Beskriva
Med förbättringen av UVC LED-prestanda får antagandet av denna relativt nya teknik fart inom life science och miljöövervakningsinstrument. Som med all ny teknik måste konstruktörerna vara medvetna om vissa grundläggande skillnader relaterade till befintliga lösningar, snarare än att anta "plug-in"-utbyten. Detta gör det möjligt för designers att inse de fulla fördelarna med UVC-lysdioder. Efter noggrant övervägande kan UVC-lysdioder minska fotavtrycket och strömförbrukningen, vilket ökar ägandekostnaden för slutanvändaren.
UVC-led i instrumentet
Uvc-lysdioderna för spektroskopi ökar eftersom de kan hantera marknadstrender kring miniatyrisering, kostnadsminskning och realtidsmätning. Till skillnad från deuterium- eller xenonblixtlampor är det spektrum som avges av lysdioden mycket smalt, och all ljusutgång av enheten kan användas för mätning. Användaren kan välja den specifika toppvåglängden av intresse enligt programkraven. I vissa tillämpningar har en standardiserad mätmetod utvecklats och kvicksilverlampans utsläppslinje är 254nm. Till exempel kräver vatten- och luftkvalitet mätt enligt EPA-standarder lysdioder för att nära matcha toppvåglängden på 254 nm. Tabell 1 visar några viktiga organiska föreningar inom life science-forskning, läkemedelsproduktion och miljöövervakning, som kan identifieras genom spektroskopi.
Tabell 1 Vanliga organiska föreningar med toppabsorptionsvåglängd
Ett annat huvudstandardinstrument för val av ljuskälla är ljuseffekten för toppvåglängden. Eftersom lysdioden har en enda topp, till skillnad från andra UV-lampor, är ljuseffekten koncentrerad till en specifik våglängd. Absorptionsspektroskopiapplikationer kräver vanligtvis låga nivåer av ljusutgång -1 mW eller mindre. Om flödescellen är isolerad från ljuskällan krävs dock en högre utgång på grund av den signifikanta ljusdämpningen innan signalen når batteriet. Detta kan öka den ljuseffekt som krävs av lysdioden till mer än 1 mW. I fluorescensspektroskopi är signalintensiteten direkt proportionell mot ljusintensiteten. Excitationseffekten beror på den spårkoncentrationsnivå som måste detekteras, så i dessa applikationer kan den ljuseffekt som krävs av en enda lysdiod vara större än 2 mW. Figur 1 visar bestrålningsjämförelsen mellan vanliga UV-ljuskällor i instrumentet. Även om lysdiodens ingångseffekt är mycket mindre, är den nödvändiga UVC-våglängdsstrålningen högre än andra ljuskällor, vilket gör den till en effektivare ljuskälla för specifika mätningar.
Bild 1 I detta diagram jämförs bestrålningen av UVC-lysdiod, xenonblixtlampa och deuteriumlampa.
När du har valt våglängd och ljusutgång är en annan viktig parameter betraktningsvinkeln, eftersom den kommer att påverka instrumentets optiska system. I stort sett finns det två alternativ-smal vinkel eller vidvinkel. Den förstnämnda uppnås med en sfärisk lins, och den senare har ett platt fönster. Den smala betraktningsvinkeln gör det möjligt att få fram högintensivt ljus i ett litet område. Denna typ av förpackning används vanligtvis när du fokuserar ljus direkt i instrumentet.
Planfönsterpaketet har ett bredare strålningsmönster och har en större tolerans för inriktning mot den optiska fibern och kan användas för fjärrkoppling. Den är särskilt lämplig för tillämpningar där flödescellen måste isoleras från ljuskällan och elektronisk utrustning, såsom övervakning av kemiska processer vid höga temperaturer eller hög flyktig lösningsmedelskkromatografi. I praktiska tillämpningar kan den sfäriska linsen med snäv vinkel hålla komponenterna i instrumentet till ett minimum, medan det plana fönstret kan förbättra designflexibiliteten.
