Подставка для флуоресцентного кристалла: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Когда я заканчивал университет, я работал над экспериментом по прямому обнаружению темной материи под названием CRESST. В этом эксперименте используются детекторы частиц на основе сцинтилляционных кристаллов вольфрамата кальция (CaWO4). У меня все еще есть битый кристалл в качестве сувенира, и я всегда хотел построить стенд, который возбуждает флуоресценцию кристалла.

Я понимаю, что люди, вероятно, не будут копировать эту точную конструкцию, поскольку кристаллы вольфрамата кальция коммерчески недоступны, а также светодиоды UVC, которые я использовал, довольно дороги. Однако это может помочь вам, если вы планируете построить стенд для других флуоресцентных минералов, таких как янтарь или флюорит.

Шаг 1. Соберите материалы

• флуоресцентный кристалл CaWO4
• небольшая коробка проекта (например, conrad.de)
• 278 нм UVC LED (например, Crystal IS)
• Светодиод правого борта (печатная плата с металлическим сердечником) (например, Lumitronix)
• термопрокладка (например, Lumitronix)
• радиатор (например, Lumitronix)
• модуль повышения (например, ebay.de)
• Драйвер LED Boost (например, ebay.de)
• LiPo аккумулятор (например, ebay.de)
• ползунковый переключатель
• 0,82 Ом 1206 SMD резистор

Флуоресценция в вольфрамате кальция может возбуждаться на длинах волн <280 нм. Это довольно далеко от ультрафиолета, и светодиоды на этой длине волны обычно довольно дороги (~ 150 $ / шт). К счастью, я получил бесплатно несколько светодиодов SMD 278 нм, так как они остались на инженерных образцах компании, в которой я работаю. Эти типы светодиодов обычно используются для дезинфекции.

ВНИМАНИЕ: УФ-свет может нанести вред глазам и коже. Убедитесь, что у вас есть надлежащая защита, например УФ-очки

Согласно спецификации светодиоды имеют оптическую выходную мощность ~ 25 мВт, рабочий ток 300 мА и высокое прямое напряжение ~ 12 В. Поскольку это означает, что светодиоды рассеивают около 3 Вт тепла, они должны быть установлены на правильный радиатор. Поэтому я купил печатную плату с металлическим сердечником (правый борт) с правильной площадью основания, термопрокладкой и небольшим радиатором. Поскольку светодиоды могут быть легко повреждены слишком высокими токами, они должны работать с драйвером постоянного тока. Я получил очень дешевую плату драйвера постоянного тока, основанную на микросхеме XL6003, которая также увеличивает выходное напряжение. Согласно паспорту выходное напряжение не должно превышать входное напряжение более чем в 2 раза. Однако, поскольку я хотел питать все от LiPo батареи 3,7 В, я добавил еще один повышающий преобразователь, который увеличивает напряжение батареи до ~ 6 В перед драйвером светодиода. Выходной ток драйвера светодиода задается двумя резисторами SMD, включенными параллельно на плате. Согласно таблице данных XL6003, ток равен I = 0,22 В / Рс. По умолчанию параллельно подключены два резистора на 0,68 Ом, что составляет ~ 650 мА. Чтобы снизить ток, мне пришлось заменить эти резисторы на резистор 0,82 Ом, который даст ~ 270 мА.

Шаг 2: Установка светодиода

На следующем этапе я припаял светодиод к правому борту. Как уже упоминалось, важно получить печатную плату с той же площадью основания, что и у вашего светодиода. Пайка на печатной плате с металлическим сердечником может быть сложной задачей, поскольку плата довольно хорошо рассеивает тепло. Для облегчения пайки рекомендуется положить плату на горячую пластину, но мне удалось обойтись и без нее. Светодиод нужно прикрепить к плате термопастой. После пайки я прикрепил правый борт к радиатору термопрокладкой.

Шаг 3: Подключите электронику

Я приклеил все электронные компоненты к нижней пластине корпуса. Обратите внимание, что радиатор сильно нагревается, поэтому рекомендуется использовать клей, выдерживающий высокие температуры. Батарея подключается к повышающему модулю, который увеличивает напряжение примерно до 6 В. Затем выход подключается к драйверу усиления светодиода, который подключен к светодиоду. Ползунковый переключатель был добавлен после батареи, но вы, возможно, захотите выполнить пайку только после того, как вы установите ползунковый переключатель на следующем шаге.

Шаг 4: изменить корпус

Я внес некоторые изменения в корпус с помощью инструмента dremel. Вверху было проделано отверстие в форме щели для выхода светодиода. Вдобавок я сделал сбоку несколько отверстий для вентиляции. Еще одно отверстие было сделано для ползункового переключателя, который закрепили горячим клеем. Я не очень доволен внешним видом корпуса, так как отверстия выглядят довольно грубыми. К счастью, большинство из них не видно. В следующий раз я, наверное, сделаю нестандартную коробку с помощью лазерного резака.

Шаг 5: Готово

После закрытия вольера проект был завершен. Кристалл помещается на щель вверху и возбуждается светодиодом снизу. Свечение флуоресценции довольно яркое. Обратите внимание, что весь свет действительно исходит от кристалла, так как УФС-свет невидим.

Сборку, безусловно, можно улучшить несколькими способами. Во-первых, тепловое управление светодиода невысокое, а радиатор сильно нагревается. Это связано с тем, что вентиляции очень мало, поскольку радиатор установлен внутри корпуса. Пока не решился запустить светодиод дольше нескольких минут. Во-вторых, я хотел бы в следующий раз сделать корпус более красивым, используя нестандартную коробку для лазерной резки из черного акрила. Кроме того, можно добавить модуль зарядного устройства LiPo с разъемом microUSB, так что вам не нужно будет открывать коробку для подзарядки.