專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣紫外通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置和方法。
背景技術(shù)：
紫外光信息傳輸技術(shù)是ー種薪新的信息傳輸技術(shù)，由于紫外光在近地低空大氣存 在“日盲區(qū)”及其在低空大氣中的強(qiáng)烈吸收和散射作用，因此紫外光信息傳輸具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)(I)有效范圍性，紫外光在傳輸過(guò)程中受到大氣分子、氣溶膠的大氣衰減的強(qiáng)烈作用，能量成指數(shù)形成的衰減，因此紫外光信息傳輸是ー種有限、短距、安全的信息傳輸方式，可以實(shí)現(xiàn)局部范圍的有效通信，在此范圍以外很難被竊聽(tīng)；(2)抗干擾能力強(qiáng)，紫外光在大氣中衰減極大，且本身不受無(wú)線(xiàn)電的影響，所以他方難以對(duì)該信號(hào)進(jìn)行干擾；另ー方面，由于大氣同溫層中的臭氧分子對(duì)陽(yáng)光中的紫外成分有極強(qiáng)吸收，如果選用被該臭氧層強(qiáng)烈吸收的紫外波段通信，那么近地低空大氣可視為無(wú)背景干擾的傳輸通道；(3)全天候工作，一般紫外光信息傳輸中紫外光源光譜工作日盲區(qū)(200 — 300nm)，由于臭氧層的強(qiáng)烈吸收，即使白天，在近地低空大氣中面太陽(yáng)輻射中也沒(méi)有這波段光譜，所以能全天候工作；(4)全方位性，在紫外光傳輸系統(tǒng)中一般利用發(fā)散的紫外光源，則其傳輸系統(tǒng)具有全方位性特點(diǎn)，對(duì)紫外光發(fā)射器和接收器安裝似于無(wú)線(xiàn)電通信，可以完成一對(duì)ー和也可以ー對(duì)多點(diǎn)傳輸，而且沒(méi)有激光通信那樣傳輸方向的苛刻要求。目前低壓汞燈是紫外通信最常用的光源，但其單管輻射功率有限；對(duì)紫外通信系統(tǒng)的通信距離和誤碼率有較大的影響。低壓汞燈中的放電屬于氣體弧光放電，具有負(fù)伏安特性的特點(diǎn)。要想使光源弧光放電首先需要大約300ms的600-2000V高壓將氣體激發(fā)，然后光源兩端電壓穩(wěn)定在60-140V之間工作，在設(shè)計(jì)鎮(zhèn)流器的時(shí)候要加限流裝置。由于光源激發(fā)需要比較高的電壓而調(diào)制激發(fā)后的光源則只需要一個(gè)比較低的電壓，現(xiàn)有的光源調(diào)制方式一般采用首先使用高壓電子激發(fā)槍激發(fā)光源，然后另外設(shè)計(jì)ー個(gè)低電壓頻率調(diào)制電路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光源的頻率調(diào)制，這種電路雖然避免了電路中需要同時(shí)提供高壓和低壓的難題，卻延長(zhǎng)了系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。而且隨著陣列中低壓汞燈數(shù)量的變化，其相關(guān)的負(fù)伏安特性也隨之變化，因此需要提供一種基于低壓汞燈的紫外光通信陣列發(fā)射裝置，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)光源頻率調(diào)制，提高發(fā)射功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置和方法，有效增大發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離非視線(xiàn)紫外通信。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，包括汞燈陣列、信號(hào)加載回路和啟動(dòng)回路，汞燈陣列包括多個(gè)并聯(lián)的汞燈單元，每ー個(gè)汞燈單元包括一個(gè)汞燈和一個(gè)用于回路切換的繼電器；
每ー個(gè)繼電器至少有兩組觸點(diǎn)，第一組觸點(diǎn)串接在啟動(dòng)回路中；第二組觸點(diǎn)串接在信號(hào)加載回路中；信號(hào)加載回路串接有電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)受控于信號(hào)加載單元。所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置還包括同時(shí)與各汞燈單元相連的延時(shí)器。所述的電子開(kāi)關(guān)為三極管或場(chǎng)效應(yīng)管。汞燈中的汞蒸氣壓カ為I. 3 13Pa，汞燈的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍是100nm-300nm。汞燈單元的數(shù)量為2-100個(gè)，信號(hào)加載回路中的電壓源的負(fù)載能力決定汞燈単元的數(shù)量，負(fù)載能力越大則可驅(qū)動(dòng)越多數(shù)量的汞燈，理論上可以接無(wú)窮多個(gè)。 