Kada UV lampa od 320 nm zrači leću od materijala COP (Cyclo Olefin Polymer), temeljni princip koji uzrokuje porast temperature leži u ne-apsorpciji energije fotona prijelazom zračenja. Jednostavno rečeno, iako COP materijali imaju izvrsnu propusnost ultraljubičastog svjetla, ne mogu dopustiti da 100% fotona od 320 nm prođe kroz njih. Energija tih zarobljenih fotona ne može nestati iz ničega; sudaraju se s molekulama materijala, izazivajući intenzivne molekularne vibracije, čime izravno pretvaraju svjetlosnu energiju u toplinsku energiju. Osim toga, infracrveno zračenje koje prati izvor svjetlosti (ako postoji) i toplinska vodljivost samog LED čipa također će se superponirati kako bi izazvali porast temperature leće.
Radeći u optičkim laboratorijima više od desetljeća, vidio sam brojne slučajeve gdje je došlo do deformacije leće, pa čak i prženja zbog zanemarivanja "fototermalnog efekta". Sjećam se da sam jednom testirao-uređaj za UV stvrdnjavanje velike snage; jednostavno zato što je valna duljina odstupila za 5 nm, izvorno prozirna leća postala je vruća i požutjela u roku od nekoliko minuta. To me naučilo da detalji određuju uspjeh ili neuspjeh. Osobito kada se radi o visoko-energetskim valovima poput 320 nm, razumijevanje temeljnih fizičkih mehanizama važnije je od pukog gledanja u tablice parametara.
Generiranje topline pomoću molekularne vibracije: COP molekule apsorbiraju dio energije UV fotona, pokrećući vibracije rešetke, a mikroskopska kinetička energija se pretvara u makroskopsku toplinu.
Ne-100% svjetlosna propusnost: 320 nm je na rubu UVB pojasa. COP ima inherentni koeficijent apsorpcije u ovom valnom pojasu; što je veća debljina, to se više topline apsorbira.
Stokesov pomak: Dio svjetlosne energije, nakon pobuđivanja, ne emitira se ponovno-u obliku svjetlosti, već se rasipa kao toplina (ne-radijativna relaksacija).
Toplinsko zračenje izvora svjetlosti: Ako je postupak pakiranja kuglica UV lampe loš, osim ultraljubičastog svjetla, zračit će se i popratna toplina (infracrveno valno područje).
Pozitivne povratne informacije o starenju: Dugotrajno-zračenje dovodi do starenja materijala i žućenja. Požutjeli materijali apsorbiraju više ultraljubičastog svjetla, što rezultira dodatnom temperaturom izvan--kontrole.
Fokusiranje gustoće energije: Visoko zračenje (mW/cm²) znači da energija akumulirana po jedinici volumena premašuje brzinu rasipanja topline toplinske vodljivosti materijala.
Mnogi prijatelji inženjeri pitaju, nije li COP materijal poznat kao plastika "op-grade"? Zašto još uvijek proizvodi toplinu? Zapravo, ovo mora početi od mikroskopskog svijeta.
Apsorpcija energije fotona i molekularna vibracija: razumijevanje stvaranja topline iz mikroskopske perspektive
Možete zamisliti zraku UV svjetla kao bezbrojne "energetske metke" koji lete velikom brzinom. Jedan foton valne duljine od 320 nm ima izuzetno visoku energiju. Kada ti "meci" prođu kroz COP leću, većina ih prolazi glatko, ali mali broj se sudara s polimernim lancima COP-a.
Ove udarne molekule su kao da su gurnute, počinju se snažno "tresti" ili "trljati". U fizici se intenziviranje nepravilnog gibanja takvih mikroskopskih čestica makroskopski očituje kao porast temperature. Ovo je najosnovniji proces pretvaranja svjetlosne energije u unutarnju energiju.
Odnos između prijenosa svjetlosti i koeficijenta apsorpcije COP materijala u UVB pojasu
Iako je COP gotovo potpuno proziran za vidljivo svjetlo, situacija je drugačija u ultraljubičastom pojasu. 320nm koji pripada rubu UVB pojasa (280nm - 315nm/320nm).
