Kai 320 nm UV lempa apšvitina COP (Cyclo Olefin Polymer) medžiagos lęšį, pagrindinis principas, sukeliantis temperatūros kilimą, yra ne-spinduliuojantis fotonų energijos sugertis. Paprasčiau tariant, nors COP medžiagos turi puikų ultravioletinės šviesos pralaidumą, jos negali leisti 100% 320 nm fotonų. Tų įstrigusių fotonų energija negali dingti iš oro; jie susiduria su medžiagų molekulėmis, sukeldami intensyvią molekulinę vibraciją, taip tiesiogiai paversdami šviesos energiją į šiluminę energiją. Be to, infraraudonoji spinduliuotė, lydinti šviesos šaltinį (jei yra), ir paties LED lusto šilumos laidumas taip pat sukels objektyvo temperatūros kilimą.
Daugiau nei dešimtmetį dirbdamas optikos laboratorijose, mačiau ne vieną atvejį, kai dėl „fototerminio efekto“ nepaisymo lęšis deformavosi ir net apdegė. Prisimenu, kažkada išbandžiau didelės-galios UV kietėjimo įrenginį; vien dėl to, kad bangos ilgis nukrypo 5 nm, iš pradžių skaidrus lęšis per kelias minutes įkaisdavo ir pagelto. Tai mane išmokė, kad detalės lemia sėkmę ar nesėkmę. Ypač kai kalbama apie didelės-energijos bangų juostas, pvz., 320 nm, suprasti pagrindinius fizinius mechanizmus yra svarbiau nei tiesiog žiūrėti į parametrų lenteles.
Šilumos generavimas naudojant molekulinę vibraciją: COP molekulės sugeria dalį UV fotonų energijos, sukeldamos gardelės vibraciją, o mikroskopinė kinetinė energija paverčiama makroskopine šiluma.
Ne 100% šviesos pralaidumas: 320 nm yra UVB juostos pakraštyje. Šiame bangų diapazone COP yra būdingas sugerties koeficientas; kuo didesnis storis, tuo daugiau šilumos sugeriama.
Stokso pamaina: Dalis šviesos energijos po sužadinimo neišspinduliuoja{0}} šviesos pavidalu, o išsisklaido kaip šiluma (nespinduliuojantis atsipalaidavimas).
Šviesos šaltinio šiluminė spinduliuotė: Jei UV lempos granulių pakavimo procesas yra prastas, be ultravioletinių spindulių bus išspinduliuojama ir lydima šiluma (infraraudonųjų spindulių bangų juosta).
Senėjimo teigiami atsiliepimai: Ilgalaikis{0}}švitinimas sukelia medžiagos senėjimą ir pageltimą. Geltonos medžiagos sugeria daugiau ultravioletinių spindulių, todėl temperatūra toliau -nekontroliuojama-.
Energijos tankio fokusavimas: Didelė apšvita (mW/cm²) reiškia, kad tūrio vienetui sukaupta energija viršija medžiagos šilumos laidumo šilumos išsklaidymo greitį.
Daugelis draugų inžinierių klausia, ar ne COP medžiaga vadinama „optiniu{0}}klasės“ plastiku? Kodėl jis vis dar gamina šilumą? Tiesą sakant, tai turi prasidėti nuo mikroskopinio pasaulio.
Fotonų energijos absorbcija ir molekulinė vibracija: šilumos susidarymo supratimas mikroskopiniu požiūriu
UV šviesos spindulį galite įsivaizduoti kaip daugybę dideliu greičiu lekiančių „energijos kulkų“. Vienas fotonas, kurio bangos ilgis yra 320 nm, turi labai didelę energiją. Kai šios „kulkos“ praeina pro COP objektyvą, dauguma jų prasiskverbia sklandžiai, tačiau nedidelė dalis susiduria su COP polimerinėmis grandinėmis.
Šios paveiktos molekulės tarsi stumdomos, pradeda smarkiai „drebėti“ arba „trinti“. Fizikoje tokių mikroskopinių dalelių netaisyklingo judėjimo sustiprėjimas makroskopiškai pasireiškia kaip temperatūros kilimas. Tai pats paprasčiausias šviesos energijos pavertimo vidine energija procesas.
Ryšys tarp šviesos pralaidumo ir COP medžiagų sugerties koeficiento UVB juostoje
Nors COP yra beveik visiškai skaidrus matomai šviesai, situacija yra kitokia ultravioletinių spindulių juostoje . 320nm priklauso UVB juostos kraštui (280 nm - 315nm/320 nm).
