Menerangkan
Dengan peningkatan prestasi LED UVC, penggunaan teknologi yang agak baru ini semakin momentum dalam sains kehidupan dan instrumen pemantauan alam sekitar. Seperti semua teknologi baru muncul, pereka mesti menyedari beberapa perbezaan asas yang berkaitan dengan penyelesaian yang sedia ada, dan bukannya menganggap penggantian "plug-in". Ini membolehkan pereka menyedari kelebihan penuh UVC LED. Selepas pertimbangan yang teliti, LED UVC boleh mengurangkan jejak kaki dan penggunaan kuasa meningkatkan kos pemilikan untuk pengguna akhir.
LED UVC dalam instrumen
Minat LED UVC untuk spectroscopy semakin meningkat kerana mereka dapat menangani trend pasaran sekitar miniaturisasi, pengurangan kos, dan pengukuran masa nyata. Tidak seperti deuterium atau lampu kilat xenon, spektrum yang dikeluarkan oleh LED sangat sempit, dan semua output cahaya peranti boleh digunakan untuk pengukuran. Pengguna boleh memilih gelombang puncak tertentu yang menarik mengikut keperluan aplikasi. Dalam aplikasi tertentu, kaedah pengukuran standard telah dibangunkan, dan garis pelepasan lampu merkuri adalah 254nm. Sebagai contoh, kualiti air dan udara yang diukur mengikut piawaian EPA memerlukan LED untuk memadankan gelombang puncak 254 nm. Jadual 1 menunjukkan beberapa sebatian organik penting dalam penyelidikan sains hayat, pengeluaran dadah dan pemantauan alam sekitar, yang boleh dikenal pasti oleh spectroscopy.
Jadual 1 Sebatian organik biasa dengan gelombang penyerapan puncak
Satu lagi instrumen standard utama untuk pemilihan sumber cahaya adalah output cahaya gelombang puncak. Kerana LED mempunyai puncak tunggal, tidak seperti lampu UV lain, output cahaya tertumpu pada gelombang tertentu. Aplikasi spektroskopi penyerapan biasanya memerlukan tahap output cahaya-1 mW yang rendah atau kurang. Walau bagaimanapun, dalam kes di mana sel aliran diasingkan dari sumber cahaya, output yang lebih tinggi diperlukan kerana attenuasi cahaya yang ketara sebelum isyarat mencapai bateri. Ini boleh meningkatkan output cahaya yang diperlukan oleh LED kepada lebih daripada 1 mW. Dalam spektroskopi fluorescence, intensiti isyarat secara langsung berkadar dengan intensiti cahaya. Kuasa pengusiran bergantung pada tahap kepekatan surih yang perlu dikesan, jadi dalam aplikasi ini, output cahaya yang diperlukan oleh LED tunggal mungkin lebih besar daripada 2 mW. Rajah 1 menunjukkan perbandingan irradiance antara sumber cahaya UV biasa dalam instrumen. Walaupun kuasa input LED jauh lebih kecil, irradiance gelombang UVC yang diperlukan adalah lebih tinggi daripada sumber cahaya lain, menjadikannya sumber cahaya yang lebih berkesan untuk pengukuran tertentu.
Rajah 1 Carta ini membandingkan irradiance LED UVC, lampu kilat xenon dan lampu deuterium.
Selepas memilih gelombang dan output cahaya, parameter penting lain adalah sudut tontonan, kerana ia akan menjejaskan sistem optik instrumen. Secara umumnya, terdapat dua sudut pilihan-sempit atau sudut lebar. Yang terdahulu dicapai dengan lensa sfera, dan yang terakhir mempunyai tingkap rata. Sudut tontonan sempit membolehkan cahaya berintensiti tinggi diperolehi di kawasan kecil. Pakej jenis ini biasanya digunakan apabila memfokus cahaya terus ke dalam instrumen.
Pakej tetingkap pesawat mempunyai corak radiasi yang lebih luas, dan mempunyai toleransi yang lebih besar untuk penjajaran dengan gentian optik, dan boleh digunakan untuk gandingan jauh. Ia amat sesuai untuk aplikasi di mana sel aliran mesti diasingkan dari sumber cahaya dan peralatan elektronik, seperti memantau proses kimia suhu tinggi atau kromosom pelarut yang tinggi. Dalam aplikasi praktikal, lensa sfera sudut sempit boleh menyimpan komponen dalam instrumen sekurang-kurangnya, manakala tetingkap rata boleh meningkatkan fleksibiliti reka bentuk.
