Kirjelda
UVC LED -i jõudluse paranemisega on selle suhteliselt uue tehnoloogia kasutuselevõtt eluteaduses ja keskkonnaseire vahendites üha hoogu juurde võtnud. Nagu kõigi uute tehnoloogiate puhul, peavad disainerid olema teadlikud mõningatest olemasolevate lahendustega seotud põhimõttelistest erinevustest, selle asemel et eeldada&"plug-in &"; asendajad. See võimaldab disaineritel mõista UVC -LED -ide kõiki eeliseid. Pärast hoolikat kaalumist võivad UVC-valgusdioodid vähendada jalajälge ja energiatarbimist, suurendades lõppkasutaja omandikulusid.
UVC LED instrumendis
UVC-valgusdioodide huvi spektroskoopia vastu suureneb, kuna need suudavad käsitleda turusuundumusi miniaturiseerimise, kulude vähendamise ja reaalajas mõõtmise osas. Erinevalt deuteerium- või ksenoonlampidest on LED -i kiirguv spekter väga kitsas ning mõõtmiseks saab kasutada kogu seadme valgustugevust. Kasutaja saab valida konkreetse huvipakkuva lainepikkuse vastavalt rakenduse nõuetele. Teatud rakendustes on välja töötatud standardiseeritud mõõtmismeetod ja elavhõbedalambi kiirgusjoon on 254 nm. Näiteks vee ja õhu kvaliteet, mis on mõõdetud vastavalt EPA standarditele, nõuab, et LED -id vastaksid täpselt lainepikkusele 254 nm. Tabelis 1 on toodud mõned olulised orgaanilised ühendid eluteaduslikes uuringutes, ravimite tootmises ja keskkonnaseiredes, mida saab spektroskoopia abil tuvastada.
Tabel 1 Tavalised orgaanilised ühendid, mille lainepikkus on maksimaalne
Teine peamine standardallikas valgusallika valimiseks on tipplainepikkusega valgus. Kuna LED -il on üks tipp, erinevalt teistest UV -lampidest, on valgustugevus kontsentreeritud kindlale lainepikkusele. Neeldumisspektroskoopia rakendused nõuavad tavaliselt madalat valgustugevust-1 mW või vähem. Kuid juhul, kui vooluhulk on valgusallikast isoleeritud, on vaja suuremat väljundvõimsust, mis tuleneb olulisest valguse summutamisest enne signaali jõudmist patareini. See võib suurendada LED -i poolt nõutavat valgusvõimsust rohkem kui 1 mW. Fluorestsentsspektroskoopias on signaali intensiivsus otseselt võrdeline valguse intensiivsusega. Ergastusvõimsus sõltub jälgede kontsentratsiooni tasemest, mida tuleb tuvastada, nii et nendes rakendustes võib ühe LED -i nõutav valgustugevus olla suurem kui 2 mW. Joonisel 1 on näidatud instrumendi tavaliste UV -valgusallikate kiiritusintensiivsuse võrdlus. Kuigi LED -i sisendvõimsus on palju väiksem, on nõutav UVC -lainepikkuse kiirgus suurem kui teistel valgusallikatel, mistõttu on see konkreetsete mõõtmiste jaoks tõhusam valgusallikas.
Joonis 1 See diagramm võrdleb UVC LED -i, ksenoonvälklambi ja deuteeriumlambi kiirgust.
Pärast lainepikkuse ja valgusväljundi valimist on veel üks oluline parameeter vaatenurk, sest see mõjutab instrumendi optilist süsteemi. Laias laastus on kaks võimalust-kitsas nurk või lainurk. Esimene saavutatakse sfäärilise läätsega ja teisel on lame aken. Kitsas vaatenurk võimaldab väikesel alal saada suure intensiivsusega valgust. Seda tüüpi pakette kasutatakse tavaliselt valguse fokusseerimisel otse instrumenti.
Tasapinnal on laiem kiirgusmuster ja optilise kiuga joondamisel suurem tolerants ning seda saab kasutada kaugühenduseks. See sobib eriti hästi rakendusteks, kus vooluelement peab olema valgusallikast ja elektroonikaseadmetest eraldatud, näiteks kõrge temperatuuriga keemiliste protsesside jälgimine või kõrge lenduvate lahustite kromatograafia. Praktilistes rakendustes võib kitsa nurgaga sfääriline lääts hoida instrumendi komponente minimaalsena, samas kui lame aken võib parandada disaini paindlikkust.
