Kad 320 nm UV lampa apstaro COP (Cyclo Olefin Polymer) materiāla lēcu, galvenais princips, kas izraisa temperatūras paaugstināšanos, ir fotonu enerģijas ne--pārejas absorbcija. Vienkārši sakot, lai gan COP materiāliem ir lieliska ultravioletās gaismas caurlaidība, tie nevar ļaut 100% no 320 nm fotoniem iziet cauri. Šo iesprostoto fotonu enerģija nevar pazust no zila gaisa; tie saduras ar materiāla molekulām, izraisot intensīvu molekulāro vibrāciju, tādējādi tieši pārvēršot gaismas enerģiju siltumenerģijā. Turklāt infrasarkanais starojums, kas pavada gaismas avotu (ja tāds ir), un pašas LED mikroshēmas siltuma vadītspēja arī pārklāsies, lai izraisītu objektīva temperatūras paaugstināšanos.
Vairāk nekā desmit gadus strādājot optiskajās laboratorijās, esmu redzējis neskaitāmus gadījumus, kad "fototermiskā efekta" neievērošanas dēļ radās lēcu deformācija un pat apdegums. Es atceros, ka reiz testēju lielas -jaudas UV cietēšanas ierīci; vienkārši tāpēc, ka viļņa garums novirzījās par 5 nm, sākotnēji caurspīdīgais objektīvs kļuva karsts un dažu minūšu laikā kļuva dzeltens. Tas man iemācīja, ka detaļas nosaka panākumus vai neveiksmes. Īpaši, ja runa ir par augstas-enerģijas viļņu joslām, piemēram, 320 nm, izprast pamatā esošos fiziskos mehānismus ir daudz svarīgāk nekā tikai aplūkot parametru tabulas.
Siltuma ģenerēšana ar molekulāro vibrāciju: COP molekulas absorbē daļu no UV fotonu enerģijas, izraisot režģa vibrāciju, un mikroskopiskā kinētiskā enerģija tiek pārvērsta makroskopiskā siltumā.
Ne 100% gaismas caurlaidība: 320 nm atrodas UVB joslas malā. COP šajā viļņu joslā ir raksturīgs absorbcijas koeficients; jo lielāks biezums, jo vairāk siltuma tiek absorbēts.
Stoksa maiņa: daļa gaismas enerģijas pēc ierosināšanas netiek izstarota atpakaļ{0}}gaismas veidā, bet gan izkliedēta kā siltums (ne--izstarojoša relaksācija).
Gaismas avota termiskais starojums: Ja UV lampas lodīšu iepakošanas process ir slikts, papildus ultravioletajai gaismai tiks izstarots arī pavadošais siltums (infrasarkanā viļņu josla).
Novecošanas pozitīvas atsauksmes: ilgstoša{0}}apstarošana izraisa materiāla novecošanos un dzeltēšanu. Dzeltētie materiāli absorbē vairāk ultravioletās gaismas, kā rezultātā temperatūra vairs nav -kontrolējama-.
Enerģijas blīvuma fokusēšana: Augsts izstarojums (mW/cm²) nozīmē, ka uz tilpuma vienību uzkrātā enerģija pārsniedz materiāla siltumvadītspējas siltuma izkliedes ātrumu.
Daudzi inženieru draugi jautā, vai COP materiāls nav pazīstams kā "optiskā{0}} plastmasa?" Kāpēc tas joprojām rada siltumu? Patiesībā tas ir jāsāk no mikroskopiskās pasaules.
Fotonu enerģijas absorbcija un molekulārā vibrācija: izpratne par siltuma veidošanos no mikroskopiskā viedokļa
Jūs varat iedomāties UV gaismas staru kā neskaitāmas "enerģijas lodes", kas lido lielā ātrumā. Vienam fotonam ar viļņa garumu 320 nm ir ārkārtīgi liela enerģija. Kad šīs "lodes" iziet cauri COP objektīvam, lielākā daļa no tām iziet cauri gludi, bet neliela daļa saduras ar COP polimēru ķēdēm.
Šīs ietekmētās molekulas ir kā stumšanas, kas sāk spēcīgi "kratīt" vai "berzēt". Fizikā šādu mikroskopisku daļiņu neregulāras kustības pastiprināšanās makroskopiski izpaužas kā temperatūras paaugstināšanās. Šis ir visvienkāršākais process gaismas enerģijas pārvēršanai iekšējā enerģijā.
Saistība starp gaismas caurlaidību un COP materiālu absorbcijas koeficientu UVB joslā
Lai gan COP ir gandrīz pilnībā caurspīdīga redzamajai gaismai, situācija ir atšķirīga ultravioletajā joslā . 320nm, kas pieder UVB joslas malai (280nm - 315nm/320nm).
