وصف
مع تحسين أداء UVC LED ، يكتسب اعتماد هذه التكنولوجيا الجديدة نسبيا زخما في علوم الحياة وأدوات المراقبة البيئية. وكما هو الحال مع جميع التقنيات الناشئة، يجب أن يكون المصممون على دراية ببعض الاختلافات الأساسية المتعلقة بالحلول القائمة، بدلا من افتراض استبدال "المكونات الإضافية". وهذا يمكن المصممين من تحقيق المزايا الكاملة لمصابيح UVC. بعد دراسة متأنية، يمكن أن تقلل مصابيح UVC من البصمة وزيادة استهلاك الطاقة لتكلفة الملكية للمستخدم النهائي.
UVC LED في الصك
يتزايد اهتمام مصابيح UVC بالمنظار لأنها يمكن أن تعالج اتجاهات السوق حول التصغير وخفض التكلفة والقياس في الوقت الفعلي. على عكس مصابيح الديوتريوم أو الزينون فلاش، الطيف المنبعث من الصمام ضيق جدا، ويمكن استخدام جميع إخراج ضوء الجهاز للقياس. يمكن للمستخدم تحديد الطول الموجي ذروة محددة من الفائدة وفقا لمتطلبات التطبيق. وفي بعض التطبيقات، تم تطوير طريقة قياس موحدة، وخط انبعاث المصباح الزئبقي هو 254nm. على سبيل المثال، تتطلب جودة المياه والهواء التي تقاس وفقا لمعايير وكالة حماية البيئة أن تتطابق مصابيح LED بشكل وثيق مع الطول الموجي الذروة ل 254 نانومتر. ويبين الجدول 1 بعض المركبات العضوية الهامة في بحوث علوم الحياة وإنتاج الأدوية والرصد البيئي، والتي يمكن تحديدها عن طريق التحليل الطيفي.
الجدول 1 المركبات العضوية المشتركة مع الطول الموجي امتصاص الذروة
أداة قياسية رئيسية أخرى لاختيار مصدر الضوء هو إخراج الضوء من الطول الموجي الذروة. نظرا لأن الصمام له ذروة واحدة ، على عكس مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الأخرى ، يتركز إخراج الضوء عند طول موجي محدد. تتطلب تطبيقات التحليل الطيفي للامتصاص عادة مستويات منخفضة من خرج الضوء -1 كيلوواط أو أقل. ومع ذلك، في حالة عزل خلية التدفق عن مصدر الضوء، يلزم إخراج أعلى بسبب توهين الضوء الكبير قبل وصول الإشارة إلى البطارية. وهذا يمكن أن يزيد من إخراج الضوء المطلوب من قبل الصمام إلى أكثر من 1 كيلوواط. في التحليل الطيفي الفلوري، تتناسب كثافة الإشارة بشكل مباشر مع كثافة الضوء. تعتمد قوة الإثارة على مستوى تركيز التتبع الذي يحتاج إلى اكتشاف ، لذلك في هذه التطبيقات ، قد يكون إخراج الضوء المطلوب بواسطة LED واحد أكبر من 2 كيلوواط. ويبين الشكل 1 مقارنة الإشعاع بين مصادر ضوء الأشعة فوق البنفسجية الشائعة في الصك. على الرغم من أن قوة الإدخال لل LED أصغر بكثير ، إلا أن إشعاع الطول الموجي UVC المطلوب أعلى من مصادر الضوء الأخرى ، مما يجعله مصدر ضوء أكثر فعالية لقياسات محددة.
الشكل 1 يقارن هذا المخطط تشعيع UVC LED ومصباح الفلاش زينون ومصباح الديوتريوم.
بعد اختيار الطول الموجي وإخراج الضوء ، معلمة أخرى مهمة هي زاوية المشاهدة ، لأنها ستؤثر على النظام البصري للجهاز. بشكل عام ، هناك نوعان من الخيارات الضيقة الزاوية أو زاوية واسعة. ويتحقق الأول مع عدسة كروية، والأخير لديه نافذة مسطحة. تسمح زاوية الرؤية الضيقة بالحصول على ضوء عالي الكثافة في منطقة صغيرة. وعادة ما يستخدم هذا النوع من الحزمة عند تركيز الضوء مباشرة في الصك.
تحتوي حزمة نافذة الطائرة على نمط إشعاع أوسع ، ولديها تحمل أكبر للمحاذاة مع الألياف البصرية ، ويمكن استخدامها للاقتران عن بعد. وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي يجب فيها عزل خلية التدفق عن مصدر الضوء والمعدات الإلكترونية ، مثل مراقبة العمليات الكيميائية عالية الحرارة أو الكروماتوغرافيا المذيبة عالية التقلب. في التطبيقات العملية، يمكن للعدسة الكروية ذات الزاوية الضيقة أن تحافظ على المكونات في الجهاز إلى أدنى حد ممكن، في حين أن النافذة المسطحة يمكن أن تحسن مرونة التصميم.