一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射方法，采用前述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置；信號(hào)發(fā)射步驟如下步驟I :汞燈啟動(dòng)過(guò)程將繼電器第一組觸點(diǎn)導(dǎo)通，使得所有的汞燈與加載回路接通，啟動(dòng)汞燈；步驟2 :信號(hào)發(fā)射過(guò)程使得繼電器的第二組觸點(diǎn)接通，且繼電器的第一組觸點(diǎn)斷開(kāi)，將汞燈切換到信號(hào)加載回路，信號(hào)加載單元輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制電子開(kāi)關(guān)的通斷，從而最終控制所有汞燈的同時(shí)亮和滅，即發(fā)出基于紫外光的發(fā)射信號(hào)。汞燈由啟動(dòng)回路切換至信號(hào)加載回路中的過(guò)程時(shí)間比較短暫，在2秒左右，汞燈不需要再次啟動(dòng)，能夠在信號(hào)加載回路中繼續(xù)保持亮的狀態(tài)。在步驟I中，通過(guò)延時(shí)器控制各個(gè)汞燈在啟動(dòng)回路的作用下依次啟動(dòng)。所述的電子開(kāi)關(guān)為三極管或場(chǎng)效應(yīng)管。汞燈中的汞蒸氣壓カ為I. 3 13Pa，汞燈的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍是100nm-300nm。汞燈單元的數(shù)量為2-100個(gè)。信號(hào)加載單元為微處理器或PLC等控制器件(或其他替代器件)，通過(guò)IO ロ與電子開(kāi)關(guān)的控制端(如MOS管的門(mén)極或三極管的基板)相連。有益效果本發(fā)明提出一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置和方法，采用啟動(dòng)回路、信號(hào)加載回路獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)延時(shí)器控制各個(gè)繼電器工作，每個(gè)繼電器依次切換工作方式，首先使啟動(dòng)回路連通，激發(fā)低壓汞燈，然后連通信號(hào)加載回路，使其進(jìn)行信號(hào)加載，延時(shí)驅(qū)動(dòng)下一個(gè)繼電器，使所有汞燈進(jìn)入信號(hào)加載狀態(tài)后，通過(guò)信號(hào)加載端完成通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射；裝置結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，與低壓汞燈數(shù)量無(wú)關(guān)；低壓汞燈陣列中包含多個(gè)低壓汞燈，增大發(fā)射功率，只需采用一個(gè)啟動(dòng)回路和信號(hào)加載回路即可實(shí)現(xiàn)大功率信號(hào)發(fā)射，成本極低，構(gòu)思巧妙；低壓汞燈陣列中低壓汞燈的數(shù)量只與信號(hào)加載回路中的電壓源的負(fù)載能力有關(guān)，陣列單元具有較好的可調(diào)性和擴(kuò)充性；啟動(dòng)回路和信號(hào)加載回路的分立設(shè)計(jì)大大降低了回路設(shè)計(jì)的難度，無(wú)須考慮高壓?jiǎn)⑤x、低壓工作及低壓汞燈負(fù)阻性等一系列問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)能力，低壓汞燈數(shù)量的多少不影響其相關(guān)的伏安特性，從而提高了通信裝置的穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明一種基于低壓汞燈的紫外通信陣列發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明一種基于低壓汞燈的紫外通信陣列發(fā)射裝置的信號(hào)加載回路圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示，紫外通信陣列發(fā)射裝置包括低壓汞燈陣列，分別為第一汞燈I、第一繼電器2、第二汞燈3、第二繼電器4、第三汞燈5、第三繼電器6、信號(hào)加載單元10、啟動(dòng)回路7、80V直流電壓源9、延時(shí)器8 ;如圖2所示，所述的信號(hào)加載回路包括80V直流電壓源9、場(chǎng)效應(yīng)管10、信號(hào)加載單元11。陣列單元包括I個(gè)燈管和I個(gè)繼電器，燈管的引線(xiàn)和繼電器相連，繼電器分別連接到啟動(dòng)回路和信號(hào)加載回路；信號(hào)加載回路的直流電壓源分別連接到繼電器的第二組觸點(diǎn)一端和場(chǎng)效應(yīng)管的S扱，即S極連接到直流電壓源的地扱，場(chǎng)效應(yīng)管的D級(jí)連接到繼電器的第二組觸點(diǎn)另一端，G極接驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所選用汞燈為低壓汞燈，為本領(lǐng)域常用器件，汞蒸氣壓カ為I. 3 13Pa(0. 01