U ovom valnom području COP materijali nisu potpuno "nevidljivi". Ima određeni koeficijent apsorpcije. Čak i ako je stopa apsorpcije samo 5%, za UV lampu visoke-gustoće snage, ovih 5% energije pohranjene u malom volumenu leće dovoljno je da izazove porast temperature za desetke stupnjeva u kratkom vremenu.
Dominantna uloga ne-radijacijske tranzicije u porastu temperature
Ovo je koncept koji zvuči akademski, ali ga je zapravo lako razumjeti. Nakon što molekule materijala apsorbiraju energiju fotona i skoče u "pobuđeno stanje", moraju osloboditi tu energiju da bi se vratile u "stabilno stanje" (osnovno stanje).
Savjet: "U optičkim sustavima, očuvanje energije je željezni zakon. Ako se apsorbirana svjetlosna energija ne emitira kao fluorescencija (radijacijski prijelaz), tada će se gotovo 100% nje pretvoriti u toplinsku energiju kroz vibracije rešetke. To je tako-nazvan ne-radijacijski prijelaz, a također je i glavni krivac za zagrijavanje leće."
Karakteristike valne duljine od 320 nm i mehanizam optičke interakcije s COP materijalima
Visoko{0}}analiza svojstava UVB pojasa fotona visoke energije
Energija fotona na 320 nm je približno 3,88 eV (elektronvolti). To je puno više od energije plave ili zelene svjetlosti koju vidimo svakodnevno. Takvi-fotoni visoke energije imaju potencijal za kidanje kemijskih veza.
Za COP leće to znači da su podvrgnute ne samo "svjetlosnom zračenju", već i bombardiranju visoko{0}}intenzitetom energije. Ako je izvor svjetlosti nečist i pomiješan sa svjetlom kraće-valne duljine (kao što je ispod 300 nm), učinci zagrijavanja i starenja na materijalu eksponencijalno će se povećati.
Odziv COP (Cyclo Olefin Polymer) molekularne strukture na specifične valne duljine
COP materijali su popularni zbog niske apsorpcije vode i visoke prozirnosti. Međutim, određene kemijske veze u njihovoj molekularnoj strukturi mogu "rezonirati" sa svjetlom od 320 nm.
Nakon što dođe do rezonantne apsorpcije, svjetlosna energija bit će u velikoj mjeri zarobljena. Različiti stupnjevi COP-a (kao što su Zeonex ili Topas) ponašaju se malo drugačije na 320 nm, ali općenito, kako se valna duljina pomiče u kratki-smjer vala, propusnost svjetlosti će naglo pasti, a apsorpcija topline će naglo porasti u skladu s tim.
Primjena Beer{0}}Lambertova zakona u izračunavanju debljine leće i apsorpcije topline
Ovdje je na djelu jednostavan fizikalni zakon-Beer-Lambertov zakon. To nam govori da je apsorbancija proporcionalna duljini puta prodiranja svjetlosti (tj. debljini leće).
Jednostavno rečeno, što je vaša leća deblja, to manje svjetlosti može proći, a više svjetlosti se "upija" i pretvara u toplinu. Stoga, u projektiranju 320nm optičkog sustava, stvaranje što tanje leće je jednostavna i učinkovita inženjerska metoda za smanjenje porasta temperature.
Fizičke varijable koje utječu na nagli porast temperature leća
Ne-linearni odnos između zračenja i akumulacije energije
Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da je porast temperature linearan: što je lampa duže uključena, to je toplija. Zapravo, nije-linearan.
Kada zračenje (mW/cm²) dosegne određeni prag, toplina unutar materijala ne može se raspršiti površinskom konvekcijom u vremenu, a toplina će se "akumulirati" u središtu leće. Ova akumulacija topline će dovesti do naglog porasta lokalne temperature, stvarajući "vruće točke", koje su opasnije od ravnomjernog zagrijavanja i mogu lako uzrokovati pucanje leće.
Utjecaj načina kontinuiranog vala (CW) i modulacije širine pulsa (PWM) na vrijeme toplinske relaksacije
Ako je UV lampa stalno uključena (CW način rada), leća neće imati vremena za "disanje".