Šioje bangų juostoje COP medžiagos nėra visiškai „nematomos“. Jis turi tam tikrą absorbcijos koeficientą. Net jei didelio-galios tankio UV lempos sugerties koeficientas yra tik 5 %, šių 5 % energijos, nusėdusios nedideliame lęšio tūryje, pakanka, kad temperatūra per trumpą laiką pakiltų dešimtimis laipsnių.
Dominuojantis ne{0}}radiacinio perėjimo vaidmuo kylant temperatūrai
Tai koncepcija, kuri skamba akademiškai, bet iš tikrųjų yra lengvai suprantama. Po to, kai medžiagos molekulės sugeria fotonų energiją ir pereina į „sužadinimo būseną“, jos turi išleisti šią energiją, kad grįžtų į „stabilią būseną“ (pagrindinę būseną).
Patarimas: "Optinėse sistemose energijos išsaugojimas yra geležinis dėsnis. Jei sugerta šviesos energija neišspinduliuojama kaip fluorescencija (spinduliuojantis perėjimas), tai beveik 100% jos bus paversta šilumine energija per gardelės vibraciją. Tai vadinamasis -ne-spinduliuojantis perėjimas, be to, jis yra pagrindinis objektyvo kaitinimo kaltininkas."
320 nm bangos ilgio charakteristikos ir optinės sąveikos su COP medžiagomis mechanizmas
Didelės{0}}energijos fotonų charakteristikų UVB juostos analizė
Fotono energija esant 320 nm yra maždaug 3,88 eV (elektronvoltai). Tai daug daugiau nei mėlynos arba žalios šviesos energija, kurią matome kasdien. Tokie didelės-energijos fotonai gali nutraukti cheminius ryšius.
Tai reiškia, kad COP lęšiai yra veikiami ne tik „šviesos spinduliuotės“, bet ir didelio{0}}intensyvumo energijos bombardavimo. Jei šviesos šaltinis yra nešvarus ir sumaišytas su trumpesnės -bangos šviesos (pvz., mažesnės nei 300 nm), kaitinimo ir senėjimo poveikis medžiagai padidės eksponentiškai.
COP (Cyclo Olefin Polymer) molekulinės struktūros atsakas į specifinius bangos ilgius
COP medžiagos yra populiarios dėl mažo vandens sugėrimo ir didelio skaidrumo. Tačiau tam tikri cheminiai ryšiai jų molekulinėje struktūroje gali „rezonuoti“ su 320 nm šviesa.
Kai tik įvyks rezonansinė absorbcija, šviesos energija didžiąja dalimi bus įstrigusi. Skirtingos COP klasės (pvz., Zeonex arba Topas) veikia šiek tiek skirtingai, kai bangos ilgis 320 nm, bet apskritai, bangos ilgiui pasislinkus trumposios bangos kryptimi, šviesos pralaidumas smarkiai sumažės, o šilumos sugertis atitinkamai padidės.
Alaus{0}}Lamberto dėsnio taikymas skaičiuojant lęšio storį ir šilumos sugertį
Čia veikia paprastas fizinis įstatymas-Alus-Lamberto įstatymas. Tai mums sako, kad absorbcija yra proporcinga šviesos prasiskverbimo kelio ilgiui (ty lęšio storiui).
Paprasčiau tariant, kuo storesnis jūsų objektyvas, tuo mažiau šviesos gali prasiskverbti pro jį ir tuo daugiau šviesos „sugeriama“ ir paverčiama šiluma. Todėl, projektuojant 320 nm optinę sistemą, padaryti objektyvą kuo plonesnį yra paprastas ir efektyvus inžinerinis būdas sumažinti temperatūros kilimą.
Fiziniai kintamieji, turintys įtakos staigiam lęšių temperatūros kilimui
Ne{0}}tiesinis apšvitos ir energijos kaupimosi ryšys
Daugelis žmonių klaidingai mano, kad temperatūros kilimas yra linijinis: kuo ilgiau lemputė dega, tuo ji įkaista. Tiesą sakant, jis nėra-linijinis.
Kai apšvita (mW/cm²) pasiekia tam tikrą ribą, medžiagos viduje esanti šiluma negali būti laiku išsklaidyta per paviršiaus konvekciją, o šiluma „kaupsis“ objektyvo centre. Dėl tokio šilumos kaupimosi smarkiai pakils vietinė temperatūra, susiformuos „karštieji taškai“, kurie yra pavojingesni už vienodą kaitinimą ir gali lengvai sukelti lęšio įtrūkimus.
Nuolatinių bangų (CW) ir impulsų pločio moduliacijos (PWM) režimų įtaka šiluminio atsipalaidavimo laikui
Jei UV lempa bus nuolat įjungta (CW režimas), objektyvas neturės „kvėpavimo“ laiko.