0.ImmHg)，主要發(fā)射波長(zhǎng)在紫外區(qū)的253. 7nm(0. OlmmHg)，相當(dāng)能量為471. OkJ/mol(112. 5kcal/mol),占燈的總能量的70%的汞蒸氣弧光燈。25°C吋，該燈的主射線(xiàn)為253. 7 和 184. 9nm。所選直流電源電壓為80V，能夠驅(qū)動(dòng)三個(gè)低壓汞燈，若直流電源電壓負(fù)載能力增カロ，該裝置中的陣列單元數(shù)量可以相應(yīng)増加。光源陣列所需的啟動(dòng)回路和信號(hào)加載回路分立設(shè)計(jì)由繼電器控制低壓汞燈在兩回路之間進(jìn)行切換；低壓汞燈初始狀態(tài)為熄滅，經(jīng)過(guò)與啟動(dòng)回路連通后，利用啟動(dòng)回路中的高壓激發(fā)光源弧光放電后，才能穩(wěn)定在60-140V之間工作。初始狀態(tài)時(shí)，繼電器與信號(hào)加載回路連接，使信號(hào)加載回路導(dǎo)通，由于低壓汞燈沒(méi)有被啟發(fā)，信號(hào)加載回路中的直流電壓無(wú)法使其點(diǎn)亮進(jìn)入工作狀態(tài)，便無(wú)法進(jìn)行信號(hào)發(fā)射；延時(shí)控制器輸出低壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器，使繼電器與啟動(dòng)回路連接，則啟動(dòng)回路與低壓汞燈連通，低壓汞燈被啟發(fā)直到低壓汞燈發(fā)光穩(wěn)定，接著延時(shí)控制器改變輸出信號(hào)，使繼電器與啟動(dòng)回路斷開(kāi)，令繼電器與信號(hào)加載回路連接，則低壓汞燈與信號(hào)加載回路導(dǎo)通，低壓汞燈持續(xù)點(diǎn)亮進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)。延時(shí)控制器依次控制繼電器，低壓汞燈依次進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)，陣列中包含3個(gè)單元，延時(shí)控制器首先驅(qū)動(dòng)第一繼電器，第一繼電器控制第一低壓汞燈啟動(dòng)到進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)，整個(gè)時(shí)間為2-lOs，通過(guò)延時(shí)控制器控制第二繼電器開(kāi)始工作，第二繼電器控制第二低壓汞燈エ作，最后是第三繼電器控制第三低壓汞燈工作，三個(gè)低壓汞燈均進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)后，需要發(fā)射的信息加載至場(chǎng)效應(yīng)管上，通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管的通斷來(lái)控制低壓汞燈的亮和滅，完成信息發(fā)射。如加載信號(hào)為010101,延時(shí)控制器開(kāi)始工作,輸出低壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一繼電器,使第ー繼電器控制啟動(dòng)回路與第一低壓汞燈連通，啟發(fā)第一低壓汞燈直至發(fā)光穩(wěn)定后，延時(shí)控制器改變輸出信號(hào)，控制第一繼電器，使信號(hào)加載回路與第一低壓汞燈連通，持續(xù)點(diǎn)亮的第ー低壓汞燈進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)，等待信息傳輸；待5秒后延時(shí)控制器驅(qū)動(dòng)第二繼電器，第ニ繼電器使啟動(dòng)回路與第二低壓汞燈連通，啟發(fā)第二低壓汞燈直至發(fā)光穩(wěn)定后，延時(shí)控制器改變輸出信號(hào)，控制第二繼電器，使信號(hào)加載回路與第二低壓汞燈連通，持續(xù)點(diǎn)亮的第二低壓汞燈進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)，等待信息傳輸；待5秒后延時(shí)控制器驅(qū)動(dòng)第三繼電器，第三繼電器使啟動(dòng)回路與第三低壓汞燈連通，啟發(fā)第三低壓汞燈直至發(fā)光穩(wěn)定后，延時(shí)控制器改變輸出信號(hào)，控制第三繼電器，使信號(hào)加載回路與第三低壓汞燈連通，持續(xù)點(diǎn)亮的第三低壓汞燈進(jìn)入信號(hào)待發(fā)射狀態(tài)，等待信息傳輸；當(dāng)所有低壓汞燈啟動(dòng)完成進(jìn)入信號(hào)加載等待狀態(tài)后，信號(hào)加載開(kāi)始工作，待傳輸信號(hào)OlOlOl控制場(chǎng)效應(yīng)管的工作，從而同時(shí)控制三個(gè)低壓汞燈的發(fā)光狀態(tài)，當(dāng)發(fā)射信號(hào)為I時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，所有低壓汞燈與信號(hào)加載回路為導(dǎo)通狀態(tài)，所有低壓汞燈狀態(tài)為“亮”;當(dāng)發(fā)射信號(hào)為“0”時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，從而所有低壓汞燈與信號(hào)加載回路斷開(kāi)，所有低壓汞燈由“亮”轉(zhuǎn)化為“滅”，通過(guò)低壓汞燈的發(fā)光與否完 成信號(hào)010101的傳輸。信號(hào)加載回路使用電壓源，有效控制了低壓汞燈的負(fù)阻性，且對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有良好的響應(yīng)能力。信號(hào)加載回路只包含I個(gè)電壓源、I個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管、I個(gè)信號(hào)加載端，在低壓汞燈數(shù)量變化時(shí)無(wú)須調(diào)整；裝置中低壓汞燈的最大數(shù)量取決于電壓源的帶載能力。當(dāng)?shù)蛪汗療舨⑷胄盘?hào)加載回路工作吋，完成信號(hào)加載。