Optimeerige ajami voolu, et disainer saaks tasakaalustada valguse võimsust ja rakenduse eluiga. LED -i juhtimine tootja&nimivoolust allapoole vähendab valgustugevust, kuid pikendab ka valgusallika eluiga. Rakendustes, mis nõuavad suurt LED -väljundvõimsust, otsustavad mõned lõppkasutajad LED -e käivitada suurema vooluga kui andmelehe spetsifikatsioonid. Sel viisil ajamivoolu suurendamine võib suurendada valgustugevust, kuid sellega kaasnevad ka teatud jõudlusriskid.
Ülekuumenemine on tavaline probleem, mis mõjutab negatiivselt LED -i valgustugevust ja eluiga. LED -i hetkelise lülitusvõime tõttu saavad inimesed LED -i perioodiliselt kiiresti sisse ja välja lülitada. Fluorestsentsrakendused nõuavad üldiselt suuremat valgustugevust ja LED -voolu ohutumaks suurendamiseks kasutatakse tavaliselt impulssrežiimi (töötsüklit). Töötsükkel viitab protsendile ajavahemikust, mil LED süttib; periood on kogu lülitustsükli lõpuleviimiseks kuluv aeg. Näiteks 50% töötsükliga töötav LED süttib täpselt poole ajast ja poole ajast. Joonis 2 näitab standardset valgusväljundit erinevatel ajami vooludel ja töötsüklitel.
Joonis 2 Siin näeme muutuva töötsükli mõju normaliseeritud valgusväljundile, samal ajal kui sisselülitamisaeg jääb 500μs konstantseks. Standardiseeritud võimsus on suhteline optiline väljundvõimsus, võrreldes optilise väljundiga, mille maksimaalne nimivoolutugevus on 100 mA, kasutades sobivat jahutusradiaatorit.
LED -i töötamine suure voolu all mõjutab LED -i ristmiku temperatuuri, mis mõjutab LED -i ristmiku temperatuuri ning mõjutab eluiga ja valgustugevust. Töötsükli optimeerimine võib minimeerida ajami suurenenud voolu mõju ristmiku temperatuurile, säilitades seeläbi LED -i jõudluse. Joonis 3 illustreerib töötsükli mõjutamise mõju LED -i ristmiku temperatuuri hoidmisele. Töötades 5% töötsükliga, on võimalik saavutada rohkem kui kolm korda suurem valgustugevus (nagu on näidatud joonisel 2), mõjutades minimaalselt ristmiku temperatuuri.
Joonis 3 See graafik näitab muutuva töötsükli mõju ristmiku temperatuurile, samal ajal kui sisselülitusaeg püsib 500 μs.
Ülekuumenemine mõjutab negatiivselt valgustugevust ja LED -i eluiga. Pikemas perspektiivis vähendab see kuumus LED -i eluiga. UVC LED-idega projekteerimisel on termiline juhtimine väga oluline, kuna soojuseks muundatud energia osakaal on suurem kui pika lainepikkusega LED-idel. Nõuetekohane termiline juhtimine võib hoida ristmiku temperatuuri madalaimal temperatuuril, mis on antud rakenduse jaoks vajalik, ja säilitada LED -i jõudlust. Lisaks passiivsetele ja aktiivsetele jahutusmeetoditele võib valitud trükkplaat kaasa tuua ka parema soojuse hajumise.
Joonis 4 See graafik näitab FR4 ja alumiiniumist südamikuga PCB termopadja temperatuuri (a) ilma jahutusradiaatorita, võrreldes alumiiniumist südamikuga PCB termopadja temperatuuriga (b) koos jahutusradiaatoriga ja ilma.
FR4 on suhteliselt madala hinna tõttu üks kõige sagedamini kasutatavaid PCB -materjale, kuid sellel on ka madal soojusjuhtivus. Süsteemis, mille süsteemis on suurem soojuskoormus, on parema soojusjuhtivusega metallist südamikuga trükkplaat. Kuna nõudlus soojuse hajumise järele suureneb, pöörduvad disainerid tavaliselt PCB pindala suurendamise ja jahutusradiaatorite lisamise poole, et saavutada suurepärane soojusjuhtimine. Kui on vaja täiendavat soojuseraldust, saavad disainerid kasutada aktiivsemaid jahutusmeetodeid. UVC -valgusdioodide jõudluse paranedes kasutavad disainerid ära spektroskoopiliste instrumentide ja desinfitseerimisreaktorite disainipaindlikkust. LED-ide eelised nendes rakendustes võimaldavad kompaktsemaid, tõhusamaid ja sageli kulutõhusamaid kujundusi. Selle tehnoloogia pideva arendamisega leiavad nutikad disainerid rohkem võimalusi UVC LED -i eeliste kasutamiseks nende turgude väljakutsetele vastamiseks.
