一种基于微波激励的大功率微波无极紫外灯及其制备方法

摘要

一种基于微波激励的大功率微波无极紫外灯及其制备方法，本发明涉及基于微波激励的大功率微波无极紫外灯及其制备方法。本发明的目的是目前还没有针对于不同待加工产品所需的辐照需求而制备的大功率微波无极紫外灯。通过以下技术方案实现的：所述大功率微波无极紫外灯包括无极紫外灯管(1)、两个磁控管(2)、两个波导管(3)和微波谐振腔；所述微波谐振腔由反光罩(4)和金属屏蔽网(5)组成，反光罩(4)开口扣装于金属屏蔽网(5)上，二者围合的空腔为微波谐振腔；无极紫外灯管(1)设置于微波谐振腔内，反光罩(4)的两端分别设置一个波导管(3)，波导管(3)的相对侧分别设置一个磁控管(2)。本发明应用于无极紫外灯领域。

主权项

一种基于微波激励的大功率微波无极紫外灯制备方法，其特征在于，一种基于微波激励的大功率微波无极紫外灯制备方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、根据辐照试样的辐照功率选择无极紫外灯管，并根据选择的无极紫外灯管以及待加工产品所需的辐照光强及光强分布要求确定反光罩Y方向的长度、反光罩Z方向的长度和反光罩X方向的长度；其中，以反光罩平面中心为原点0，以反光罩平面延长方向为X方向，与反光罩平面垂直方向为Y方向，与X方向和Y方向垂直方向为Z方向；步骤二、根据步骤一中无极紫外灯管确定磁控管，并根据磁控管选择波导管；根据对微波谐振腔进行的电磁仿真结果，确定波导管与步骤一中反光罩的连接以及金属屏蔽网的位置；所述步骤一中根据辐照试样的辐照功率选择无极紫外灯管，并根据选择的无极紫外灯管以及待加工产品所需的辐照光强及光强分布要求确定反光罩Y方向的长度、反光罩Z方向的长度和反光罩X方向的长度；其中，以反光罩平面中心为原点0，以反光罩平面延长方向为X方向，与反光罩平面垂直方向为Y方向，与X方向和Y方向垂直方向为Z方向；具体过程为：步骤一一、根据辐照试样的辐照功率选择无极紫外灯管，即可确定无极紫外灯管的长度及直径；具体方法为：根据辐照试样的功率w，选择无极紫外灯管型号，其无极紫外灯管功率为w′，且w′≥1.5w，即可确定无极紫外灯管的长度及直径；无极紫外灯管的长度即为反光罩的X方向的长度；步骤一二、根据步骤一一中无极紫外灯管的长度及直径即可确定反光罩Y方向的长度、反光罩Z方向的长度；具体方法为：A、设置反光罩的形状为半椭圆柱体，无极紫外灯管放置于反光罩的焦点处；B、成像的边界点为无极紫外灯管在反光罩焦平面上的边界点经反光罩反射成像形成；像的高度与物的高度的商即为反光罩的放大倍数β，如公式(1)所示：$\beta =\frac{L}{H}=\frac{a+c}{a-c}---\left(1\right)$式中，a为反光罩Y方向的长度；c为反光罩的焦距；L为像的高度；H为所选灯管直径；即得出了(a+c)/(a‑c)的值；C、根据反光罩的金属材料、反光罩内表面涂层的热辐射吸收特性和反光罩所需的散热条件，确定无极紫外灯管与反光罩的距离，即a‑c的值；具体计算方法如下：式中，h为冷却反光罩的对流换热的换热系数；θ为反光罩的最高允许温度；θ₀为环境温度；为灯管中心与反光罩顶端之间的夹角，λ为灯管热辐射功率占灯管总功率百分比，λ<1；α为反光罩内壁涂层热辐射吸收率；w′为无极紫外灯管功率；m为无极紫外灯管长度；为反光罩的吸收的热辐射功率；为散热损失的功率；根据公式(2)得公式(3)$a-c\ge \frac{w^{\prime }\lambda \alpha }{2\pi mh(\theta -{\theta }_0)}---\left(3\right)$ 与公式(1)的(a+c)/(a‑c)的值进行联立求解，即可得出a与c的值；a为反光罩Y方向的长度；根据公式(4)即可求出反光罩Z方向的长度b；$b=\sqrt{a^2-c^2}---\left(4\right)$反光罩厚度取值范围为0.6～1.0mm；所述步骤二中根据步骤一中无极紫外灯管确定磁控管，并根据磁控管选择波导管；根据对微波谐振腔进行的电磁仿真结果，确定波导管与步骤一中反光罩的连接以及金属屏蔽网的位置；具体过程为：1)磁控管与波导管的选择；根据磁控管功率大于等于无极紫外灯管功率w′，即确定了磁控管，由选择的磁控管确定与之匹配的波导管；2)波导管与反光罩的连接；波导管与反光罩在微波馈入口处进行连接；微波馈入口的位置由以下三个步骤确定：A、在磁控管的工作频率范围内，对步骤一二中得到的反光罩采用三维绘图软件AutoCAD、Proe或SolidWorks建立反光罩的三维立体模型，并将建立好的反光罩三维立体模型文件导入电磁场仿真软件中进行仿真，电磁场仿真软件为CST、Comsol或HFSS，对导入其中反光罩三维立体文件进行微波谐振腔仿真，得到此模型中谐振频率在磁控管的工作频率范围内的所有电磁谐振模式；微波谐振腔由反光罩和金属屏蔽网组成；B、在步骤A中得到的所有谐振模式中，选择在无极紫外灯处或最接近无极紫外灯处的最强电场的谐振模式；C、在步骤A中，每个谐振模式都有唯一的反光罩上的壁面电流分布，即在步骤B所确定的谐振模式对应的壁面电流的最大处为反光罩与波导管的微波馈入口；3)波导管放置方向的选取过程为：波导管的电场方向与B中所选定的谐振模式在微波馈入口处的电场方向保持一致，且微波馈入口的长度方向和宽度方向尺寸小于波导管端口的长度方向和宽度方向尺寸；4)金属屏蔽网位置的确定；在B中选定的谐振模式下，选择无极紫外灯处的最强电场强度对应的金属屏蔽网的位置即为金属屏蔽网的位置；至此，完成了基于微波激励的大功率微波无极紫外灯的制备。