Opisati
S poboljšanjem performansi UVC LED, usvajanje ove relativno nove tehnologije dobiva na zamahu u instrumentima znanosti o životu i instrumentima za praćenje okoliša. Kao i sa svim novim tehnologijama, dizajneri moraju biti svjesni nekih temeljnih razlika vezanih uz postojeća rješenja, umjesto da pretpostavljaju" plug-in" zamjene. To omogućuje dizajnerima da spoznaju sve prednosti UVC LED dioda. Nakon pomnog razmatranja, UVC LED diode mogu smanjiti trag i potrošnju energije, povećavajući troškove vlasništva za krajnjeg korisnika.
UVC LED dioda u instrumentu
Zainteresiranost UVC LED dioda za spektroskopiju raste jer se mogu pozabaviti tržišnim trendovima oko minijaturizacije, smanjenja troškova i mjerenja u stvarnom vremenu. Za razliku od deuterijskih ili ksenonskih bljeskalica, spektar koji emitira LED dioda vrlo je uzak, a sav svjetlosni učinak uređaja može se koristiti za mjerenje. Korisnik može odabrati specifičnu vršnu valnu duljinu od interesa prema zahtjevima aplikacije. U određenim primjenama razvijena je standardizirana metoda mjerenja, a emisiona linija živine lampe iznosi 254 nm. Na primjer, kvaliteta vode i zraka izmjerena prema standardima EPA zahtijeva da LED diode blisko odgovaraju vršnoj valnoj duljini od 254 nm. Tablica 1 prikazuje neke važne organske spojeve u istraživanjima znanosti o životu, proizvodnji lijekova i praćenju okoliša, koji se mogu identificirati spektroskopijom.
Tablica 1 Uobičajeni organski spojevi s maksimalnom valnom duljinom apsorpcije
Drugi glavni standardni instrument za odabir izvora svjetlosti je svjetlosna snaga vršne valne duljine. Budući da LED ima jedan vrh, za razliku od drugih UV svjetiljki, svjetlosna snaga koncentrirana je na određenoj valnoj duljini. Aplikacija apsorpcijske spektroskopije obično zahtijeva niske razine izlazne svjetlosti-1 mW ili manje. Međutim, u slučaju kada je protočna ćelija izolirana od izvora svjetlosti, potrebna je veća snaga zbog značajnog slabljenja svjetla prije nego signal dođe do baterije. To može povećati svjetlosnu snagu koju LED zahtijeva na više od 1 mW. U fluorescentnoj spektroskopiji, intenzitet signala izravno je proporcionalan intenzitetu svjetlosti. Snaga uzbude ovisi o razini koncentracije u tragovima koju je potrebno detektirati, pa u tim aplikacijama svjetlosna snaga potrebna za jednu LED diodu može biti veća od 2 mW. Slika 1 prikazuje usporedbu zračenja između uobičajenih izvora UV svjetla u instrumentu. Iako je ulazna snaga LED -a mnogo manja, potrebno zračenje UVC valne duljine veće je od ostalih izvora svjetlosti, što ga čini učinkovitijim izvorom svjetla za određena mjerenja.
Slika 1 Ovaj grafikon uspoređuje zračenje UVC LED, ksenonske bljeskalice i deuterijske žarulje.
Nakon odabira valne duljine i izlazne svjetlosti, drugi važan parametar je kut gledanja jer će utjecati na optički sustav instrumenta. Općenito govoreći, postoje dvije mogućnosti-uski ili široki kut. Prvi se postiže sferičnom lećom, a drugi ima ravni prozor. Uski kut gledanja omogućuje dobivanje svjetla visokog intenziteta na malom području. Ova vrsta paketa obično se koristi kada se svjetlo fokusira izravno u instrument.
Paket ravnih prozora ima širi uzorak zračenja i ima veću toleranciju za poravnavanje s optičkim vlaknom te se može koristiti za daljinsko spajanje. Posebno je prikladan za primjene gdje protočna ćelija mora biti izolirana od izvora svjetlosti i elektroničke opreme, poput praćenja kemijskih procesa na visokim temperaturama ili kromatografije s visoko hlapljivim otapalom. U praktičnim primjenama, uskokutna sferna leća može svesti komponente u instrumentu na minimum, dok ravni prozor može poboljšati fleksibilnost dizajna.
