Opiši
Z izboljšanjem zmogljivosti UVC LED postaja sprejem te relativno nove tehnologije vse pomembnejši v instrumentih znanosti o življenju in instrumentih za spremljanje okolja. Tako kot pri vseh nastajajočih tehnologijah se morajo oblikovalci zavedati nekaterih temeljnih razlik, povezanih z obstoječimi rešitvami, namesto da bi predvidevali" plug-in" zamenjave. To oblikovalcem omogoča, da v celoti izkoristijo prednosti UVC LED. Po skrbnem premisleku lahko LED-diode UVC zmanjšajo odtis in porabo energije ter povečajo stroške lastništva za končnega uporabnika.
UVC LED v instrumentu
Zanimanje za UVC LED diode za spektroskopijo narašča, ker lahko obravnavajo trende na trgu v zvezi z miniaturizacijo, znižanjem stroškov in merjenjem v realnem času. Za razliko od devterijskih ali ksenonskih svetilk je spekter, ki ga oddaja LED, zelo ozek in vso svetlobno moč naprave lahko uporabimo za merjenje. Uporabnik lahko izbere specifično najvišjo valovno dolžino, ki nas zanima, glede na zahteve aplikacije. V nekaterih aplikacijah je bila razvita standardizirana merilna metoda, emisijska linija živega srebra pa je 254 nm. Na primer, kakovost vode in zraka, merjena v skladu s standardi EPA, zahteva, da se LED svetijo v skladu z največjo valovno dolžino 254 nm. Tabela 1 prikazuje nekatere pomembne organske spojine v raziskavah o življenju, proizvodnji zdravil in spremljanju okolja, ki jih je mogoče prepoznati s spektroskopijo.
Tabela 1 Običajne organske spojine z največjo absorpcijsko valovno dolžino
Drug glavni standardni instrument za izbiro svetlobnega vira je svetlobna moč največje valovne dolžine. Ker ima LED en sam vrh, za razliko od drugih UV žarnic je svetlobna moč koncentrirana na določeni valovni dolžini. Aplikacije za absorpcijsko spektroskopijo običajno zahtevajo nizko stopnjo svetlobne moči-1 mW ali manj. Vendar pa je v primeru, ko je pretočna celica izolirana od vira svetlobe, potrebna večja moč zaradi znatnega slabljenja svetlobe, preden signal doseže baterijo. To lahko poveča moč svetlobe, ki jo zahteva LED, na več kot 1 mW. V fluorescenčni spektroskopiji je intenzivnost signala neposredno sorazmerna z jakostjo svetlobe. Moč vzbujanja je odvisna od ravni koncentracije sledi, ki jo je treba zaznati, zato je v teh aplikacijah svetlobna moč, ki jo zahteva ena LED, lahko večja od 2 mW. Slika 1 prikazuje primerjavo obsevanja med običajnimi viri UV -svetlobe v instrumentu. Čeprav je vhodna moč LED veliko manjša, je zahtevano obsevanje valovne dolžine UVC večje od drugih svetlobnih virov, zaradi česar je učinkovitejši vir svetlobe za posebne meritve.
Slika 1 Ta tabela primerja obsevanje UVC LED, ksenonske svetilke in devterija.
Po izbiri valovne dolžine in svetlobne moči je pomemben parameter vidni kot, ker bo vplival na optični sistem instrumenta. Na splošno obstajata dve možnosti-ozki kot široki kot. Prva je dosežena s sferično lečo, druga pa ima ravno okno. Ozek kot gledanja omogoča pridobivanje svetlobe visoke intenzivnosti na majhnem območju. Ta vrsta paketa se običajno uporablja pri usmerjanju svetlobe neposredno v instrument.
Paket ravninskih oken ima širši vzorec sevanja in ima večjo toleranco za poravnavo z optičnim vlaknom in se lahko uporablja za daljinsko povezavo. Še posebej je primeren za aplikacije, kjer mora biti pretočna celica izolirana od vira svetlobe in elektronske opreme, na primer za spremljanje visokotemperaturnih kemičnih procesov ali kromatografijo z visoko hlapnimi topili. V praksi lahko ozkokotna sferična leča zmanjša komponente v instrumentu na minimum, ravno okno pa izboljša prilagodljivost oblikovanja.
