Ултравиолетови светодиоди

ОсветлениеСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2014

Ултравиолетовите светодиоди (UVC LEDs) постепенно изместват широкоспектърните UV лампи в голям диапазон от приложения. Сред тях са мониторингът на околната среда - измерване нивата на озон, анализи при производството на лекарствени средства, проследяване качеството на питейни води, обеззаразяване на въздух, вода, повърхности и помещения в лаборатории, предприятия от хранително-вкусовата промишленост и др.

Компактни, здрави и устойчиви, ултравиолетовите LED лампи предлагат набор от решения за посрещане на възникващите потребности във всички тези сфери и индустрии – необходимостта от портативни измервателни уреди, разходно ефективна апаратура, увеличаване на производителността, мониторинг в реално време и по-висококачествени оптични измервания.

Ефективност на UVС LED лампите
UV системите, независимо дали са базирани на светодиоди, дъгови живачни лампи или друг източник, излъчват ултравиолетова светлина. Разликата идва от уникалните характеристики на ултравиолетовите LED лампи, които правят спектралната им ефективност много по-добра от тази при конвенционалните решения.

LED лампите излъчват относително монохроматична UV честотна лента, която има специфична пикова дължина на вълната. Дъговите лампи излъчват широк спектър между 200 и 445 nm. Обикновено средата на UV спектъра при LED лампите е 365, 375, 385, 395 или 405 nm.

Дължината на вълната зависи от химичния състав на полупроводниковия материал в светодиода. Полупроводниковите материали, използвани за UV и осветителни приложения, са направени от сплави на ALN, GaN и INN (алуминиев, галиев и индиев нитрид). Увеличаването на концентрацията на индий води до излъчване на синята или зелена светлина от светодиодите.

С намаляването на концентрацията му и увеличаването на концентрацията на алуминий дължината на вълната се премества от синия в ултравиолетовия спектър. Всяка дължина от 250 nm (UVC) до 570 nm (жълтозелен цвят) може да бъде възпроизведена чрез промяна на състава на полупроводниците.

Предимства на ултравиолетовите светодиоди
UVС светодиодите осигуряват множество преимущества в сравнение с традиционните широкоспектърни ултравиолетови лампи с деутерий, живак или ксенон. Техните предимства значително разширяват възможностите за измерване и мониторинг в лабораторни и полеви условия.

От спецификации по отношение дължината на вълната и компактен дизайн, до възможности за незабавно включване/изключване и по-дълги жизнени цикли, ултравиолетовите LED лампи предлагат необходимата гъвкавост, прецизност и надеждност за множество приложения.

Нисковолтово захранване. Опростените източници на захранване набират скорост в мобилните иновации. Ниското напрежение позволява използването на по-прости и сигурни захранвания за множество приложения в областта на портативната и ръчна апаратура.

Малки размери. Миниатюризацията продължава да е водеща тенденция в разработката на мобилни аналитични уреди. Високопроизводителните ултравиолетови LED лампи позволяват проектирането на компактни ръчни уреди, даващи на крайните потребители свободата да използват портативна техника където и когато им е нужна.

Разходно ефективна апаратура. Възможностите за мигновено включване/изключване на LED лампите намаляват затрудненията в лабораторните процеси и подобряват чистотата на измерванията, като същевременно снижават и цялостните експлоатационни разходи за крайните потребители.

За разлика от конвенционалните лампи с широк и сложен спектър, LED лампите излъчват прост спектър - тясна спектрална честотна лента с единичен максимум (пикова дължина на вълната). Тяхната монохроматичност е значително преимущество, тъй като на практика не се изисква филтриране на нежелани дължини на вълната. Резултатът е опростен дизайн с по-малък брой оптични елементи и по-ниска цена.

Опростена електроника. Тя спомага за намаляване на цялостните системни разходи. Комплексните изисквания относно захранването и спомагателната електроника при конвенционалните ултравиолетови лампи водят до допълнителни разходи и по-висока сложност на операциите за крайния потребител.

UV светодиодите оптимизират производителността и понижават цената за притежание, като позволяват проектиране на устройства и апаратура с персонализирана функционалност (само необходимия брой и тип на функциите) за редица крайни приложения.