Optimumkan arus pemacu, supaya pereka dapat mengimbangi output cahaya dan keperluan hayat aplikasi. Memandu LED di bawah arus yang diberi nilai pengeluar akan mengurangkan output cahaya, tetapi juga akan meningkatkan hayat sumber cahaya. Dalam aplikasi yang memerlukan kuasa output LED yang tinggi, sesetengah pengguna akhir memilih untuk menjalankan LED pada arus yang lebih tinggi daripada spesifikasi helaian data. Meningkatkan arus pemacu dengan cara ini boleh meningkatkan output cahaya, tetapi ia juga membawa risiko prestasi tertentu.
Terlalu panas adalah masalah biasa yang akan memberi kesan negatif kepada output cahaya dan kehidupan LED. Oleh kerana keupayaan penukaran LED secara serta-merta, orang boleh menghidupkan dan mematikan LED dengan cepat. Aplikasi dalam pendarguran biasanya memerlukan output cahaya yang lebih tinggi, dan operasi mod denyutan (kitaran duti) biasanya digunakan untuk meningkatkan arus LED dengan lebih selamat. Kitaran duti merujuk kepada peratusan tempoh masa led dihidupkan; tempoh adalah jumlah masa yang diperlukan untuk melengkapkan kitaran penukaran. Sebagai contoh, LED yang beroperasi pada kitaran duti 50% akan menghidupkan tepat separuh masa dan separuh masa. Rajah 2 menunjukkan output cahaya standard pada pelbagai arus pemacu dan kitaran tugas.
Rajah 2 Di sini, kita melihat kesan kitaran duti yang berbeza-beza pada output cahaya yang dinormalkan, manakala pada masa kekal malar pada 500μs. Kuasa standard adalah kuasa output optik relatif, berbanding dengan output optik arus operasi berkadar maksimum 100 mA, menggunakan sinki haba yang sesuai.
Mengendalikan LED di bawah arus tinggi akan menjejaskan suhu persimpangan LED, yang akan menjejaskan suhu persimpangan LED dan menjejaskan kehidupan dan output cahaya. Mengoptimumkan kitaran duti boleh meminimumkan kesan peningkatan arus pemacu pada suhu persimpangan, dengan itu mengekalkan prestasi LED. Rajah 3 menggambarkan kesan mempengaruhi kitaran tugas pada mengekalkan suhu persimpangan LED. Dengan bekerja dengan kitaran duti 5%, lebih daripada tiga kali output cahaya boleh dicapai (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2), dengan kesan minimum pada suhu persimpangan.
Rajah 3 Graf ini menunjukkan kesan kitaran duti yang berbeza-beza pada suhu persimpangan manakala pada masa kekal malar pada 500μs.
Terlalu panas akan memberi kesan negatif kepada output cahaya dan kehidupan LED. Dalam jangka masa panjang, haba ini akan mengurangkan jangka hayat LED. Apabila mereka bentuk dengan LED UVC, pengurusan haba adalah sangat penting kerana bahagian tenaga yang ditukar menjadi haba adalah lebih besar daripada LED gelombang panjang. Pengurusan haba yang betul boleh mengekalkan suhu persimpangan pada suhu terendah yang diperlukan untuk permohonan yang diberikan dan mengekalkan prestasi LED. Sebagai tambahan kepada kaedah penyejukan pasif dan aktif, PCB yang dipilih juga boleh membawa disipulasi haba yang lebih baik.
Rajah 4 Graf ini menunjukkan suhu pad haba (a) FR4 dan PCB teras aluminium tanpa sinki haba berbanding suhu pad haba (b) PCB teras aluminium dengan dan tanpa sinki haba.
FR4 adalah salah satu bahan PCB yang paling biasa digunakan kerana kosnya yang agak rendah, tetapi ia juga mempunyai ketahanan haba yang rendah. Dalam sistem dengan beban haba yang lebih tinggi dalam sistem, PCB teras logam dengan ketahanan haba yang lebih baik adalah pilihan yang lebih baik. Oleh kerana permintaan untuk disipation haba meningkat, pereka biasanya beralih kepada meningkatkan kawasan PCB dan menambah sinki haba untuk mencapai pengurusan haba yang sangat baik. Jika disipulasi haba selanjutnya diperlukan, pereka boleh menggunakan teknik penyejukan yang lebih aktif. Apabila prestasi LED UVC bertambah baik, pereka mengambil kesempatan daripada fleksibiliti reka bentuk instrumen spektroskopik dan reaktor pembasmian kuman. Kelebihan LED dalam aplikasi ini membolehkan reka bentuk yang lebih padat, cekap, dan selalunya lebih kos efektif. Dengan perkembangan teknologi ini yang berterusan, pereka pintar akan mencari lebih banyak cara untuk menggunakan kelebihan UVC LED untuk memenuhi cabaran pasaran ini.