Prema usporednim testnim podacima iz fototermalnih laboratorija, pod istom prosječnom snagom, korištenje pulsnog (PWM) načina rada s radnim ciklusom od 50% može smanjiti vršnu površinsku temperaturu leće za 15% do 25% u usporedbi s načinom kontinuiranog vala. To je zato što interval impulsa daje materijalu vrijeme "toplinske relaksacije", dopuštajući toplini da ima priliku provesti van.
Stokesov pomak: komponenta gubitka topline u efektu fluorescencije
Ponekad ćete otkriti da COP leće emitiraju blijedo plavo svjetlo pod intenzivnim UV zračenjem; ovo je efekt fluorescencije. Ali ovo nije dobra stvar.
To se zove Stokesov pomak. Na primjer, materijal apsorbira svjetlost od 320 nm i emitira fluorescenciju od 400 nm. Gdje ide razlika u energiji između njih (svjetlost od 320 nm ima veću energiju od svjetlosti od 400 nm)? Da, sve se pretvara u toplinu i zadržava u leći.
Ograničenja toplinske učinkovitosti i rizici kvarova COP materijala
Pridajemo toliko pažnje porastu temperature jer materijali imaju ograničenja. Kad se prijeđe crvena linija, posljedice će biti ozbiljne.
Svaka plastika ima "točku omekšavanja" koja se naziva temperatura staklenog prijelaza (Tg). Za COP materijale, obično je između 100 stupnjeva i 160 stupnjeva (ovisno o stupnju).
Ako toplina koju stvara zračenje od 320 nm uzrokuje da se temperatura leće približi Tg, leća će postati mekana. Zbog oslobađanja unutarnjeg naprezanja, precizno dizajnirana zakrivljena površina će doživjeti laganu deformaciju. Za precizne optičke sustave to znači da optički put odstupa i fokusiranje ne uspijeva.
Ovo je začarani krug. Dugotrajno-zračenje ultraljubičastim svjetlom od 320 nm pokidat će polimerne lance COP-a, generirati slobodne radikale i uzrokovati žutu boju materijala.
Požutjela leća će imati nagli porastu UV svjetlubrzina apsorpcije. Izvorno prozirna leća postaje "upijač topline", a njezina će temperatura biti puno viša od temperature nove leće, što na kraju dovodi do pregorjevanja.
Važnost spektralne čistoće (FWHM): Smanjenje infracrvenog parazitskog zračenja
Perle niske{0}}kvalitete UV lampe emitiraju ne samo ultraljubičasto svjetlo od 320 nm, već i veliku količinu popratnog infracrvenog (IR) zračenja. Infracrveno zračenje je čisto toplinsko zračenje-ne služi svrsi za stvrdnjavanje ili sterilizaciju i samo doprinosi zagrijavanju leće.
Birajte proizvođače sa zrelom tehnologijom pakiranja, s. Njihove kuglice lampe imaju visoku spektralnu čistoću i usku punu širinu na pola maksimuma (FWHM), što smanjuje beskorisno infracrveno toplinsko zračenje i fundamentalno "smanjuje stvaranje topline". Za detaljne specifikacije perli svjetiljke pogledajteUVA320nm kuglice lampe: značajke i primjena.
Utjecaj toplinskog otpora LED paketa na temperaturu okoline i konvektivnu disipaciju topline leće
U mnogim slučajevima, zagrijavanje leće nije uzrokovano svjetlosnim zračenjem, već izravnim provođenjem topline s donjeg LED čipa.
Ako zrno LED svjetiljke ima visok toplinski otpor, toplina koju proizvodi čip ne može se učinkovito raspršiti. Ova zarobljena toplina zagrijava okolni zrak, pretvarajući prostor oko COP leće u "pećnicu". U kombinaciji s apsorpcijom topline od svjetlosnog zračenja, temperatura leće neizbježno će porasti. Usvajanje UV LED dioda pakiranih na keramičke podloge s niskim toplinskim otporom omogućuje učinkovit prijenos topline do hladnjaka, sprječavajući prijenos topline prema gore do leće.
