Popíšte
So zlepšením výkonu UVC LED naberá prijatie tejto relatívne novej technológie na obrátkach v oblasti vied o živote a nástrojov na monitorovanie životného prostredia. Rovnako ako všetky nové technológie, dizajnéri si musia byť vedomí niektorých zásadných rozdielov týkajúcich sa existujúcich riešení, a nie predpokladať&„plug-in &“; náhrady. To umožňuje návrhárom využiť všetky výhody UVC LED diód. Po starostlivom zvážení môžu LED UVC znížiť stopu a spotrebu energie-čím sa zvýšia náklady na vlastníctvo koncového používateľa.
UVC LED v prístroji
Záujem UVC LED o spektroskopiu sa zvyšuje, pretože môžu riešiť trendy na trhu v oblasti miniaturizácie, znižovania nákladov a merania v reálnom čase. Na rozdiel od deutéria alebo xenónových žiaroviek je spektrum vyžarované diódou LED veľmi úzke a na meranie je možné použiť všetok svetelný výkon zariadenia. Užívateľ si môže vybrať požadovanú špecifickú vlnovú dĺžku píku podľa požiadaviek aplikácie. V niektorých aplikáciách bola vyvinutá štandardizovaná metóda merania a emisná čiara ortuťovej žiarovky je 254 nm. Napríklad kvalita vody a vzduchu meraná podľa noriem EPA vyžaduje, aby sa diódy LED tesne zhodovali s vrcholovou vlnovou dĺžkou 254 nm. Tabuľka 1 ukazuje niektoré dôležité organické zlúčeniny vo výskume biológie, výrobe liečiv a monitorovaní životného prostredia, ktoré je možné identifikovať spektroskopiou.
Tabuľka 1 Bežné organické zlúčeniny s vrcholovou absorpčnou vlnovou dĺžkou
Ďalším hlavným štandardným nástrojom na výber zdroja svetla je svetelný výkon špičkovej vlnovej dĺžky. Pretože LED dióda má jediný vrchol, na rozdiel od iných UV žiaroviek je svetelný výkon koncentrovaný na špecifickú vlnovú dĺžku. Absorpčná spektroskopia obvykle vyžaduje nízke úrovne svetelného výkonu-1 mW alebo menej. Avšak v prípade, keď je prietokový článok izolovaný od zdroja svetla, je potrebný vyšší výkon kvôli výraznému útlmu svetla skôr, ako sa signál dostane k batérii. To môže zvýšiť svetelný výkon požadovaný LED diódou na viac ako 1 mW. Vo fluorescenčnej spektroskopii je intenzita signálu priamo úmerná intenzite svetla. Budiaci výkon závisí od úrovne stopovej koncentrácie, ktorú je potrebné detegovať, takže v týchto aplikáciách môže byť svetelný výkon požadovaný jednou diódou LED vyšší ako 2 mW. Obrázok 1 ukazuje porovnanie ožiarenia medzi bežnými zdrojmi ultrafialového svetla v prístroji. Napriek tomu, že vstupný výkon LED diódy je oveľa menší, požadovaná intenzita žiarenia UVC vlnovej dĺžky je vyššia ako u iných svetelných zdrojov, čo z nej robí účinnejší svetelný zdroj pre konkrétne merania.
Obrázok 1 Tento graf porovnáva ožarovanie UVC LED, xenónových výbojok a deutériových žiaroviek.
Po výbere vlnovej dĺžky a svetelného výkonu je ďalším dôležitým parametrom pozorovací uhol, pretože ovplyvní optický systém prístroja. Všeobecne povedané, existujú dve možnosti-úzky uhol alebo široký uhol. Prvý z nich je dosiahnutý sférickou šošovkou a druhý má ploché okno. Úzky pozorovací uhol umožňuje získať svetlo s vysokou intenzitou na malej ploche. Tento typ obalu sa zvyčajne používa pri zaostrovaní svetla priamo do nástroja.
Balíček rovinných okien má širší vyžarovací obrazec a má väčšiu toleranciu pre zarovnanie s optickým vláknom a môže byť použitý na diaľkové spojenie. Je obzvlášť vhodný pre aplikácie, kde musí byť prietoková komora izolovaná od zdroja svetla a elektronického zariadenia, ako je monitorovanie vysokoteplotných chemických procesov alebo vysoko prchavá rozpúšťadlová chromatografia. V praktických aplikáciách môže sférická šošovka s úzkym uhlom obmedziť súčiastky v prístroji na minimum, zatiaľ čo ploché okno môže zlepšiť flexibilitu dizajnu.