Optimera drivströmmen så att designern kan balansera kraven på ljusutgång och applikationslivslängd. Om du kör lysdioden under tillverkarens nominella ström minskar ljuseffekten, men ljuskällans livslängd ökar också. I program som kräver hög LED-utgång väljer vissa slutanvändare att köra lysdioder med högre strömmar än specifikationer för datablad. Att öka drivströmmen på detta sätt kan öka ljuseffekten, men det medför också vissa prestandarisker.
Överhettning är ett vanligt problem som kommer att påverka lysdiodens ljusutgång och livslängd negativt. På grund av lysdiodens omedelbara växlingsförmåga kan människor snabbt slå på och stänga av lysdioden regelbundet. Applikationer i fluorescens kräver i allmänhet högre ljusutgång, och pulsläge (arbetscykel) används vanligtvis för att säkrare öka LED-strömmen. Med tjänstecykel avses procentandelen av en tidsperiod som lysdioden är på. perioden är den totala tid som krävs för att slutföra en omkopplingscykel. Till exempel slås en lysdiod som arbetar med en 50% arbetscykel på exakt hälften av tiden och halva tiden. Figur 2 visar den standardiserade ljuseffekten vid olika drivströmmar och arbetscykler.
Figur 2 Här ser vi effekten av varierande arbetscykel på normaliserad ljuseffekt, medan tidsförloppet förblir konstant vid 500 μs. Den standardiserade effekten är den relativa optiska uteffekten, jämfört med den optiska utgången av den maximala nominella driftströmmen på 100 mA, med hjälp av en lämplig kylfläns.
Om lysdioden led-lysdioden led-lysdioden led-korsningstemperaturen led-lysdioden ledas under hög ström påverkas LED-kopplingstemperaturen, vilket påverkar LED-kopplingstemperaturen och påverkar livslängden och ljuseffekten. Att optimera arbetscykeln kan minimera effekten av ökad drivström på korsningstemperaturen och därmed bibehålla LED-prestanda. Figur 3 illustrerar effekten av att påverka arbetscykeln när det gäller att bibehålla led-lysdiodens kopplingstemperatur. Genom att arbeta med en arbetscykel på 5 % kan mer än tre gånger ljuseffekten uppnås (enligt figur 2), med minimal påverkan på korsningstemperaturen.
Figur 3 Detta diagram visar effekten av varierande arbetscykel på korsningstemperaturen medan tidsförloppet förblir konstant vid 500 μs.
Överhettning kommer att ha en negativ inverkan på lysdiodens ljusutgång och livslängd. På lång sikt kommer denna värme att minska lysdiodens livslängd. Vid design med UVC-lysdioder är termisk hantering mycket viktig eftersom andelen energi som omvandlas till värme är större än andelen långvågiga lysdioder. Korrekt termisk hantering kan hålla kopplingstemperaturen vid den lägsta temperatur som krävs för en viss applikation och upprätthålla lysdiodens prestanda. Förutom passiva och aktiva kylmetoder kan det valda kretskortet också ge bättre värmeavledning.
Bild 4 Detta diagram visar termisk dynatemperatur (a) av FR4 och aluminiumkärn PCB utan kylfläns jämfört med termisk dyna temperatur (b) av aluminiumkärn PCB med och utan kylfläns.
FR4 är ett av de vanligaste PCB-materialen på grund av sin relativt låga kostnad, men det har också låg värmeledningsförmåga. I ett system med högre värmebelastning i systemet är en metallkärnig PCB med bättre värmeledningsförmåga ett bättre val. När efterfrågan på värmeavledning ökar vänder sig designers vanligtvis till att öka PCB-området och lägga till kylflänsar för att uppnå utmärkt termisk hantering. Om ytterligare värmeavledning krävs kan designers använda mer aktiva kyltekniker. När UVC-lysdiodernas prestanda förbättras utnyttjar konstruktörerna designflexibiliteten hos spektroskopiska instrument och desinfektionsreaktorer. Fördelarna med lysdioder i dessa applikationer möjliggör mer kompakta, effektiva och ofta mer kostnadseffektiva konstruktioner. Med den kontinuerliga utvecklingen av denna teknik kommer smarta designers att hitta fler sätt att använda fördelarna med UVC LED för att möta utmaningarna på dessa marknader.