Екосъобразност. По-дългите жизнени цикли и по-ниската консумация на енергия на ултравиолетовите LED лампи ги правят подходящо решение за организациите, преследващи високи цели за устойчиво развитие. Друго предимство на тези лампи е, че са безживачни, следователно - безвредни за въздуха и водите.

Мониторинг в реално време
Високопроизводителните ултравиолетови LED лампи са ефективно решение за отдалечен, автоматизиран мониторинг и позволяват проследяване и откриване на замърсители във въздуха и водите с концентрация от порядъка на части на милиард (ppb - parts per bilion).

Стабилната светлина на ултравиолетовите LED лампи ги прави изключително подходящи за прецизни измервания в съоръжения за пречистване на отпадни води, индустриални инсталации и морски или сладководни екосистеми.

Ниско топлинно излъчване
За разлика от традиционните лампи с широк спектър, предната част на корпуса при UVC светодиодите излъчва минимално количество топлина. Ултравиолетовите LED лампи с ниско напрежение са идеални за работа с топлочувствителни биологични проби в биофармацевтични разработки на медикаменти или други проучвания. По-голямата част от топлината, генерирана в светодиода, се извежда от задната страна на корпуса, за да не влияе на измерванията.

Ниски първоначални разходи
Спектралният профил на светлинните източници играе ключова роля при определяне на първоначалната цена на системата. Тук монохроматичността на светодиодите е значително предимство.

Традиционно използваните в измервателната апаратура UV лампи (ксенонови или с деутерий) генерират достатъчно светлина с различни дължини на вълната. Широкият спектър обаче значително увеличава разходите, тъй като са необходими допълнителни оптични елементи като филтри и огледала за отсяване на нежеланите спектри преди UV светлината да бъде насочена към пробата.

За разделяне на широкия ултравиолетов спектър след излизането на светлината от пробата се използват и фотодиодни (PDA) решетки. Монохроматичните LED лампи са с далеч по-прост дизайн, по-малко оптични елементи и изискват значително по-ниски системни разходи. С развитието на технологиите тези разходи постепенно намаляват с увеличаването на производителността на ултравиолетовите светодиоди, подобно на LED телата, излъчващи във видимия спектър.

Втората основна грижа по отношение на първоначалната системна цена са разходите за захранване на лампата и свързаната електроника. Конвенционалните UV лампи имат сложни изисквания за захранването и спомагателната електроника, които водят до увеличаване на разходите за осигуряване на безопасна експлоатация.

Импулсните ксенонови лампи изискват по-високо напрежение и по-висока степен на защита за електрониката при стартиране на лампата. Деутериевите лампи се нуждаят от няколко източника на захранване – един за задействане на разряда, втори за подаване на оптимален ток и трети, който да поддържа постоянна температура на лампата. При LED лампите са необходими по-малък ток и сравнително евтини драйвери за регулирането му.

С прехода от традиционни UV лампи към ултравиолетови светодиоди проектантите на измервателна апаратура могат да елиминират скъпите дифракционни решетки и фотодиоди от дизайна и да заменят разходоемките захранвания с по-евтини LED драйвери за постоянен ток.

Интегрирането на LED-базирани източници на ултравиолетова светлина позволява на производителите на различни решения да намалят цените на крайните продукти с около 50%. По този начин ултравиолетовите LED лампи оптимизират производителността и водят до по-ниски общи разходи, като позволяват проектиране на инструменти с необходимия брой и тип функции за крайните потребителски приложения. Това дава възможност на производителите на измервателна апаратура да предлагат ценово ефективни инструменти за широк набор от задачи.

Напредъкът в ултравиолетовите LED лампи по отношение на тяхната производителност, надеждност и здравина значително разширява възможностите им за приложение в различни сфери. Историята на развитието на светодиодите подсказва, че ултравиолетовите LED ще продължават да се усъвършенстват с времето, предлагайки все по-високи характеристики.

В комбинация с подобрена енергийна ефективност, ниска работна температура и удължени експлоатационни цикли, еволюцията на ултравиолетовите LED системи води и до цялостно технологично развитие в LED осветлението.

Новият брой 2/2018

брой 2-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top