Šajā viļņu joslā COP materiāli nav pilnībā "neredzami". Tam ir noteikts absorbcijas koeficients. Pat ja absorbcijas koeficients ir tikai 5%, augsta -jaudas blīvuma UV lampai, šie 5% enerģijas, kas nogulsnējas nelielajā lēcas tilpumā, ir pietiekami, lai īsā laikā izraisītu temperatūras paaugstināšanos par desmitiem grādu.
Ne{0}}izstarojošās pārejas dominējošā loma temperatūras paaugstināšanā
Šis ir jēdziens, kas izklausās akadēmisks, bet patiesībā ir viegli saprotams. Pēc tam, kad materiāla molekulas absorbē fotonu enerģiju un pāriet uz "satrauktu stāvokli", tām šī enerģija ir jāatbrīvo, lai atgrieztos "stabilā stāvoklī" (pamatstāvoklī).
Padoms: "Optiskajās sistēmās enerģijas saglabāšana ir dzelzs likums. Ja absorbētā gaismas enerģija netiek izstarota kā fluorescence (radiatīvā pāreja), tad gandrīz 100% no tās tiks pārveidota siltumenerģijā ar režģa vibrāciju. Tā ir tā -sauktā ne-radiatīvā pāreja, un tā ir arī galvenais vaininieks, kas izraisa objektīva uzsilšanu."
320 nm viļņa garuma raksturlielumi un optiskās mijiedarbības mehānisms ar COP materiāliem
UVB joslas augstas-enerģijas fotonu raksturlielumu analīze
Fotonu enerģija pie 320 nm ir aptuveni 3,88 eV (elektronvolti). Tas ir daudz augstāks par zilās vai zaļās gaismas enerģiju, ko mēs redzam katru dienu. Šādi augstas enerģijas{4}}fotoni var saraut ķīmiskās saites.
COP objektīviem tas nozīmē, ka tie tiek pakļauti ne tikai "gaismas apstarošanas", bet arī augstas{0}intensitātes enerģijas bombardēšanai. Ja gaismas avots ir netīrs un sajaukts ar īsāka -viļņa garuma gaismu (piemēram, zem 300 nm), materiāla sildīšanas un novecošanās ietekme palielināsies eksponenciāli.
COP (cikloolefīna polimēra) molekulārās struktūras reakcija uz konkrētiem viļņu garumiem
COP materiāli ir populāri to zemās ūdens absorbcijas un augstās caurspīdīguma dēļ. Tomēr noteiktas ķīmiskās saites to molekulārajā struktūrā var "rezonēt" ar 320 nm gaismu.
Tiklīdz notiek rezonanses absorbcija, gaismas enerģija lielā mērā tiks ieslodzīta. Dažādas COP pakāpes (piemēram, Zeonex vai Topas) darbojas nedaudz atšķirīgi pie 320 nm, taču kopumā, viļņa garumam mainoties uz īso viļņu virzienu, gaismas caurlaidība strauji samazināsies un attiecīgi strauji palielināsies siltuma absorbcija.
Alus{0}}Lamberta likuma piemērošana lēcas biezuma un siltuma absorbcijas aprēķināšanai
Šeit darbojas vienkāršs fiziskais likums-Alus-Lamberta likums. Tas mums norāda, ka absorbcija ir proporcionāla gaismas iespiešanās ceļa garumam (ti, lēcas biezumam).
Vienkārši sakot, jo biezāks ir jūsu objektīvs, jo mazāk gaismas var iziet cauri, un jo vairāk gaismas tiek "absorbēts" un pārvērsts siltumā. Tāpēc, izstrādājot 320 nm optisko sistēmu, objektīva padarīšana pēc iespējas plānāka ir vienkārša un efektīva inženierijas metode temperatūras paaugstināšanās samazināšanai.
Fiziski mainīgie lielumi, kas ietekmē lēcu strauju temperatūras paaugstināšanos
Nelineāra saistība starp izstarojumu un enerģijas uzkrāšanos{0}}
Daudzi cilvēki kļūdaini uzskata, ka temperatūras paaugstināšanās ir lineāra: jo ilgāk lampa ir ieslēgta, jo karstāks tas kļūst. Patiesībā tas nav-lineārs.
Kad izstarojums (mW/cm²) sasniedz noteiktu slieksni, siltums materiāla iekšpusē nevar tikt izkliedēts ar virsmas konvekciju laikā, un siltums "uzkrāsies" objektīva centrā. Šī siltuma uzkrāšanās izraisīs strauju vietējās temperatūras paaugstināšanos, veidojot "karstos punktus", kas ir bīstamāki nekā vienmērīga karsēšana un var viegli izraisīt objektīva plaisāšanu.
