影響脈沖氙燈光強的因素分析

武漢晴川學(xué)院 李 婧 崔 黎

影響脈沖氙燈光強的因素分析

武漢晴川學(xué)院 李 婧 崔 黎

【摘要】設(shè)計了氙燈光源與光強檢測裝置。對工作在不同儲能電容下的氙燈進行光強采集，分析不同儲能電容對氙燈光強的影響，并對氙燈光源強度與穩(wěn)定性的影響因素進行分析。分析測試結(jié)果表明，氙燈光強主要受到儲能電容的影響，氙燈最大光強與儲能電容容量成正比關(guān)系，氙燈光強穩(wěn)定性受到儲能電容溫度、氙燈本體溫度和儲能電容品質(zhì)的影響。

【關(guān)鍵詞】氙燈；電容；光強；穩(wěn)定性

1 氙燈介紹

氙燈由一個充滿氙氣的管子構(gòu)成，管子的兩端是電極，中間是一個金屬觸發(fā)板，氙燈外形如圖1。它的基本原理是通過燈管中的氙氣將電流從一個電極傳導(dǎo)至另一個電極。自由電子在移動時將使氙氣原子通電，從而使其發(fā)出可見光子。完成此過程需要相對較高的電壓。在兩個電極之間移動電子需要數(shù)百伏電壓，而產(chǎn)生足以使氙氣導(dǎo)電的自由電子需要幾千伏電壓。

圖1 氙燈外形

圖2 OPT101內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路

2 光強檢測

氙燈的光強由OPT101檢測，氙燈直接照射OPT101會導(dǎo)致內(nèi)部光電二極管電流飽和，若要讀出光強數(shù)據(jù)，需要對光進行衰減。由于目前測試光強的目的主要是用于光強穩(wěn)定性分析，所以光強衰減的比例并不需要控制，只需將光強衰減到OPT101測量范圍內(nèi)。

氙燈光強的通過集成芯片OPT101來檢測，OPT101集成0.09*0.09inch的光電二極管和芯片內(nèi)置的跨阻放大器，輸出電壓隨著光強線性增大。集成光電二極管和跨阻放大器在單一芯片上。OP101內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路如圖2，光電二極管轉(zhuǎn)換成輸出電壓的比例由外接電阻REXT控制，輸出電壓計算方法如公式（1）：

式中U為輸出電壓、I為光電二極管電流、REXT為外接電阻。

3 光強數(shù)據(jù)及分析

氙燈脈沖光的強度主要受到儲能電容容量的控制，氙燈光強與儲能電容容量成正比。

儲能電容與氙燈的溫度也會影響到最大光強，當(dāng)氙燈由冷卻狀態(tài)啟動，工作一段時間后，儲能電容和氙燈的溫度逐漸升高至穩(wěn)定，氙燈的最大光強會逐漸增強至穩(wěn)定狀態(tài)，圖3為氙燈工作10uf儲能電容條件下，閃光頻率為10HZ，由冷卻狀態(tài)啟動后最大光強的變化，由圖3可以看出，氙燈在工作一定時間后逐漸趨于穩(wěn)定。

圖3 氙燈啟動后光強變化曲線

圖4為氙燈工作在10uf儲能電容（A）下的最大光強數(shù)據(jù)，圖中為1000次閃光中的最大光強，閃光頻率為10HZ，最大光強出現(xiàn)在氙燈觸發(fā)后的第11us，最大光強的平均值為2554.4，相對標(biāo)準差為1.64%。

圖4 10uf儲能電容（A）最大光強

圖5 10uf儲能電容（A）光強曲線

圖6為氙燈工作在4.7uf儲能電容下的最大光強數(shù)據(jù)，圖中為1100次閃光中的最大光強，閃光頻率為10HZ，最大光強出現(xiàn)在氙燈觸發(fā)后的第11us，最大光強的平均值為1232.4、相對標(biāo)準差為1.79%。

圖6 4.7uf儲能電容最大光強

圖7 4.7uf儲能電容光強曲線

圖8為氙燈工作在10uf儲能電容（B）下的最大光強數(shù)據(jù)，圖中為850次閃光中的最大光強，閃光頻率為10HZ，最大光強出現(xiàn)在氙燈觸發(fā)后的第10us，最大光強的平均值為2330.9，相對標(biāo)準差為5.38%。

圖8 10uf儲能電容（B）最大光強

圖9 10uf儲能電容（B）光強曲線

對比圖4和圖6，儲能電容分別為10uf和4.7uf，最大光強平均值分別為2554.4和1232.4，相對標(biāo)準差分別1.64%和1.79%。通過計算的得出10uf/4.7uf=2.128， 2554.4/1232.4=2.072，最大光強與儲能電容容量約成線性關(guān)系。對比圖5和圖7，在不同儲能電容下，整個閃光階段光強曲線相似且成比例關(guān)系。

10uf儲能電容（A）與10uf儲能電容（B）型號相同，但是10uf儲能電容（B）已使用了較長時間， 將10uf儲能電容（B）看做是質(zhì)量較次的電容。對比圖4和圖8，10uf儲能電容（A）與10uf儲能電容（B）最大光強平均值分別為2554.4和2330.9，相對標(biāo)準差分別1.64%和5.38%。對比圖5和圖9，圖5比圖9光強曲線細，說明圖5的光強曲線重復(fù)性較好，而圖9由于光強曲線重復(fù)性不高，導(dǎo)致曲線在不同的區(qū)域疊加變粗。電容 （B）經(jīng)過長時間的使用，內(nèi)阻、電感、漏電流等參數(shù)次于電容（A），最大光強及光強穩(wěn)定性受到影響，達不到電容（A）的指標(biāo)。

4 結(jié)論

氙燈光強的影響因素主要有儲能電容容量、儲能電容品質(zhì)（內(nèi)阻、電感、漏電流等）、儲能電容溫度、氙燈溫度等。保證氙燈光強影響因素的穩(wěn)定性對保證氙燈脈沖光有較高的重復(fù)性至關(guān)重要。

參考文獻

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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

作者簡介：

李婧（1988—），女，武漢晴川學(xué)院助教，電子信息與機電工程學(xué)院。

崔黎（1984—），女，武漢晴川學(xué)院助教，電子信息與機電工程學(xué)院。