity is mainly affected by the capacitance ，xenon lamp with maximum intensity is proportional to capacitance， the xenon lamp stability is affected by Capacitor temperature、xenon lamp temperature and capacitor quality.

Key words：Xenon lamp， Capacitance， Light intensity， Stability

作者简介：

李婧（1988—），女，武汉晴川学院助教，电子信息与机电工程学院。

崔黎（1984—），女，武汉晴川学院助教，电子信息与机电工程学院。