Nepārtrauktā viļņa (CW) un impulsa platuma modulācijas (PWM) režīmu ietekme uz termiskās relaksācijas laiku
Ja UV lampa tiek pastāvīgi ieslēgta (CW režīms), objektīvam nebūs "elpošanas" laika.
Saskaņā ar fototermālo laboratoriju salīdzinošajiem testu datiem ar tādu pašu vidējo jaudu, izmantojot impulsa (PWM) braukšanas režīmu ar 50% darba ciklu, objektīva virsmas maksimālo temperatūru var samazināt par 15% līdz 25%, salīdzinot ar nepārtraukta viļņa režīmu. Tas ir tāpēc, ka impulsu intervāls nodrošina materiālam "termiskās relaksācijas" laiku, ļaujot siltumam izvadīt.
Stoksa nobīde: siltuma zudumu komponents fluorescences efektā
Dažreiz jūs atklāsit, ka COP lēcas intensīvā UV starojumā izstaro vāji zilu gaismu; tas ir fluorescences efekts. Bet tas nav labi.
To sauc par Stoksa maiņu. Piemēram, materiāls absorbē 320 nm gaismu un izstaro 400 nm fluorescenci. Kur paliek enerģijas atšķirība starp tām (320 nm gaismai ir lielāka enerģija nekā 400 nm gaismai)? Jā, tas viss tiek pārvērsts siltumā un paliek objektīvā.
COP materiālu termiskās veiktspējas ierobežojumi un atteices riski
Mēs pievēršam tik lielu uzmanību temperatūras paaugstināšanai, jo materiāliem ir ierobežojumi. Kad sarkanā līnija būs šķērsota, sekas būs nopietnas.
Katrai plastmasai ir "mīkstināšanas punkts", ko sauc par stiklošanās temperatūru (Tg). COP materiāliem tas parasti ir no 100 grādiem līdz 160 grādiem (atkarībā no pakāpes).
Ja 320 nm apstarošanas radītā siltuma dēļ objektīva temperatūra tuvojas Tg, lēca kļūs mīksta. Iekšējā sprieguma atbrīvošanās dēļ precīzi izstrādātā izliektā virsma tiks nedaudz deformēta. Precīzām optiskām sistēmām tas nozīmē, ka optiskais ceļš novirzās un fokusēšana neizdodas.
Šis ir apburtais cikls. Ilgstoša -apstarošana ar 320 nm ultravioleto gaismu pārtrauks COP polimēru ķēdes, radīs brīvos radikāļus un izraisīs materiāla dzeltēšanu.
Dzeltenai lēcai būs straujš pieaugumsUV gaismāabsorbcijas ātrums. Sākotnēji caurspīdīgais objektīvs kļūst par "siltuma absorbētāju", un tā temperatūra būs daudz augstāka nekā jaunam objektīvam, kas galu galā novedīs pie izdegšanas.
Spektrālās tīrības (FWHM) nozīme: infrasarkanā parazitārā starojuma samazināšana
Zemas-kvalitatīvas UV lampas lodītes izstaro ne tikai 320 nm ultravioleto gaismu, bet arī lielu infrasarkanā (IR) starojuma daudzumu. Infrasarkanais starojums ir tīrs termiskais starojums,{3}}tas nav paredzēts sacietēšanai vai sterilizācijai, un tas tikai veicina lēcas sildīšanu.
Izvēlieties ražotājus ar nobriedušu iepakošanas tehnoloģiju, s. To lampu lodītēm ir augsta spektrālā tīrība un šaurs pilnais platums uz pusi maksimuma (FWHM), kas samazina nelietderīgo infrasarkano termisko starojumu un būtiski "samazina siltuma veidošanos". Detalizētas lampas lodīšu specifikācijas, lūdzu, skatietUVA320nm lampas lodītes: funkcijas un pielietojums.
LED paketes termiskās pretestības ietekme uz apkārtējās vides temperatūru un objektīva konvektīvo siltuma izkliedi
Daudzos gadījumos objektīva sildīšanu neizraisa gaismas apstarošana, bet gan tieša siltuma vadīšana no pamatā esošās LED mikroshēmas.
Ja LED lampas lodītei ir augsta termiskā pretestība, mikroshēmas radīto siltumu nevar efektīvi izkliedēt. Šis notvertais siltums sasilda apkārtējo gaisu, pārvēršot telpu ap COP objektīvu par "krāsni". Apvienojumā ar siltuma absorbciju no gaismas starojuma, objektīva temperatūra neizbēgami palielināsies. UV gaismas diodes, kas iepakotas uz keramikas pamatnēm ar zemu termisko pretestību, nodrošina efektīvu siltuma pārnesi uz siltuma izlietni, novēršot siltuma pārnesi uz augšu uz objektīvu.
