CN111620407A - 一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波无极紫外灯领域，是指一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式，解决了现有技术中现有技术中灯管成本高、无法均匀辐射的问题。本发明包括微波发生器、无极紫外灯管，还包括均匀辐射器；所述同轴缆线径向设置有缝隙；所述无极紫外灯管为中空柱状石英管；所述同轴缆线设置于石英管中空部，所述同轴缆线连接微波发生器。本发明通过同轴缆线在石英管内形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射无极紫外管；通过密封设置同轴缆线与无极紫外灯管两端，使整个无极紫外灯可以直接入水工作，且同时进行水冷，有限延长灯管使用寿命；本发明结构简单，辐射均一全面，冷却简单有效，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及微波无极紫外灯领域，特别是指一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式。
背景技术
微导波无极紫外灯一般至少由微波发生器，波导和无极紫外灯组成，微波发生器常用的有磁控管和固态源两种，波导可以是矩形波导，圆波导或是同轴线。传统的微波无极紫外灯若用于水下的灭菌处理时，由于微波发生器和波导与灯管之间的连接部分，需要防水处理，传统无极灯管不能直接与水接触；
当微波无极紫外灯结构用于水下时，灯管会被放置在波导内激发，并在波导外部套上密封的石英柱，从而防止水渗透进来，而灯管一般直径25mm，波导直径需要90-110mm，外面的石英管比波导还大，所以尺寸特别大。现有技术中通过同轴线开缝隙耦合微波能量从而在波导外部激励紫外灯，在微波能量耦合最大处放置一根紫外灯管进行激发；由于紫外灯管的一部分连接同轴辐射器，不但无法360度全方位均一辐射紫外光。
无极紫外灯的使用过程中，为避免灯管发热故障需要对其进行风冷散热，需要增加额外的风扇机构和风扇，不仅成本增加，结构和设备复杂。
且微波都是从一个方向入射，靠近微波源方向的紫外线强度要高，远离微波源的部分紫外线强度低，造成紫外辐射不均匀。
亟待出现一种可解决上述问题的新型无极紫外灯。
发明内容
本发明提出的一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式，解决了现有技术中现有技术中灯管成本高、无法均匀辐射的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种新型微波无极紫外点灯结构，包括微波发生器、无极紫外灯管，还包括均匀辐射器；所述均匀辐射器为设置有缝隙的同轴缆线；所述无极紫外灯管为中空且具有可密封设置汞和氩气的夹层的柱状石英管；所述同轴缆线设置于石英管中空部，所述同轴缆线通过微波传输线连接微波发生器。
进一步地，所述缝隙设置于同轴缆线的外导体上，且同轴缆线外电场分布均一。
其中，所述缝隙可以为径向设置或横向设置或斜向设置。
优选地，所述同轴缆线长度与石英管长度一致。
优选地，所述无极紫外灯管远离微波发生器一端还设置有短路面。
优选地，所述同轴缆线与无极紫外灯管两端具有密封结构。
优选地，所述同轴缆线和无极紫外灯管的长度为200mm，所述同轴缆线的开缝数为8个。
优选地，所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置连接微波发生器；所述微波同轴转换装置包括用于连接磁控管、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔；
进一步地，所述同轴接头的内导体高于外导体；所述内导体为铆钉结构，所述内导体靠近输出天线部分半径超过远离输出天线部分；所述靠近输出天线部分为钉帽部；所述钉帽部为倒角结构。
一种新型微波无极紫外点灯方法，其特征在于：包括以下步骤：
将磁控管产生的微波通过微波传输线传输至均匀辐射器上；
均匀辐射器通过缝隙均匀辐射到石英管的中空部；
通过缝隙辐射的微波均匀激发夹层中的汞和氩气产生紫外线。
本发明公开的一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式公开了均匀快速点亮的新型紫外灯及其点灯方式，通过连接微波发生器的同轴缆线设置于中空的无极紫外灯管中空部内，非均匀的开缝辐射电磁波，并在石英管内形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射无极紫外管；通过密封设置同轴缆线与无极紫外灯管两端，使整个无极紫外灯可以直接入水工作，且同时进行水冷，有限延长灯管使用寿命；本发明结构简单，辐射均一全面，冷却简单有效，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：无极紫外灯管的剖面示意图；
图2：无极紫外灯管的截面图；
图3：均匀辐射器的电场分布图；
图4：微波同轴转换装置结构示意图；
其中：1、无极紫外灯管；2、夹层；3、中空部；4、微波传输线；5、同轴缆线；6、开缝；7、磁控管；8、转换腔；9、内导体；10、外导体；11、钉帽部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开的一种新型微波无极紫外点灯结构，包括微波发生器、无极紫外灯管1，还包括均匀辐射器；所述均匀辐射器为设置有缝隙的同轴缆线5；所述无极紫外灯管1为中空且具有可密封设置汞和氩气的夹层2的柱状石英管；所述同轴缆线5设置于石英管中空部3，所述同轴缆线5通过微波传输线4连接微波发生器。
进一步地，所述缝隙设置于同轴缆线5的外导体10上，且同轴缆线5外电场分布均一。
其中，所述缝隙可以为径向设置或横向设置或斜向设置。
优选地，所述同轴缆线5长度与石英管长度一致。
优选地，所述无极紫外灯管1远离微波发生器一端还设置有短路面。