權(quán)利要求
1.一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，其特征在于，包括汞燈陣列、信號(hào)加載回路和啟動(dòng)回路，汞燈陣列包括多個(gè)并聯(lián)的汞燈單元，每一個(gè)汞燈單元包括一個(gè)汞燈和一個(gè)用于回路切換的繼電器； 每一個(gè)繼電器至少有兩組觸點(diǎn)，第一組觸點(diǎn)串接在啟動(dòng)回路中；第二組觸點(diǎn)串接在信號(hào)加載回路中； 信號(hào)加載回路串接有電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)受控于信號(hào)加載單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，其特征在于，還包括同時(shí)與各汞燈單元相連的延時(shí)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，其特征在于，所述的電子開(kāi)關(guān)為三極管或場(chǎng)效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，其特征在于，汞燈中的汞蒸氣壓力為I. 3 13Pa，汞燈的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍是100nm-300nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，其特征在于，汞燈單元的數(shù)量為2-100個(gè)。
6.一種基于萊燈陣列的紫外光發(fā)射方法，其特征在于，米用權(quán)利要求I所述的基于萊燈陣列的紫外光發(fā)射裝置，信號(hào)發(fā)射步驟如下 步驟I :汞燈啟動(dòng)過(guò)程將繼電器第一組觸點(diǎn)導(dǎo)通，使得所有的汞燈與加載回路接通，啟動(dòng)汞燈； 步驟2 :信號(hào)發(fā)射過(guò)程使得繼電器的第二組觸點(diǎn)接通，且繼電器的第一組觸點(diǎn)斷開(kāi)，將汞燈切換到信號(hào)加載回路，信號(hào)加載單元輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制電子開(kāi)關(guān)的通斷，從而最終控制所有汞燈的同時(shí)亮和滅，即發(fā)出基于紫外光的發(fā)射信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射方法，其特征在于，在步驟I中，通過(guò)延時(shí)器控制各個(gè)汞燈在啟動(dòng)回路的作用下依次啟動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射方法，其特征在于，所述的電子開(kāi)關(guān)為三極管或場(chǎng)效應(yīng)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射方法，其特征在于，汞燈中的汞蒸氣壓力為I. 3 13Pa，汞燈的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍是100nm-300nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射方法，其特征在于，汞燈單元的數(shù)量為2-100個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于汞燈陣列的紫外光發(fā)射裝置和方法，該裝置包括低壓汞燈陣列、延時(shí)器、信息加載回路和啟動(dòng)回路，所述信息加載回路包括直流電壓源、電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)受控于信號(hào)加載單元；所述的信號(hào)發(fā)射方法包括汞燈啟動(dòng)和信號(hào)發(fā)射過(guò)程，利用本裝置提供的多個(gè)汞燈，依次啟動(dòng)汞燈使其進(jìn)入信號(hào)發(fā)射狀態(tài)后進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。采用本發(fā)明的裝置和方法進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，使得裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性好，采用低壓汞燈陣列方式能夠增大該裝置發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離非視線(xiàn)紫外通信。
文檔編號(hào)H04B10/10GK102769492SQ20121023554
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者尹紅偉, 常勝利, 張海良, 楊俊才, 楊建坤, 賈紅輝, 陳寧 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)