Optiskā dizaina optimizācija: lokālo karsto punktu samazināšana, izmantojot objektīva izliekuma regulēšanu
Pareizs optiskais dizains var būt ļoti svarīgs temperatūras kontrolei. Optimizējot objektīva izliekumu, gaisma var vienmērīgāk iziet cauri objektīvam, izvairoties no pārmērīgas enerģijas fokusēšanas uz noteiktiem objektīva apgabaliem. Izkliedējošais enerģijas blīvums tieši nozīmē izkliedējošu siltuma koncentrāciju.
UV lampas viļņa garuma mērīšanas un termiskā efekta pārbaudes standarti
Kā pēc UV lampu iegādes pārbaudīt, vai to viļņa garums un termiskais efekts atbilst prasībām?
Precīzs 320 nm maksimālā viļņa garuma mērījums, izmantojot integrējošu sfēru un spektrometru
Nekad nepaļaujieties tikai uz norādītajām specifikācijām. Ir svarīgi veikt testus, izmantojot augstas precizitātes spektrālo analizatoru, kas savienots pārī ar integrējošu sfēru, lai apstiprinātu, ka maksimālais viļņa garums ir precīzi aptuveni 320 nm. Ja viļņa garums nobīdās līdz 300 nm vai zemākam, COP materiālu bojājumi palielināsies eksponenciāli, un rezultātā temperatūras paaugstināšanās kļūs daudz smagāka.
Termiskās attēlveidošanas tehnoloģijas pielietojums COP objektīva virsmas temperatūras sadalījuma uzraudzībā
Nav nepieciešams uzminēt temperatūru,{0}}var to tieši vizualizēt, izmantojot infrasarkano staru termoattēlu, lai uzņemtu darbības objektīvu.
Jūs atklāsiet, ka siltums reti tiek sadalīts vienmērīgi; objektīva centrs parasti ir karstākais punkts. Termiskā attēlveidošana nodrošina skaidru, intuitīvu priekšstatu par siltuma izkliedes mirušajām zonām, ļaujot mērķtiecīgi pielāgot gaisa vadus vai gaismas avotu attālumus, lai uzlabotu siltuma pārvaldību.
Q&A:
Ar garāku viļņa garumu 365 nm UV gaismai ir salīdzinoši mazāka enerģija. Turklāt COP materiāliem parasti ir labāka gaismas caurlaidība pie 365 nm nekā pie 320 nm. Tāpēc ar tādu pašu optisko jaudu temperatūras paaugstināšanās, ko izraisa 320 nm UV starojums, parasti ir ievērojami augstāka nekā 365 nm UV starojuma paaugstināšanās. Tieši tāpēc, izmantojot 320 nm UV lampas, lielāka uzmanība jāpievērš siltuma izkliedes dizainam.
Jā, tas ir ārkārtīgi bīstami. Var rasties gaismas diodessarkanā maiņavaizilā maiņatemperatūrai paaugstinoties. Ja siltuma izkliede ir nepietiekama, savienojuma temperatūra palielināsies, izraisot viļņa garuma novirzi. Šī novirze var novirzīt viļņa garumu uz joslu, kurā COP materiāliem ir augstāks absorbcijas ātrums, izraisot nekontrolētu temperatūras paaugstināšanos.
Izstarojums samazinās apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam, attālumam palielinoties. Šis ir kompromisa{1}}process. Jums jāatrod asalda vieta-attālums, kas ne tikai nodrošina pietiekamu UV intensitāti, lai pabeigtu sacietēšanas vai sterilizācijas uzdevumus, bet arī uztur objektīva temperatūru zem stikla pārejas temperatūras (Tg), izmantojot gaisa konvekciju.
Plastmasas materiālu vidū COP pašlaik ir labākais sniegums. Lai gan tas arī radīs siltumu, salīdzinot ar PMMA (kas ir pakļauts mitruma absorbcijai un deformācijai) un PC (kas spēcīgi absorbē ultravioleto gaismu), COP ir labākā izvēle, kas līdzsvaro gaismas caurlaidību un siltuma pretestību. Ja budžets atļauj, kausētais silīcija stikls noteikti ir ideāls risinājums, jo tas neuzsūc siltumu un nenoveco. Tomēr tā izmaksas ir desmitiem reižu lielākas par COP.
Rezumējot, COP lēcu temperatūras paaugstināšanās, ko izraisa 320 nm UV lampas apstarošana, ir neizbēgama parādība fotofizikā, kuru nevar pilnībā novērst, bet to var pilnībā kontrolēt.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-flod-light/uv-led-flod-light.html
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/outdoor-arena-stadium-lighting-flod-lights.html
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-black-light-for-halloween.html
