Fluorescentno kristalno postolje: 5 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Još dok sam završavao fakultet, radio sam na eksperimentu za direktnu detekciju tamne materije koji se zove CRESST. Ovaj eksperiment koristi detektore čestica zasnovane na scintilacijskim kristalima kalcijevog volframa (CaWO4). Još uvijek imam za uspomenu slomljeni kristal i uvijek sam želio izgraditi izložbeno postolje koje pobuđuje fluorescenciju kristala.

Shvaćam da ljudi vjerojatno neće kopirati ovu konstrukciju budući da kristali kalcijevog volframa nisu komercijalno dostupni, a i UVC LED diode koje sam koristio su prilično skupe. Međutim, moglo bi vam pomoći ako planirate izgraditi stalak za druge fluorescentne minerale poput jantara ili fluorita.

Korak 1: Prikupite materijale

• fluorescentni kristal CaWO4
• mala projektna kutija (npr. conrad.de)
• 278 nm UVC LED (npr. Crystal IS)
• LED desni bok (PCB sa metalnim jezgrom) (npr. Lumitronix)
• termalni jastučić (npr. Lumitronix)
• hladnjak (npr. Lumitronix)
• modul za pojačavanje (npr. ebay.de)
• LED pojačivač upravljački program (npr. Ebay.de)
• LiPo baterija (npr. Ebay.de)
• klizni prekidač
• 0,82 Ohm 1206 SMD otpornik

Fluorescencija u kalcijevom volframu može se pobuditi na valnim duljinama <280 nm. To je prilično daleko u UV zrakama, a LED diode na ovoj valnoj dužini obično su prilično skupe (~ 150 USD/kom). Srećom, dobio sam besplatno SMD LED diode od 278 nm jer su ostali od inženjerskih uzoraka iz kompanije u kojoj radim. Ova vrsta LED dioda obično se koristi za dezinfekciju.

UPOZORENJE: UV svjetlo može nanijeti štetu očima i koži. Pobrinite se da imate odgovarajuću zaštitu, npr. UV naočare

Prema specifikaciji, LED diode imaju optičku izlaznu snagu ~ 25 mW, radnu struju od 300 mA i visoki napon naprijed ~ 12 V. Budući da to znači da LED diode rasipaju oko 3 W topline, potrebno ih je montirati na pravilan hladnjak. Stoga sam kupio PCB sa metalnim jezgrom (desni bok) s desnim otiskom, termo podlogom i malim hladnjakom. S obzirom da se LED diode mogu lako oštetiti previsokim strujama, njima treba upravljati pomoću pogona konstantne struje. Dobio sam vrlo jeftinu upravljačku ploču za povećanje snage konstantne struje zasnovanu na XL6003 IC koja također pojačava izlazni napon. Prema tehničkom listu, izlazni napon ne smije biti veći od 2x ulaznog napona. Međutim, budući da sam htio napajati sve iz LiPo baterije od 3,7 V, dodao sam još jedan pretvarač koji povećava napon baterije na ~ 6 V prije LED upravljačkog programa. Izlazna struja LED upravljačkog programa podešena je pomoću dva SMD otpornika spojena paralelno na ploči. Prema podatkovnom listu XL6003, struja je dana I = 0,22 V/Rs. Standardno postoje dva paralelno spojena otpornika od 0,68 Ohma što iznosi ~ 650 mA. Da bih smanjio struju, morao sam zamijeniti ove otpornike otpornikom od 0,82 Ohma koji će dati ~ 270 mA.

Korak 2: Montiranje LED diode

U sljedećem koraku sam lemio LED diodu na desni bok. Kao što je već spomenuto, važno je nabaviti PCB sa odgovarajućim otiskom vaše LED diode. Lemljenje na PCB sa metalnom jezgrom može biti teško jer ploča prilično dobro odvodi toplotu. Kako bi se olakšalo lemljenje, preporučuje se postavljanje PCB -a na vruću ploču, ali sam uspio i bez toga. LED dioda treba biti spojena na ploču s termalnom pastom. Nakon lemljenja spojio sam desnu ploču na hladnjak pomoću termo podloge.

Korak 3: Povežite elektroniku

Zalijepila sam sve elektroničke komponente na donju ploču svog kućišta. Imajte na umu da se hladnjak prilično zagrijava pa je korisno koristiti ljepilo koje može izdržati visoke temperature. Baterija se povezuje sa modulom za pojačavanje koji povećava napon na oko 6 V. Izlaz se zatim povezuje sa LED pojačalom koji je povezan sa LED. Klizni prekidač je dodan nakon baterije, ali možda ćete htjeti izvršiti lemljenje tek nakon što ste klizni prekidač montirali u sljedećem koraku.

Korak 4: Izmijenite kućište

Napravio sam neke izmjene uključeno pomoću svog dremel alata. Na vrhu je postavljena rupa u obliku proreza kako bi LED svjetlo moglo pobjeći. Osim toga, sa strane sam stavio neke otvore za ventilaciju. Napravljena je još jedna rupa za klizni prekidač koji je pričvršćen vrućim ljepilom. Nisam baš zadovoljan izgledom kućišta jer rupe izgledaju prilično grubo. Na sreću većina njih nije vidljiva. Sljedeći put ću vjerojatno napraviti prilagođenu kutiju pomoću laserskog rezača.

Korak 5: Završeno

Nakon zatvaranja kućišta projekat je završen. Kristal se može postaviti na prorez na vrhu i pobuđuje ga LED dioda odozdo. Emisija fluorescencije je prilično jaka. Imajte na umu da svo svjetlo zaista dolazi iz kristala jer je UVC svjetlo nevidljivo.

Konstrukcija se svakako može poboljšati na nekoliko načina. Prije svega, toplinsko upravljanje LED diodama nije sjajno, a hladnjak se prilično zagrijava. To je zato što je ventilacija vrlo mala budući da je hladnjak ugrađen u kućište. Do sada se nisam usuđivao pokrenuti LED duže od nekoliko minuta. Drugo, sljedeći put bih želio napraviti ljepše kućište koristeći prilagođenu kutiju za lasersko rezanje napravljenu od crnog akrila. Osim toga, može se dodati LiPo modul punjača s microUSB utikačem tako da nećete morati otvarati kutiju za punjenje.