Када УВ лампа од 320 нм зрачи сочиво од материјала ЦОП (Цицло Олефин Полимер), основни принцип који узрокује пораст температуре лежи у не-нерадиативној прелазној апсорпцији енергије фотона. Једноставно речено, иако ЦОП материјали имају одличну пропусност ултраљубичастог светла, не могу дозволити да прође 100% фотона од 320 нм. Енергија тих заробљених фотона не може нестати из ваздуха; сударају се са молекулима материјала, изазивајући интензивне молекуларне вибрације, чиме директно претварају светлосну енергију у топлотну енергију. Поред тога, инфрацрвено зрачење које прати извор светлости (ако постоји) и топлотна проводљивост самог ЛЕД чипа такође ће се надовезати да изазове пораст температуре сочива.
Пошто сам радио у оптичким лабораторијама више од деценије, видео сам бројне случајеве где је дошло до деформације сочива, па чак и до печења услед занемаривања „фототермалног ефекта“. Сећам се да сам једном тестирао-уређај за УВ сушење; једноставно зато што је таласна дужина одступила за 5 нм, првобитно провидно сочиво постало је врело и пожутело у року од неколико минута. Ово ме је научило да детаљи одређују успех или неуспех. Нарочито када се ради о високо{5}}енергетским таласним опсезима као што је 320нм, разумевање основних физичких механизама је важније од пуког гледања у табеле параметара.
Генерисање топлоте молекуларном вибрацијом: ЦОП молекули апсорбују део енергије УВ фотона, покрећући вибрације решетке, а микроскопска кинетичка енергија се претвара у макроскопску топлоту.
Не-100% пропусност светлости: 320нм је на ивици УВБ опсега. ЦОП има својствени коефицијент апсорпције у овом таласном опсегу; што је већа дебљина, то се више топлоте апсорбује.
Стокес Схифт: Део светлосне енергије, након што је узбуђен, не емитује се поново-у облику светлости, већ се распршује као топлота (не-релаксација без зрачења).
Топлотно зрачење извора светлости: Ако је процес паковања куглица УВ лампе лош, поред ултраљубичастог светла, зрачити ће се и пратећа топлота (инфрацрвени таласни опсег).
Позитивне повратне информације о старењу:-Дуготрајно зрачење доводи до старења материјала и жућења. Пожутели материјали апсорбују више ултраљубичастог светла, што доводи до даљег -испадања- температуре од контроле.
Фокусирање густине енергије: Високо зрачење (мВ/цм²) значи да енергија акумулирана по јединици запремине премашује стопу дисипације топлоте топлотне проводљивости материјала.
Многи пријатељи инжењери питају, зар ЦОП материјал није познат као пластика „оптичког-класа“? Зашто још увек ствара топлоту? У ствари, ово мора почети од микроскопског света.
Апсорпција енергије фотона и молекуларне вибрације: разумевање производње топлоте из микроскопске перспективе
Можете замислити сноп УВ светлости као безброј "енергетских метака" који лете великом брзином. Један фотон са таласном дужином од 320нм има изузетно високу енергију. Када ови "меци" прођу кроз сочиво ЦОП, већина њих пролази глатко, али се мали број судара са полимерним ланцима ЦОП.
Ови погођени молекули су као да су гурнути, почињу да се "тресу" или "трљају" насилно. У физици се интензивирање неправилног кретања оваквих микроскопских честица макроскопски манифестује као пораст температуре. Ово је најосновнији процес претварања светлосне енергије у унутрашњу енергију.
Однос између пропусности светлости и коефицијента апсорпције ЦОП материјала у УВБ опсегу
Иако је ЦОП скоро потпуно провидан за видљиву светлост, ситуација је другачија у ултраљубичастом опсегу. 320нм који припада ивици УВБ опсега (280нм - 315нм/320нм).