Remiantis lyginamųjų bandymų iš fototerminių laboratorijų duomenimis, esant tokiai pačiai vidutinei galiai, naudojant impulsinį (PWM) vairavimo režimą su 50 % darbo ciklu, didžiausia objektyvo paviršiaus temperatūra gali sumažėti 15–25 %, palyginti su nuolatinės bangos režimu. Taip yra todėl, kad impulsų intervalas suteikia medžiagai „terminio atsipalaidavimo“ laiką, leidžiantį šilumai išeiti.
Stokso poslinkis: šilumos nuostolių komponentas fluorescencijos efekte
Kartais pastebėsite, kad COP lęšiai skleidžia silpną mėlyną šviesą intensyvaus UV spinduliavimo metu; tai yra fluorescencinis efektas. Bet tai nėra geras dalykas.
Tai vadinama Stokso poslinkiu. Pavyzdžiui, medžiaga sugeria 320 nm šviesą ir skleidžia 400 nm fluorescenciją. Kur dingsta energijos skirtumas tarp jų (320 nm šviesa turi didesnę energiją nei 400 nm šviesa)? Taip, visa tai paverčiama šiluma ir sulaikoma objektyve.
COP medžiagų šiluminio efektyvumo ribos ir gedimų rizika
Tiek daug dėmesio skiriame temperatūros kilimui, nes medžiagos turi ribas. Peržengus raudoną liniją, pasekmės bus rimtos.
Kiekvienas plastikas turi „minkštėjimo tašką“, vadinamą stiklėjimo temperatūra (Tg). COP medžiagų atveju jis paprastai yra nuo 100 laipsnių iki 160 laipsnių (priklausomai nuo klasės).
Jei dėl 320 nm spinduliuotės sukuriamos šilumos lęšio temperatūra artėja prie Tg, lęšis taps minkštas. Dėl vidinio įtempio pašalinimo tiksliai suprojektuotas lenktas paviršius bus šiek tiek iškraipytas. Tikslioms optinėms sistemoms tai reiškia, kad optinis kelias nukrypsta ir nepavyksta fokusuoti.
Tai užburtas ratas. Ilgalaikis-švitinimas 320 nm ultravioletine šviesa sulaužys COP polimerines grandines, generuos laisvuosius radikalus ir medžiaga pagels.
Pagelsvęs lęšis smarkiai padidėsUV šviesojeabsorbcijos greitis. Iš pradžių skaidrus lęšis tampa „šilumos sugėrikliu“, o jo temperatūra bus daug aukštesnė nei naujo lęšio, o tai galiausiai sukels perdegimą.
Spektrinio grynumo (FWHM) svarba: infraraudonųjų spindulių parazitinės spinduliuotės mažinimas
Žemos-kokybės UV lempos karoliukai skleidžia ne tik 320 nm ultravioletinę šviesą, bet ir daug lydinčios infraraudonosios (IR) spinduliuotės. Infraraudonoji spinduliuotė yra gryna šiluminė spinduliuotė-ji nenaudojama kietėjimui ar sterilizavimui ir tik prisideda prie lęšio kaitinimo.
Rinkitės gamintojus su brandžia pakavimo technologija, s. Jų lempos karoliukai pasižymi dideliu spektriniu grynumu ir siauru visu pločiu iki pusės maksimumo (FWHM), o tai sumažina nenaudingą infraraudonąją šiluminę spinduliuotę ir iš esmės „sumažina šilumos gamybą“. Išsamias lempos karoliukų specifikacijas žrUVA320nm lempos karoliukai: savybės ir pritaikymas.
LED paketo šiluminio atsparumo įtaka aplinkos temperatūrai ir objektyvo konvekciniam šilumos išsklaidyti
Daugeliu atvejų lęšio kaitinimą sukelia ne šviesos apšvitinimas, o tiesioginis šilumos laidumas iš pagrindinės LED lusto.
Jei LED lempos karoliukas turi didelę šiluminę varžą, lusto generuojama šiluma negali būti efektyviai išsklaidyta. Ši sulaikoma šiluma sušildo aplinkinį orą, paversdama erdvę aplink COP objektyvą „orkaite“. Kartu su šviesos sugėrimu, objektyvo temperatūra neišvengiamai pakils. Naudojant UV šviesos diodus, supakuotus ant keraminio pagrindo, turinčio mažą šiluminę varžą, šiluma perduodama efektyviai į aušintuvą, neleidžiant šilumai persikelti į objektyvą.