تحسين محرك الأقراص الحالي، بحيث يمكن للمصمم تحقيق التوازن بين الإخراج الخفيف ومتطلبات عمر التطبيق. قيادة الصمام تحت التيار تصنيف الشركة المصنعة سوف يقلل من انتاج الضوء، ولكن أيضا زيادة عمر مصدر الضوء. في التطبيقات التي تتطلب طاقة إخراج LED عالية، يختار بعض المستخدمين النهائيين تشغيل المصابيح في تيارات أعلى من مواصفات ورقة البيانات. زيادة محرك الأقراص الحالي بهذه الطريقة يمكن أن تزيد من إخراج الضوء، لكنه يجلب أيضا بعض مخاطر الأداء.
ارتفاع درجة الحرارة مشكلة شائعة من شأنها أن تؤثر سلبا على إخراج الضوء والحياة من الصمام. نظرا لقدرة ال LED على التبديل الفوري، يمكن للأشخاص تشغيل وإيقاف تشغيل الصمام بشكل دوري. تتطلب التطبيقات في الفلورسينس عموما إخراج ضوء أعلى، وعادة ما تستخدم عملية وضع النبض (دورة العمل) لزيادة تيار LED بأمان أكبر. تشير دورة الواجب إلى النسبة المئوية لفترة من الوقت الذي يتم تشغيل LED؛ الفترة هي الوقت الإجمالي المطلوب لإكمال دورة التبديل. على سبيل المثال، سوف تعمل LED في دورة واجب 50٪ تشغيل بالضبط نصف الوقت ونصف الوقت. ويبين الشكل 2 الناتج الخفيف الموحد في مختلف تيارات الأقراص ودورات العمل.
الشكل 2 هنا، نرى تأثير دورة واجب متفاوتة على إخراج ضوء تطبيع، في حين أن في الوقت المحدد لا يزال ثابتا في 500μs. الطاقة الموحدة هي قوة الإخراج البصري النسبية ، مقارنة بالإخراج البصري لتيار التشغيل الأقصى المصنف من 100 mA ، باستخدام بالوعة حرارية مناسبة.
سيؤثر تشغيل LED تحت التيار العالي على درجة حرارة تقاطع LED ، مما سيؤثر على درجة حرارة تقاطع LED ويؤثر على الحياة وإخراج الضوء. يمكن أن يقلل تحسين دورة الواجب من تأثير زيادة تيار محرك الأقراص على درجة حرارة التقاطع ، وبالتالي الحفاظ على أداء LED. يوضح الشكل 3 تأثير التأثير على دورة الواجب على الحفاظ على درجة حرارة تقاطع الصمام. من خلال العمل مع دورة عمل 5٪، يمكن تحقيق أكثر من ثلاثة أضعاف الناتج الخفيف (كما هو موضح في الشكل 2)، مع الحد الأدنى من التأثير على درجة حرارة التقاطع.
الشكل 3 يظهر هذا الرسم البياني تأثير دورة العمل المختلفة على درجة حرارة التقاطع بينما يظل الوقت المحدد ثابتا عند 500 ميكرو.
سيكون لارتفاع درجة الحرارة تأثير سلبي على إخراج الضوء وعمر الصمام. على المدى الطويل، وهذه الحرارة تقلل من عمر الصمام. عند التصميم باستخدام مصابيح UVC، فإن الإدارة الحرارية مهمة جدا لأن نسبة الطاقة المحولة إلى حرارة أكبر من نسبة المصابيح طويلة الطول الموجي. يمكن للإدارة الحرارية المناسبة الحفاظ على درجة حرارة التقاطع عند أدنى درجة حرارة مطلوبة لتطبيق معين والحفاظ على أداء الصمام. بالإضافة إلى طرق التبريد السلبية والنشطة ، يمكن أن يجلب PCB المحدد أيضا تبديد حرارة أفضل.
الشكل 4 يظهر هذا الرسم البياني درجة حرارة الوسادة الحرارية (أ) من FR4 والألومنيوم الأساسية PCB دون بالوعة الحرارة مقارنة مع درجة حرارة لوحة الحرارية (ب) من الألومنيوم الأساسية PCB مع وبدون بالوعة الحرارة.
FR4 هي واحدة من المواد الأكثر استخداما PCB بسبب تكلفتها منخفضة نسبيا، ولكن لديها أيضا الموصلية الحرارية المنخفضة. في نظام مع تحميل حراري أعلى في النظام، ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأساسية المعدنية مع الموصلية الحرارية أفضل هو خيار أفضل. مع زيادة الطلب على تبديد الحرارة ، يتحول المصممون عادة إلى زيادة مساحة PCB وإضافة بالوعات حرارية لتحقيق إدارة حرارية ممتازة. إذا كان هناك حاجة إلى مزيد من تبديد الحرارة، يمكن للمصممين استخدام تقنيات تبريد أكثر نشاطا. مع تحسن أداء مصابيح UVC ، يستفيد المصممون من مرونة تصميم الأدوات الطيفية ومفاعلات التطهير. مزايا المصابيح في هذه التطبيقات تسمح لتصميمات أكثر إحكاما وكفاءة ، وغالبا ما تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة. مع التطوير المستمر لهذه التكنولوجيا، سيجد المصممون الأذكياء المزيد من الطرق لاستخدام مزايا UVC LED لمواجهة تحديات هذه الأسواق.