У овом таласном опсегу, ЦОП материјали нису потпуно „невидљиви“. Има одређени коефицијент апсорпције. Чак и ако је стопа апсорпције само 5%, за УВ лампу велике -снаге, ових 5% енергије депоноване у малој запремини сочива је довољно да изазове пораст температуре за десетине степени за кратко време.
Доминантна улога без{0}}нерадијативне транзиције у порасту температуре
Ово је концепт који звучи академски, али је заправо лак за разумевање. Након што молекули материјала апсорбују енергију фотона и скоче у „побуђено стање“, они морају ослободити ову енергију да би се вратили у „стабилно стање“ (основно стање).
Савет: "У оптичким системима, очување енергије је гвоздени закон. Ако се апсорбована светлосна енергија не емитује као флуоресценција (радијативна транзиција), онда ће се скоро 100% њене енергије претворити у топлотну енергију кроз вибрације решетке. Ово је тако-тзв. не-радиативни прелаз, а такође је и главни кривац за топлоту."
Карактеристике таласне дужине 320нм и механизам оптичке интеракције са ЦОП материјалима
Анализа карактеристика фотона високе{0}}е енергије УВБ опсега
Енергија фотона на 320нм је приближно 3,88 еВ (електрон волти). Ово је много више од енергије плаве или зелене светлости коју видимо свакодневно. Фотони високе{4}}е енергије имају потенцијал да разбију хемијске везе.
За ЦОП сочива, то значи да су изложена не само „светлосном зрачењу“ већ и енергетском бомбардовању високог{0}}интензитета. Ако је извор светлости нечист и помешан са светлошћу краће{2}}таласне дужине (као што је испод 300 нм), ефекти загревања и старења материјала ће се експоненцијално повећати.
Реакција молекуларне структуре ЦОП (цикло олефин полимера) на специфичне таласне дужине
ЦОП материјали су популарни због ниске апсорпције воде и високе транспарентности. Међутим, одређене хемијске везе у њиховој молекуларној структури могу "резонирати" са светлошћу од 320 нм.
Када дође до резонантне апсорпције, светлосна енергија ће бити у великој мери заробљена. Различити нивои ЦОП-а (као што су Зеонек или Топас) раде мало другачије на 320 нм, али свеукупно, како се таласна дужина помера у правцу кратких-таласа, пропусност светлости ће нагло пасти, а апсорпција топлоте ће нагло порасти у складу са тим.
Примена Беер-Ламбертовог закона у израчунавању дебљине сочива и апсорпције топлоте
Овде је на делу једноставан физички закон-Бир-Ламбертов закон. То нам говори да је апсорпција пропорционална дужини путање продирања светлости (тј. дебљини сочива).
Једноставно речено, што је ваше сочиво дебље, мање светлости може да прође, а више светлости се „апсорбује“ и претвара у топлоту. Стога, у дизајнирању оптичког система од 320 нм, што тањи сочива је једноставан и ефикасан инжењерски метод за смањење пораста температуре.
Физичке варијабле које утичу на оштар пораст температуре сочива
Не-нелинеарни однос између зрачења и акумулације енергије
Многи људи погрешно верују да је пораст температуре линеаран: што је лампа дуже упаљена, то је топлија. У ствари, није-линеаран.
Када ирадијација (мВ/цм²) достигне одређени праг, топлота унутар материјала не може се временом распршити површинском конвекцијом, а топлота ће се "акумулирати" у центру сочива. Ова акумулација топлоте ће довести до наглог пораста локалне температуре, формирајући "вруће тачке", које су опасније од равномерног загревања и лако могу изазвати пуцање сочива.
Утицај режима непрекидног таласа (ЦВ) и модулације ширине импулса (ПВМ) на време термичке релаксације
Ако је УВ лампа непрекидно укључена (ЦВ режим), сочиво неће имати времена за "дисање".