Optinio dizaino optimizavimas: vietinių karštųjų taškų mažinimas reguliuojant objektyvo kreivumą
Tinkamas optinis dizainas gali būti labai svarbus kontroliuojant temperatūrą. Optimizavus objektyvo kreivumą, šviesa pro objektyvą gali prasiskverbti tolygiau, išvengiant per didelės energijos fokusavimo į konkrečias objektyvo sritis. Išsklaidymo energijos tankis tiesiogiai reiškia dispersinę šilumos koncentraciją.
UV lempos bangos ilgio matavimo ir šiluminio poveikio tikrinimo standartai
Kaip galime įsitikinti, kad įsigiję UV lempų bangos ilgis ir šiluminis poveikis atitinka reikalavimus?
Tikslus 320 nm didžiausios bangos ilgio matavimas naudojant integruotą sferą ir spektrometrą
Niekada nepasikliaukite vien tik etiketėje nurodytomis specifikacijomis. Būtina atlikti bandymus naudojant didelio-tikslumo spektrinį analizatorių, suporuotą su integruojančia sfera, siekiant patvirtinti, kad didžiausias bangos ilgis yra tiksliai apie 320 nm. Jei bangos ilgis pasislenks iki 300 nm ar mažesnio, COP medžiagų pažeidimai padidės eksponentiškai, o dėl to kylanti temperatūra taps daug sunkesnė.
Šiluminio vaizdo technologijos taikymas stebint COP objektyvo paviršiaus temperatūros pasiskirstymą
Nereikia spėlioti temperatūros,{0}}galime ją tiesiogiai vizualizuoti naudodami infraraudonųjų spindulių termovizorių, kad užfiksuotų operacinį objektyvą.
Pamatysite, kad šiluma retai pasiskirsto tolygiai; objektyvo centras paprastai yra karščiausia vieta. Šiluminis vaizdavimas suteikia aiškų, intuityvų šilumos išsklaidymo negyvųjų zonų vaizdą, leidžiantį tikslingai reguliuoti oro kanalus arba šviesos šaltinio atstumus, kad būtų pagerintas šilumos valdymas.
Q&A:
Ilgesnio bangos ilgio 365 nm UV šviesa turi santykinai mažesnę energiją. Be to, COP medžiagos paprastai turi geresnį šviesos pralaidumą esant 365 nm nei 320 nm. Todėl, esant tokiai pačiai optinei galiai, 320 nm UV spinduliuotės sukeltas temperatūros kilimas paprastai yra žymiai didesnis nei 365 nm UV spinduliuotės. Būtent todėl, naudojant 320 nm UV lempas, reikėtų daugiau dėmesio skirti šilumos išsklaidymo dizainui.
Taip, tai labai pavojinga. Gali atsirasti šviesos diodųraudonoji pamainaarbamėlyna pamainakylant temperatūrai. Jei šilumos išsklaidymas yra nepakankamas, sankryžos temperatūra padidės, todėl bangos ilgis nukrypsta. Dėl šio dreifo bangos ilgis gali pasislinkti į juostą, kurioje COP medžiagų sugerties greitis yra didesnis, todėl temperatūra gali kilti nekontroliuojamai.
Didėjant atstumui, apšvita mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui. Tai kompromiso{1}}procesas. Jums reikia rasti amiela vieta-atstumas, kuris ne tik užtikrina pakankamą UV intensyvumą, kad būtų galima atlikti kietėjimo ar sterilizavimo užduotis, bet ir oro konvekcija palaiko lęšio temperatūrą žemiau stiklėjimo temperatūros (Tg).
Tarp plastikinių medžiagų COP šiuo metu yra geriausias. Nors jis taip pat generuos šilumą, palyginti su PMMA (kuris yra linkęs sugerti ir deformuotis) ir PC (kuris stipriai sugeria ultravioletinę šviesą), COP yra geriausias pasirinkimas, subalansuojantis šviesos pralaidumą ir atsparumą karščiui. Jei leidžia biudžetas, lydytas silicio stiklas tikrai yra idealus pasirinkimas, nes jis nei sugeria šilumos, nei sensta. Tačiau jo kaina yra dešimtis kartų didesnė nei COP.
Apibendrinant galima pasakyti, kad COP lęšių temperatūros kilimas, kurį sukelia 320 nm UV lempos švitinimas, yra neišvengiamas fotofizikos reiškinys, kurio negalima visiškai pašalinti, tačiau jį galima visiškai kontroliuoti.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-Flood-light/uv-led-Flood-light.html
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/outdoor-arena-stadionas-apšvietimas-potvynis-lights.html
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-black-light-for-halloween.html