Optimizirajte pogonski tok, tako da lahko oblikovalec uravnoteži svetlobno moč in zahteve glede življenjske dobe aplikacije. Pogon LED pod nazivni tok proizvajalca' bo zmanjšal svetlobno moč, podaljšal pa bo tudi življenjsko dobo svetlobnega vira. V aplikacijah, ki zahtevajo visoko izhodno moč LED, se nekateri končni uporabniki odločijo za delovanje LED pri večjih tokovih kot specifikacije podatkovnega lista. Povečanje pogonskega toka na ta način lahko poveča svetlobno moč, prinaša pa tudi določena tveganja za delovanje.
Pregrevanje je pogosta težava, ki bo negativno vplivala na svetlobno moč in življenjsko dobo LED. Zaradi trenutne preklopne zmogljivosti LED lahko ljudje občasno hitro vklopijo in izklopijo LED. Fluorescenčne aplikacije na splošno zahtevajo večjo svetlobno moč, delovanje impulznega načina (obratovalni cikel) pa se običajno uporablja za varnejše povečanje toka LED. Delovni cikel se nanaša na odstotek časovnega obdobja, ko je LED prižgana; obdobje je skupni čas, potreben za dokončanje preklopnega cikla. Na primer, LED, ki deluje pri 50% obratovalnem ciklu, se vklopi točno polovico časa in polovico časa. Slika 2 prikazuje standardiziran izhod svetlobe pri različnih pogonskih tokovih in delovnih ciklih.
Slika 2 Tukaj vidimo učinek spreminjanja delovnega cikla na normalizirano svetlobno moč, medtem ko čas vklopa ostane konstanten pri 500μs. Standardizirana moč je relativna optična izhodna moč v primerjavi z optičnim izhodom največjega nazivnega obratovalnega toka 100 mA z uporabo ustreznega hladilnika.
Delovanje LED pod visokim tokom bo vplivalo na temperaturo stičišča LED, kar bo vplivalo na temperaturo stičišča LED in vplivalo na življenjsko dobo in svetlobno moč. Z optimizacijo obratovalnega cikla se lahko zmanjša vpliv povečanega pogonskega toka na temperaturo stika in s tem ohrani delovanje LED. Slika 3 prikazuje učinek vpliva na delovni cikel na vzdrževanje temperature spoja LED. Z delom s 5% obratovalnim ciklom je mogoče doseči več kot trikratno moč svetlobe (kot je prikazano na sliki 2), z minimalnim vplivom na temperaturo stika.
Slika 3 Ta graf prikazuje učinek spreminjanja obratovalnega cikla na temperaturo stika, medtem ko čas vklopa ostane konstanten pri 500μs.
Pregrevanje bo negativno vplivalo na svetlobno moč in življenjsko dobo LED. Dolgoročno bo ta toplota skrajšala življenjsko dobo LED. Pri načrtovanju z UVC LED je zelo pomembno toplotno upravljanje, saj je delež energije, pretvorjene v toploto, večji od deleža LED dolge valovne dolžine. Ustrezno upravljanje toplote lahko ohrani temperaturo stičišča na najnižji temperaturi, ki je potrebna za določeno uporabo, in ohrani delovanje LED. Poleg pasivnih in aktivnih načinov hlajenja lahko izbrano tiskano vezje prinese tudi boljši odvod toplote.
Slika 4 Ta graf prikazuje temperaturo toplotne blazinice (a) FR4 in PCB iz aluminijastega jedra brez hladilnika v primerjavi s temperaturo termične blazinice (b) iz PCB iz aluminijastega jedra z in brez hladilnika.
FR4 je zaradi relativno nizkih stroškov eden najpogosteje uporabljenih materialov PCB, vendar ima tudi nizko toplotno prevodnost. V sistemu z večjo toplotno obremenitvijo v sistemu je boljša izbira PCB s kovinskim jedrom z boljšo toplotno prevodnostjo. Ker se povpraševanje po odvajanju toplote povečuje, se oblikovalci običajno zatekajo k povečanju površine PCB in dodajanju hladilnikov, da dosežejo odlično toplotno upravljanje. Če je potrebno dodatno odvajanje toplote, lahko oblikovalci uporabijo bolj aktivne tehnike hlajenja. Z izboljšanjem zmogljivosti UVC LED diod oblikovalci izkoriščajo oblikovno prilagodljivost spektroskopskih instrumentov in dezinfekcijskih reaktorjev. Prednosti LED v teh aplikacijah omogočajo bolj kompaktne, učinkovite in pogosto stroškovno učinkovitejše zasnove. Z nenehnim razvojem te tehnologije bodo pametni oblikovalci našli več načinov, kako izkoristiti prednosti UVC LED za soočanje z izzivi teh trgov.