Према упоредним подацима тестирања из фототермалних лабораторија, под истом просечном снагом, коришћење импулсног (ПВМ) режима вожње са циклусом рада од 50% може смањити вршну температуру површине сочива за 15% до 25% у поређењу са режимом непрекидног таласа. То је зато што интервал импулса обезбеђује материјалу време „термичке релаксације“, омогућавајући топлоти да има шансу да оде.
Стокес Схифт: Компонента губитка топлоте у ефекту флуоресценције
Понекад ћете открити да ЦОП сочива емитују слабо плаво светло под интензивним УВ зрачењем; ово је ефекат флуоресценције. Али ово није добра ствар.
Ово се зове Стокес Схифт. На пример, материјал апсорбује светлост од 320 нм и емитује флуоресценцију од 400 нм. Где иде разлика у енергији између њих (320нм светлост има већу енергију од 400нм светлости)? Да, све се то претвара у топлоту и задржава у сочиву.
Границе термичких перформанси и ризици квара ЦОП материјала
Толико пажње посвећујемо порасту температуре јер материјали имају границе. Када се пређе црвена линија, последице ће бити озбиљне.
Свака пластика има „тачку омекшавања“ која се зове температура преласка стакла (Тг). За ЦОП материјале, обично је између 100 степени и 160 степени (у зависности од разреда).
Ако топлота произведена зрачењем од 320 нм проузрокује да се температура сочива приближи Тг, сочиво ће постати мекано. Због ослобађања унутрашњег напрезања, прецизно дизајнирана закривљена површина ће доживети незнатно изобличење. За прецизне оптичке системе, то значи да оптичка путања одступа и фокусирање не успе.
Ово је зачарани круг. Дуготрајно-озрачење ултраљубичастом светлошћу од 320 нм ће прекинути полимерне ланце ЦОП, генерисати слободне радикале и изазвати жуту боју материјала.
Пожутело сочиво ће имати нагло повећањеу УВ светлустопа апсорпције. Првобитно провидно сочиво постаје „апсорбер топлоте“, а његова температура ће бити много виша од оне код новог сочива, што на крају доводи до сагоревања.
Важност спектралне чистоће (ФВХМ): Смањење инфрацрвеног паразитског зрачења
Зрнца{0}} УВ лампе ниског квалитета емитују не само ултраљубичасто светло од 320 нм већ и велику количину пратећег инфрацрвеног (ИР) зрачења. Инфрацрвено зрачење је чисто топлотно зрачење-оно не служи за очвршћавање или стерилизацију и само доприноси загревању сочива.
Изаберите произвођаче са зрелом технологијом паковања, с. Њихове лампе имају високу спектралну чистоћу и уску пуну ширину на пола максимума (ФВХМ), што минимизира бескорисно инфрацрвено топлотно зрачење и суштински „смањује стварање топлоте“. За детаљне спецификације перли лампе, погледајтеУВА320нм перле лампе: карактеристике и примене.
Утицај топлотне отпорности ЛЕД пакета на температуру околине и конвективно расипање топлоте сочива
У многим случајевима, загревање сочива није узроковано зрачењем светлости, већ директним провођењем топлоте из основног ЛЕД чипа.
Ако перла ЛЕД лампе има високу топлотну отпорност, топлота коју генерише чип не може се ефикасно распршити. Ова заробљена топлота загрева околни ваздух, претварајући простор око ЦОП сочива у "пећницу". У комбинацији са апсорпцијом топлоте услед зрачења светлости, температура сочива ће неизбежно порасти. Усвајање УВ ЛЕД диода упакованих на керамичке подлоге са ниским топлотним отпором омогућава ефикасан пренос топлоте до хладњака, спречавајући преношење топлоте нагоре до сочива.
Оптимизација оптичког дизајна: Смањење локалних врућих тачака преко подешавања закривљености сочива
Одговарајући оптички дизајн може бити критичан за контролу температуре. Оптимизацијом закривљености сочива, светлост може равномерније да прође кроз сочиво, избегавајући прекомерно фокусирање енергије на одређене области сочива. Густина енергије дисперзије директно се преводи у концентрацију топлоте дисперзије.
