Stojan na žiarivkový kryštál: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

V čase, keď som končil univerzitu, som pracoval na experimente na priamu detekciu temnej hmoty s názvom CRESST. Tento experiment používa detektory častíc na báze scintilačných kryštálov wolfrámanu vápenatého (CaWO4). Stále mám na pamiatku rozbitý kryštál a vždy som chcel postaviť stojan, ktorý vzrušuje fluorescenciu kryštálu.

Uvedomujem si, že ľudia pravdepodobne nebudú kopírovať túto presnú zostavu, pretože kryštály wolfrámanu vápenatého nie sú komerčne dostupné a tiež LED diódy UVC, ktoré som použil, sú dosť drahé. Pomôcť vám však môže, ak plánujete postaviť stojan na iné fluorescenčné minerály, ako je jantár alebo fluorit.

Krok 1: Zhromaždite materiály

• fluorescenčný kryštál CaWO4
• malý projektový box (napr. conrad.de)
• 278 nm UVC LED (napr. Crystal IS)
• LED pravý bok (PCB s kovovým jadrom) (napr. Lumitronix)
• tepelná podložka (napr. Lumitronix)
• chladič (napr. Lumitronix)
• posilňovací modul (napr. ebay.de)
• Ovládač zosilnenia LED (napr. Ebay.de)
• LiPo batéria (napr. Ebay.de)
• posuvný spínač
• 0,82 Ohm odpor 1206 SMD

Fluorescenciu v wolfrámanu vápenatom je možné excitovať pri vlnových dĺžkach <280 nm. V UV je to dosť ďaleko a LED diódy na tejto vlnovej dĺžke sú zvyčajne dosť drahé (~ 150 $/ks). Našťastie som zadarmo dostal 278 nm SMD LED, pretože im zostali inžinierske vzorky od spoločnosti, v ktorej pracujem. Tieto typy diód LED sa zvyčajne používajú na dezinfekciu.

UPOZORNENIE: UV svetlo môže spôsobiť poškodenie očí a pokožky. Zaistite správnu ochranu, napr. UV okuliare

Podľa špecifikácie majú LED diódy optický výstupný výkon ~ 25 mW, prevádzkový prúd 300 mA a vysoké dopredné napätie ~ 12 V. Pretože to znamená, že LED diódy rozptyľujú asi 3 W tepla, je potrebné ich namontovať na poriadny chladič. Preto som si kúpil PCB s kovovým jadrom (pravý bok) so správnou stopou, tepelnú podložku a malý chladič. Pretože LED diódy môžu byť ľahko poškodené príliš vysokými prúdmi, mali by byť napájané budičom s konštantným prúdom. Dostal som veľmi lacnú dosku vodiča na zvýšenie konštantného prúdu na základe integrovaného obvodu XL6003, ktorý tiež zvyšuje výstupné napätie. Podľa údajového listu by výstupné napätie nemalo byť vyššie ako dvojnásobok vstupného napätia. Pretože som však chcel napájať všetko z 3,7 V batérie LiPo, pridal som ďalší zosilňovač, ktorý zvyšuje napätie batérie na ~ 6 V pred ovládačom LED. Výstupný prúd ovládača LED je nastavený dvoma rezistormi SMD zapojenými paralelne na doske. Podľa údajového listu XL6003 je prúd daný I = 0,22 V/Rs. Štandardne sú paralelne zapojené dva odpory 0,68 ohmu, ktoré dosahujú ~ 650 mA. Aby som znížil prúd, musel som tieto rezistory nahradiť odporom 0,82 ohmu, ktorý poskytne ~ 270 mA.

Krok 2: Montáž LED diódy

V ďalšom kroku som spájkoval LED na pravý bok. Ako už bolo uvedené, je dôležité získať dosku plošných spojov so zodpovedajúcou stopou vašej LED diódy. Spájkovanie na PCB s kovovým jadrom môže byť náročné, pretože doska pomerne dobre odvádza teplo. Na uľahčenie spájkovania sa odporúča položiť DPS na horúcu platňu, ale podarilo sa mi to aj bez. LED dióda by mala byť spojená s doskou tepelnou pastou. Po spájkovaní som pravobok pripevnil k chladiču pomocou tepelnej podložky.

Krok 3: Pripojte elektroniku

Všetky elektronické súčiastky som prilepil k spodnej doske svojho krytu. Chladič je veľmi horúci, preto je vhodné použiť lepidlo, ktoré odolá vysokým teplotám. Batéria sa pripojí k zosilňovaciemu modulu, ktorý zvýši napätie na približne 6 V. Výstup je potom zapojený do budiaceho zosilňovača LED, ktorý je pripojený k LED. Za batériu bol pridaný posuvný spínač, ale možno budete chcieť spájkovať až potom, čo v nasledujúcom kroku namontujete posuvný spínač.

Krok 4: Upravte prílohu

Vykonal som niekoľko úprav v encluse pomocou svojho nástroja dremel. Do hornej časti bol vložený otvor v tvare štrbiny, aby unikalo LED svetlo. Okrem toho som dal do boku niekoľko otvorov na vetranie. Bol vytvorený ďalší otvor pre posuvný spínač, ktorý bol upevnený horúcim lepidlom. Nie som veľmi spokojný so vzhľadom krytu, pretože otvory vyzerajú dosť drsne. Našťastie väčšina z nich nie je viditeľná. Nabudúce pravdepodobne vyrobím škatuľu na mieru pomocou laserovej rezačky.

Krok 5: Hotovo

Po zatvorení krytu bol projekt ukončený. Kryštál je možné umiestniť na štrbinu v hornej časti a je budený diódou LED zospodu. Emisia fluorescencie je celkom jasná. Všimnite si toho, že všetko svetlo skutočne pochádza z kryštálu, pretože UVC svetlo je neviditeľné.

Konštrukciu je možné určite vylepšiť niekoľkými spôsobmi. V prvom rade tepelné riadenie LED nie je skvelé a chladič sa celkom zahrieva. Dôvodom je veľmi málo vetrania, pretože chladič bol namontovaný vo vnútri krytu. Doteraz som sa neodvážil spustiť LED diódu dlhšie ako niekoľko minút. Za druhé, chcel by som nabudúce vytvoriť krajší kryt pomocou vlastnej laserom vyrezávanej škatule vyrobenej z čierneho akrylu. Navyše je možné pridať modul nabíjačky LiPo s konektorom microUSB, takže nebudete musieť otvárať box na nabíjanie.