隨著UVC LED性能的提高，采用這種相對(duì)較新的技術(shù)正在生命科學(xué)和環(huán)境監(jiān)測儀器中獲得動(dòng)力。與所有新興技術(shù)一樣，設(shè)計(jì)人員必須意識(shí)到與現(xiàn)有解決方案相關(guān)的一些根本差異，而不是假設(shè)“插入式”更換。這使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)UVC LED的全部優(yōu)勢。經(jīng)過仔細(xì)考慮，UVC LED可以減少占地面積和功耗 - 提高最終用戶的擁有成本。

儀器中的UVC LED

用于光譜學(xué)的UVC LED的興趣正在增加，因?yàn)樗鼈兛梢越鉀Q圍繞小型化，降低成本和實(shí)時(shí)測量的市場趨勢。與氘或氙閃光燈不同，LED發(fā)出的光譜很窄，設(shè)備的所有光輸出都可用于測量。用戶可以根據(jù)應(yīng)用要求選擇感興趣的特定峰值波長。在特定應(yīng)用中，已開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)化測量方法，其汞燈發(fā)射線為254nm。例如，根據(jù)EPA標(biāo)準(zhǔn)測量的水和空氣質(zhì)量要求LED與254nm峰值波長緊密匹配。表1說明了生命科學(xué)研究，藥物生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測中的一些重要有機(jī)化合物，可用光譜學(xué)鑒定。

表1具有峰值吸收波長的常見有機(jī)化合物

光源選擇的另一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)儀器是峰值波長的光輸出。由于LED具有單個(gè)峰值，因此與其他UV燈不同，光輸出集中在特定波長。吸收光譜應(yīng)用通常需要低水平的光輸出 - 1 mW或更低。然而，在流動(dòng)池與光源隔離的情況下，由于在信號(hào)到達(dá)電池之前顯著的光衰減，因此需要更高的輸出。這可以將LED所需的光輸出提高到1 mW以上。在熒光光譜中，信號(hào)強(qiáng)度與光強(qiáng)度成正比。激發(fā)功率取決于需要檢測的痕量濃度水平，因此在這些應(yīng)用中，單個(gè)LED所需的光輸出可能大于2 mW。圖1顯示了儀器中常見UV光源之間的輻照度比較。雖然LED的輸入功率要小得多，但所需UVC波長的輻照度高于其他光源，使其成為特定測量的更有效光源。

圖1此圖表比較了UVC LED，氙氣閃光燈和氘燈的輻照度。

選擇波長和光輸出后，另一個(gè)重要參數(shù)是視角，因?yàn)樗鼤?huì)影響儀器光學(xué)系統(tǒng)。從廣義上講，有兩種選擇 - 窄角或廣角。前者是用球形鏡頭實(shí)現(xiàn)的，后者具有平坦的窗口。窄視角允許在小區(qū)域內(nèi)獲得高強(qiáng)度的光。這種封裝類型通常在將光直接聚焦到儀器中時(shí)使用。

平面窗口封裝具有更寬的輻射方向圖，與光纖對(duì)準(zhǔn)具有更大的公差，可用于遠(yuǎn)程耦合。它特別適用于流通池必須與光源和電子設(shè)備隔離的應(yīng)用，如監(jiān)測高溫化學(xué)過程或高揮發(fā)性溶劑色譜。在實(shí)際應(yīng)用中，窄角球透鏡可以將儀器中的元件保持在最小程度，而平面窗則可以提高設(shè)計(jì)的靈活性。

優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電流，使設(shè)計(jì)人員能夠平衡光輸出和應(yīng)用的使用壽命要求。將LED驅(qū)動(dòng)至制造商額定電流以下將降低光輸出，但也會(huì)增加光源的使用壽命。在需要高LED輸出功率的應(yīng)用中，一些最終用戶選擇以高于數(shù)據(jù)表規(guī)格的高電流運(yùn)行LED。以這種方式增加驅(qū)動(dòng)電流可以增加光輸出，但也會(huì)帶來一定的性能風(fēng)險(xiǎn)。

過熱是一個(gè)常見問題，會(huì)對(duì)LED的光輸出和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。由于LED的瞬間開關(guān)能力，人們可以周期性地快速打開和關(guān)閉LED。熒光中的應(yīng)用通常需要更高的光輸出，通常使用脈沖模式(占空比)操作來更安全地增加LED電流。占空比是指LED打開的一個(gè)時(shí)段內(nèi)的百分比;其中句號(hào)是完成一個(gè)開關(guān)周期所需的總時(shí)間。例如，以50%占空比工作的LED將在正好一半的時(shí)間和一半的時(shí)間內(nèi)打開。圖2顯示了各種驅(qū)動(dòng)電流和占空比下的標(biāo)準(zhǔn)化光輸出。

圖2在這里，我們看到變化的占空比對(duì)歸一化光輸出的影響，而導(dǎo)通時(shí)間保持恒定在500μs。標(biāo)準(zhǔn)化功率是相對(duì)光輸出功率，與最大額定工作電流100 mA的光輸出相比，使用適當(dāng)?shù)纳崞鳌?/p>

在高電流下操作LED會(huì)影響LED結(jié)溫，從而影響LED結(jié)溫影響壽命和光輸出。優(yōu)化占空比可以最大限度地降低驅(qū)動(dòng)電流增加對(duì)結(jié)溫的影響，從而保持LED性能。圖3說明了影響占空比對(duì)維持LED結(jié)溫的影響。通過以5%的占空比工作，可以實(shí)現(xiàn)三倍以上的光輸出(如圖2所示)，對(duì)結(jié)溫的影響最小。點(diǎn)擊

圖3此圖顯示了變化的占空比對(duì)結(jié)溫的影響，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間保持恒定在500μs 。

過熱會(huì)對(duì)LED的光輸出和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。從長遠(yuǎn)來看，這種熱量會(huì)降低LED的使用壽命。在使用UVC LED進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，熱管理非常重要，因?yàn)榕c長波長LED相比，轉(zhuǎn)換為熱量的能量比例更大。適當(dāng)?shù)臒峁芾砜蓪⒔Y(jié)溫保持在給定應(yīng)用所需的最低溫度，并保持LED的性能。除了無源和有源冷卻方法，選定的PCB還可以帶來更好的散熱。

圖4該圖顯示了沒有散熱片的FR4和鋁芯PCB的導(dǎo)熱墊溫度(a )與帶有和不帶散熱片的鋁芯PCB的熱墊溫度(b)相比。

FR4是最常用的PCB材料之一，因?yàn)樗某杀鞠鄬?duì)較低，但是它還具有低導(dǎo)熱性。在系統(tǒng)中的熱負(fù)荷較高的系統(tǒng)中，具有更好導(dǎo)熱性的金屬芯PCB是更好的選擇。隨著散熱需求的增加，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)轉(zhuǎn)向增加PCB面積并添加散熱片以實(shí)現(xiàn)卓越的散熱管理。如果需要進(jìn)一步散熱，設(shè)計(jì)人員可以采用更主動(dòng)的冷卻技術(shù)。搜索結(jié)果隨著UVC LED性能的提高，設(shè)計(jì)人員正在利用光譜儀器和消毒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)靈活性。 LED在這些應(yīng)用中的優(yōu)勢允許更緊湊，有效且通常更具成本效益的設(shè)計(jì)。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，聰明的設(shè)計(jì)師將發(fā)現(xiàn)更多方法來利用UVC LED的優(yōu)勢來應(yīng)對(duì)這些市場的挑戰(zhàn)。