Optimizirajte pogonsku struju, tako da dizajner može uravnotežiti svjetlosnu snagu i zahtjeve trajanja aplikacije. Postavljanje LED ispod nazivne struje proizvođača' smanjit će izlaz svjetlosti, ali će i povećati vijek trajanja izvora svjetlosti. U aplikacijama koje zahtijevaju veliku LED izlaznu snagu, neki krajnji korisnici odlučuju pokrenuti LED diode pri većim strujama od specifikacija u podatkovnom listu. Povećanje pogonske struje na ovaj način može povećati izlaz svjetlosti, ali donosi i određene rizike u pogledu performansi.
Pregrijavanje je čest problem koji će negativno utjecati na izlaz svjetlosti i vijek trajanja LED diode. Zbog mogućnosti trenutnog uključivanja LED diode, ljudi mogu brzo povremeno uključiti i isključiti LED. Primjene u fluorescenciji općenito zahtijevaju veću svjetlosnu snagu, a rad u pulsnom načinu rada (radni ciklus) obično se koristi za sigurnije povećanje struje LED diode. Radni ciklus odnosi se na postotak vremenskog perioda uključenog LED -a; razdoblje je ukupno vrijeme potrebno za dovršetak ciklusa prebacivanja. Na primjer, LED koji radi pri radnom ciklusu od 50% uključit će se točno pola vremena i pola vremena. Slika 2 prikazuje standardizirani izlaz svjetlosti pri različitim pogonskim strujama i radnim ciklusima.
Slika 2 Ovdje vidimo učinak promjenjivog radnog ciklusa na normaliziranu svjetlosnu snagu, dok vrijeme uključivanja ostaje konstantno na 500μs. Standardizirana snaga je relativna optička izlazna snaga, u usporedbi s optičkim izlazom najveće nazivne radne struje od 100 mA, koristeći odgovarajući hladnjak.
Rad LED pod velikom strujom utjecat će na temperaturu LED spoja, što će utjecati na temperaturu LED spoja te na vijek trajanja i izlaz svjetlosti. Optimiziranjem radnog ciklusa može se smanjiti utjecaj povećane pogonske struje na temperaturu spoja, čime se održavaju performanse LED dioda. Slika 3 prikazuje učinak utjecaja radnog ciklusa na održavanje temperature spoja LED -a. Radom s radnim ciklusom od 5% može se postići više od tri puta svjetlosne snage (kao što je prikazano na slici 2), s minimalnim utjecajem na temperaturu spoja.
Slika 3 Ovaj grafikon prikazuje utjecaj promjenjivog radnog ciklusa na temperaturu spoja, dok vrijeme uključivanja ostaje konstantno na 500μs.
Pregrijavanje će imati negativan utjecaj na izlaz svjetlosti i vijek trajanja LED diode. Dugoročno, ova toplina će smanjiti vijek trajanja LED diode. Prilikom projektiranja s UVC LED diodama, upravljanje toplinom vrlo je važno jer je udio energije pretvorene u toplinu veći od udjela LED s dugim valovima. Pravilno upravljanje toplinom može održavati temperaturu spoja na najnižoj temperaturi potrebnoj za datu primjenu i održavati performanse LED diode. Osim pasivnih i aktivnih metoda hlađenja, odabrana PCB također može donijeti bolje odvođenje topline.
Slika 4 Ovaj grafikon prikazuje temperaturu toplinske podloge (a) FR4 i PCB -a od aluminijske jezgre bez hladnjaka u usporedbi s temperaturom toplinske podloge (b) PCB -a od aluminijske jezgre sa i bez hladnjaka.
FR4 je jedan od najčešće korištenih PCB materijala zbog relativno niske cijene, ali ima i nisku toplinsku vodljivost. U sustavu s većim toplinskim opterećenjem u sustavu bolji je izbor PCB s metalnom jezgrom s boljom toplinskom vodljivošću. S povećanjem potražnje za rasipanjem topline, dizajneri se obično okreću povećanju površine PCB -a i dodavanju hladnjaka radi postizanja izvrsnog upravljanja toplinom. Ako je potrebno daljnje odvođenje topline, dizajneri mogu koristiti aktivnije tehnike hlađenja. Kako se performanse UVC LED dioda poboljšavaju, dizajneri iskorištavaju fleksibilnost projektiranja spektroskopskih instrumenata i reaktora za dezinfekciju. Prednosti LED dioda u ovim aplikacijama omogućuju kompaktniji, učinkovitiji i često isplativiji dizajn. S kontinuiranim razvojem ove tehnologije, pametni dizajneri pronaći će više načina da iskoriste prednosti UVC LED -a kako bi odgovorili na izazove ovih tržišta.