Optimalizujte prúd pohonu, aby projektant dokázal vyvážiť požiadavky na svetelný výkon a životnosť. Ovládanie LED diódy pod menovitým prúdom výrobcu' zníži svetelný výkon, ale tiež zvýši životnosť svetelného zdroja. V aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoký výstupný výkon LED, sa niektorí koncoví užívatelia rozhodnú prevádzkovať LED diódy pri vyšších prúdoch, ako sú špecifikácie v technickom liste. Zvýšenie hnacieho prúdu týmto spôsobom môže zvýšiť svetelný výkon, ale prináša to aj určité výkonnostné riziká.
Prehriatie je bežný problém, ktorý negatívne ovplyvní svetelný výkon a životnosť LED diódy. Vďaka možnosti okamžitého prepínania diódy LED môžu ľudia rýchlo diódu LED pravidelne zapínať a vypínať. Aplikácie vo fluorescencii spravidla vyžadujú vyšší svetelný výkon a na bezpečnejšie zvýšenie prúdu LED sa zvyčajne používa prevádzka v pulznom režime (pracovný cyklus). Pracovný cyklus sa týka percenta časového obdobia, počas ktorého je dióda LED zapnutá; perióda je celkový čas potrebný na dokončenie cyklu prepínania. Napríklad dióda LED pracujúca s 50% pracovným cyklom sa zapne presne polovicu času a polovicu času. Obrázok 2 zobrazuje štandardizovaný svetelný výkon pri rôznych hnacích prúdoch a pracovných cykloch.
Obrázok 2 Tu vidíme vplyv meniaceho sa pracovného cyklu na normalizovaný svetelný výkon, zatiaľ čo doba zapnutia zostáva konštantná pri 500 μs. Štandardizovaný výkon je relatívny optický výstupný výkon v porovnaní s optickým výstupom maximálneho menovitého prevádzkového prúdu 100 mA pri použití vhodného chladiča.
Prevádzka LED diódy pod vysokým prúdom ovplyvní teplotu križovatky LED, ktorá ovplyvní teplotu križovatky LED a ovplyvní životnosť a svetelný výkon. Optimalizácia pracovného cyklu môže minimalizovať vplyv zvýšeného prúdu pohonu na teplotu križovatky, a tým zachovať výkon LED. Obrázok 3 ilustruje vplyv ovplyvnenia pracovného cyklu na udržanie teploty spojenia LED. Pri práci s 5% pracovným cyklom je možné dosiahnuť viac ako trojnásobok svetelného výkonu (ako je znázornené na obrázku 2) s minimálnym vplyvom na teplotu križovatky.
Obrázok 3 Tento graf ukazuje vplyv meniaceho sa pracovného cyklu na teplotu križovatky, pričom zapínací čas zostáva konštantný na 500 μs.
Prehriatie bude mať negatívny vplyv na svetelný výkon a životnosť LED diódy. Z dlhodobého hľadiska toto teplo zníži životnosť LED diódy. Pri navrhovaní pomocou LED UVC je tepelný manažment veľmi dôležitý, pretože podiel energie premenenej na teplo je väčší ako u diód LED s dlhou vlnovou dĺžkou. Správny tepelný manažment môže udržať teplotu spoja na najnižšej teplote požadovanej pre danú aplikáciu a udržať výkon LED. Vybraná doska plošných spojov môže okrem pasívnych a aktívnych spôsobov chladenia priniesť aj lepší odvod tepla.
Obrázok 4 Tento graf ukazuje teplotu (a) tepelnej podložky FR4 a PCB s hliníkovým jadrom bez chladiča v porovnaní s teplotou (b) tepelnej podložky PCB s hliníkovým jadrom s chladičom a bez neho.
FR4 je jedným z najčastejšie používaných materiálov PCB kvôli svojim relatívne nízkym nákladom, ale má tiež nízku tepelnú vodivosť. V systéme s vyšším tepelným zaťažením v systéme je lepšou voľbou PCB s kovovým jadrom s lepšou tepelnou vodivosťou. Ako sa zvyšuje dopyt po rozptyle tepla, konštruktéri sa zvyčajne obracajú na zväčšovanie plochy plošných spojov a pridávanie chladičov, aby dosiahli vynikajúci tepelný manažment. Ak je potrebný ďalší odvod tepla, môžu dizajnéri použiť aktívnejšie techniky chladenia. Ako sa výkonnosť LED UVC zlepšuje, dizajnéri využívajú konštrukčnú flexibilitu spektroskopických prístrojov a dezinfekčných reaktorov. Výhody diód LED v týchto aplikáciách umožňujú kompaktnejšie, efektívnejšie a často aj nákladovo efektívnejšie prevedenie. Vďaka neustálemu vývoju tejto technológie nájdu inteligentní dizajnéri viac spôsobov, ako využiť výhody UVC LED na zvládnutie výziev týchto trhov.