Стандарди за мерење таласне дужине УВ лампе и верификацију термичког ефекта
Након куповине УВ лампе, како можемо да проверимо да ли њихова таласна дужина и топлотни ефекти испуњавају захтеве?
Прецизно мерење вршне таласне дужине од 320нм коришћењем интегришуће сфере и спектрометра
Никада се не ослањајте само на означене спецификације. Неопходно је спровести тестове помоћу-прецизног спектралног анализатора упареног са интегришућом сфером да би се потврдило да је вршна таласна дужина тачно око 320нм. Ако се таласна дужина помери на 300 нм или ниже, оштећења ЦОП материјала ће се експоненцијално умножити, а резултујући пораст температуре ће постати далеко озбиљнији.
Примена технологије термичке слике у праћењу дистрибуције температуре површине сочива ЦОП
Нема потребе да погађате температуру-можемо је директно визуелизовати коришћењем инфрацрвеног термовизира за снимање радног сочива.
Видећете да се топлота ретко распоређује равномерно; центар сочива је обично најтоплије место. Термално снимање пружа јасан, интуитиван приказ мртвих зона расипање топлоте, омогућавајући циљано прилагођавање ваздушних канала или удаљености извора светлости ради побољшаног управљања топлотом.
Q&A:
Са дужом таласном дужином, УВ светлост од 365 нм има релативно нижу енергију. Штавише, ЦОП материјали обично показују бољу пропусност светлости на 365 нм него на 320 нм. Стога, под истом оптичком снагом, пораст температуре изазван УВ зрачењем од 320 нм је генерално значајно већи од пораста УВ зрачења од 365 нм. Управо због тога треба посветити више пажње дизајну дисипације топлоте када се користе УВ лампе од 320нм.
Да, изузетно је опасно. ЛЕД диоде могу доживетицрвена сменаилиплава сменакако температура расте. Ако је расипање топлоте неадекватно, температура споја ће се повећати, што ће довести до померања таласне дужине. Овај дрифт може померити таласну дужину у опсег где ЦОП материјали имају веће стопе апсорпције, што резултира неконтролисаним порастом температуре.
Озраченост се смањује обрнуто пропорционално квадрату удаљености како се растојање повећава. Ово је{1}}процес замене. Морате пронаћи аслатка тачка-раздаљина која не само да обезбеђује довољан УВ интензитет за довршавање задатака очвршћавања или стерилизације, већ и одржава температуру сочива испод своје температуре стакластог прелаза (Тг) путем конвекције ваздуха.
Међу пластичним материјалима, ЦОП је тренутно најбољи. Иако ће такође генерисати топлоту, у поређењу са ПММА (који је склон апсорпцији влаге и деформацијама) и ПЦ (који снажно апсорбује ултраљубичасто светло), ЦОП је најбољи избор који балансира пропусност светлости и отпорност на топлоту. Ако буџет дозвољава, стакло од силицијум диоксида је свакако идеална опција, јер не упија топлоту нити се подвргава старењу. Међутим, његова цена је десетине пута већа од ЦОП-а.
Укратко, пораст температуре ЦОП сочива изазван зрачењем УВ лампе од 320 нм је неизбежна појава у фотофизици која се не може потпуно елиминисати, али се може у потпуности контролисати.
хттпс://ввв.бенвеилигхт.цом/индустриал-осветљење/лед-поплава-светло/ув-лед-поплава-светло.хтмл
хттп://ввв.бенвеилигхт.цом/профессионал-лигхтинг/ув-осветљење/спољашња-арена-стадион-осветљење-поплава-лигхтс.хтмл
хттп://ввв.бенвеилигхт.цом/профессионал-лигхтинг/ув-лигхтинг/ув-лигхт-црна-лигхт-за-халловеен.хтмл