Optimizacija optičkog dizajna: Smanjenje lokalnih vrućih točaka putem podešavanja zakrivljenosti leće
Pravilan optički dizajn može biti kritičan za kontrolu temperature. Optimiziranjem zakrivljenosti leće, svjetlost može ravnomjernije prolaziti kroz leću, izbjegavajući prekomjerno fokusiranje energije na određena područja leće. Gustoća disperzne energije izravno se prevodi u koncentraciju disperzne topline.
Standardi za mjerenje valne duljine UV svjetiljke i toplinski učinak
Nakon kupnje UV lampi, kako možemo provjeriti zadovoljavaju li njihova valna duljina i toplinski učinci zahtjeve?
Precizno mjerenje vršne valne duljine od 320 nm pomoću integrirajuće sfere i spektrometra
Nikada se ne oslanjajte samo na označene specifikacije. Neophodno je provesti testove koristeći visoko-precizni spektralni analizator uparen s integrirajućom sferom kako bi se potvrdilo da je vršna valna duljina točno oko 320 nm. Ako se valna duljina pomakne na 300 nm ili niže, oštećenje COP materijala će se umnožiti eksponencijalno, a rezultirajući porast temperature postat će daleko ozbiljniji.
Primjena tehnologije toplinske slike u praćenju raspodjele temperature površine COP leće
Nema potrebe pogađati temperaturu-možemo je izravno vizualizirati pomoću infracrvene termalne slike za snimanje operativne leće.
Vidjet ćete da se toplina rijetko ravnomjerno raspoređuje; središte leće obično je najtoplije mjesto. Toplinska slika pruža jasan, intuitivan prikaz mrtvih zona rasipanja topline, omogućujući ciljane prilagodbe zračnih kanala ili udaljenosti izvora svjetla za poboljšano upravljanje toplinom.
Q&A:
S dužom valnom duljinom, UV svjetlo od 365 nm ima relativno nižu energiju. Štoviše, COP materijali obično pokazuju bolju propusnost svjetla na 365 nm nego na 320 nm. Stoga, pod istom optičkom snagom, porast temperature izazvan UV zračenjem od 320 nm općenito je značajno veći od porasta temperature od 365 nm UV zračenja. Upravo zbog toga treba obratiti više pažnje na dizajn disipacije topline kada se koriste 320nm UV lampe.
Da, izuzetno je opasno. LED diode mogu doživjeticrveni pomakiliplavi pomakkako temperatura raste. Ako je disipacija topline neadekvatna, temperatura spoja će se povećati, što dovodi do pomaka valne duljine. Ovaj pomak može pomaknuti valnu duljinu u pojas u kojem COP materijali imaju veće stope apsorpcije, što rezultira nekontroliranim porastom temperature.
Ozračenje se smanjuje obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti kako se udaljenost povećava. Ovo je kompromis-proces. Morate pronaći aslatko mjesto-udaljenost koja ne samo da osigurava dovoljan intenzitet UV zračenja za dovršetak zadataka stvrdnjavanja ili sterilizacije, već također održava temperaturu leće ispod temperature staklenog prijelaza (Tg) putem konvekcije zraka.
Među plastičnim materijalima, COP je trenutno najbolji. Iako će također generirati toplinu, u usporedbi s PMMA (koji je sklon upijanju vlage i deformaciji) i PC (koji snažno upija ultraljubičasto svjetlo), COP je najbolji izbor koji uravnotežuje propusnost svjetlosti i otpornost na toplinu. Ako proračun to dopušta, topljeno silikatno staklo svakako je idealna opcija jer ne upija toplinu niti se podvrgava starenju. Međutim, njegova je cijena desetke puta veća od COP-a.
Ukratko, porast temperature COP leća izazvan zračenjem UV lampe od 320 nm neizbježan je fenomen u fotofizici koji se ne može u potpunosti eliminirati, ali se može u potpunosti kontrolirati.
https://www.benweilight.com/industrial-rasvjeta/led-poplava-svjetlo/uv-led-poplava-svjetlo.html
http://www.benweilight.com/professional-rasvjeta/uv-rasvjeta/vanjska-arena-stadion-rasvjeta-poplava-svjetla.html
http://www.benweilight.com/professional-rasvjeta/uv-rasvjeta/uv-svjetlo-crno-svjetlo-za-noć vještica.html