优选地，所述同轴缆线5与无极紫外灯管1两端具有密封结构。
优选地，所述同轴缆线5和无极紫外灯管1的长度为200mm，所述同轴缆线5的开缝6数为8个。同轴辐射器内部，电流会沿着同轴线的轴向传导，沿着径向开缝6隙，切割电流，切割电流越多，从缝隙耦合的能量越大，电磁波从同轴缝隙辐射出去。利用FDTD算法，根据S11的大小，优化同轴缆线5的缝隙形式、尺寸与数量，最终实现在整个同轴缆线5的传输方向上微波能量的均一辐射。由于微波从馈口，即微波传输线4传入，离馈口越近的缝隙率先耦合微波能量，为了保证整个200m长的同轴辐射器在轴向耦合的能量也均一，离馈口越远的地方开的缝隙数量越多。
优选地，所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置连接微波发生器；所述微波同轴转换装置包括用于连接磁控管7、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔8；进一步地，所述同轴接头的内导体9高于外导体10；所述内导体9为铆钉结构，所述内导体9靠近输出天线部分半径超过远离部分；所述靠近输出天线部分为钉帽部11；所述钉帽部11为倒角结构。
微波同轴转换装置通过设置可连接磁控管7的输出天线和连接同轴腔的同轴接头，使之在转换腔8内进行微波能的输出，不但结构简单、小巧，方便磁控管7系统的集成，且微波输出效率高，不容易受负载的影响；通过设置钉帽部11，有效防止尖端效应。
一种新型微波无极紫外点灯方法，包括以下步骤：将磁控管7产生的微波通过微波传输线4传输至均匀辐射器上；均匀辐射器通过缝隙均匀辐射到石英管的中空部3；通过缝隙辐射的微波均匀激发夹层2中的汞和氩气产生紫外线。
在使用过程中，微波发生器，即固态源通过微波连接头连接的同轴缆线5上的非均匀开缝6进行电磁波辐射，同轴缆线5上的开缝6按着距离固态源越远开缝6越密的方式设置；具体的是通过利用FDTD算法，根据S11的大小，以及石英管外面的电场分布是否均一进行设置；当开缝6在无极紫外灯外均匀辐射使，达到无极紫外灯均匀点亮的目的；
在上述基础上，通过在同轴缆线5和无极紫外灯外进行密封设置，可通过密封胶密封或直接将远离固态源的一端一体成型的方式进行密封后，可直接将无极紫外灯插入水中或其他液体中进行杀菌，在均一辐射的基础上还可进行冷却，降低无极紫外灯管1的报废率，提高无极紫外灯管1的使用寿命。
如图3均匀辐射器的电场分布所示，当输入功率为500W，通过仿真馈波端口的S11，端口微波反射系数，小于-10dB；可以看出紫外灯管处的电场强度可以达到3000V/m以上，并且360度全方位电场强度均一，且整个紫外灯管各位置电场大小均一。
本发明公开的一种新型微波无极紫外点灯结构及其点灯方式公开了均匀快速点亮的新型紫外灯及其点灯方式，通过连接微波发生器的同轴缆线5设置于中空的无极紫外灯管1中空部3内，非均匀的开缝6辐射电磁波，并在石英管内形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射无极紫外管；通过密封设置同轴缆线5与无极紫外灯管1两端，使整个无极紫外灯可以直接入水工作，且同时进行水冷，有限延长灯管使用寿命；本发明结构简单，辐射均一全面，冷却简单有效，降低生产成本。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型微波无极紫外点灯结构，包括微波发生器、无极紫外灯管，其特征在于：还包括均匀辐射器；所述同轴缆线上设置有缝隙；所述无极紫外灯管为中空且具有可密封设置汞和氩气的夹层的柱状石英管；所述同轴缆线设置于石英管中空部，所述同轴缆线通过微波传输线连接微波发生器。
2.根据权利要求1所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述缝隙设置于同轴缆线的外导体上，且同轴缆线外电场分布均一。
3.根据权利要求2所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述缝隙可以为径向设置或横向设置或斜向设置。
4.根据权利要求3所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述同轴缆线长度与石英管长度一致。
5.根据权利要求4所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述无极紫外灯管远离微波发生器一端还设置有短路面。
6.根据权利要求5所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述同轴缆线与无极紫外灯管两端具有密封结构。
7.根据权利要求6所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述同轴缆线和无极紫外灯管的长度为200mm，所述同轴缆线的开缝数为8个。
8.根据权利要求7所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置连接微波发生器；所述微波同轴转换装置包括用于连接磁控管、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔。
9.根据权利要求8所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述同轴接头的内导体高于外导体；
所述内导体为铆钉结构，所述内导体靠近输出天线部分半径超过远离输出天线部分；
所述靠近输出天线部分为钉帽部；
所述钉帽部为倒角结构。
10.根据权利要求1—9中任意一项所述的一种新型微波无极紫外点灯方法，其特征在于：包括以下步骤：
将磁控管产生的微波通过微波传输线传输至均匀辐射器上；
均匀辐射器通过缝隙均匀辐射到石英管的中空部；
通过缝隙辐射的微波均匀激发夹层中的汞和氩气产生紫外线。
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