Suporte de exibição de cristal fluorescente: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Quando eu estava me formando na universidade, estava trabalhando em um experimento para detecção direta de matéria escura chamado CRESST. Este experimento usa detectores de partículas baseados em cristais cintilantes de tungstato de cálcio (CaWO4). Ainda tenho um cristal quebrado como lembrança e sempre quis construir um expositor que excitasse a fluorescência do cristal.

Sei que as pessoas provavelmente não copiarão essa construção exata, pois os cristais de tungstato de cálcio não estão disponíveis comercialmente e também os LEDs UVC que usei são bastante caros. No entanto, pode ser útil se você estiver planejando construir um expositor para outros minerais fluorescentes, como âmbar ou fluorita.

Etapa 1: Reúna os materiais

• cristal fluorescente CaWO4
• pequena caixa de projeto (por exemplo, conrad.de)
• LED UVC de 278 nm (por exemplo, Crystal IS)
• LED de estibordo (núcleo de metal PCB) (por exemplo, Lumitronix)
• almofada térmica (por exemplo, Lumitronix)
• dissipador de calor (por exemplo, Lumitronix)
• módulo avançado (por exemplo, ebay.de)
• Driver de aumento de LED (por exemplo, ebay.de)
• Bateria LiPo (por exemplo, ebay.de)
• interruptor deslizante
• 0,82 Ohm 1206 resistor SMD

A fluorescência em tungstato de cálcio pode ser excitada em comprimentos de onda <280 nm. Isso está muito longe no UV e os LEDs neste comprimento de onda são geralmente muito caros (~ 150 $ / pc). Felizmente, ganhei gratuitamente alguns LEDs SMD de 278 nm, pois eles foram deixados em amostras de engenharia da empresa em que trabalho. Esses tipos de LEDs geralmente são usados para desinfecção.

AVISO: A luz ultravioleta pode causar danos aos olhos e à pele. Certifique-se de ter proteção adequada, por exemplo, Óculos de proteção UV

De acordo com a folha de especificações, os LEDs têm uma potência de saída óptica de ~ 25 mW, uma corrente operacional de 300 mA e uma alta tensão direta de ~ 12 V. Uma vez que isso significa que os LEDs dissipam cerca de 3 W de calor, eles precisam ser montados para um dissipador de calor adequado. Portanto, comprei uma placa de circuito impresso com núcleo de metal (estibordo) com a pegada certa, uma almofada térmica e um pequeno dissipador de calor. Como os LEDs podem ser facilmente danificados por correntes muito altas, eles devem ser operados com um driver de corrente constante. Eu tenho uma placa de driver de reforço de corrente constante muito barata baseada no CI XL6003 que também aumenta a tensão de saída. De acordo com a ficha técnica, a tensão de saída não deve ser superior a 2x a tensão de entrada. No entanto, como eu queria alimentar tudo com uma bateria LiPo de 3,7 V, adicionei outro conversor que aumenta a tensão da bateria para ~ 6 V antes do driver de LED. A corrente de saída do driver de LED é definida por dois resistores SMD conectados em paralelo na placa. De acordo com o datasheet do XL6003, a corrente é dada por I = 0,22 V / Rs. Por padrão, há dois resistores de 0,68 Ohm conectados em paralelo, o que equivale a ~ 650 mA. Para diminuir a corrente, tive que substituir esses resistores por um resistor de 0,82 Ohm, que fornecerá ~ 270 mA.

Etapa 2: Montagem do LED

Na próxima etapa, soldei o LED a estibordo. Como já mencionado, é importante obter um PCB com a pegada correspondente do seu LED. Soldar em uma placa de circuito impresso com núcleo de metal pode ser difícil, pois a placa dissipa o calor muito bem. Para facilitar a soldagem, é recomendável colocar a placa de circuito impresso em uma chapa quente, mas também consegui dispensar. O LED deve ser acoplado à placa com pasta térmica. Após a soldagem, conectei o estibordo ao dissipador de calor usando a almofada térmica.

Etapa 3: conectar os eletrônicos

Colei todos os componentes eletrônicos na placa inferior do meu gabinete. Observe que o dissipador de calor fica bastante quente, por isso é útil usar uma cola que resista a altas temperaturas. A bateria é conectada ao módulo de aumento que aumenta a tensão para cerca de 6 V. A saída é então conectada ao driver de reforço de LED que está conectado ao LED. Um interruptor deslizante foi adicionado após a bateria, mas você pode querer fazer a soldagem somente depois de montar o interruptor deslizante na próxima etapa.

Etapa 4: modificar o gabinete

Fiz algumas modificações no anexo usando minha ferramenta dremel. Um orifício em forma de fenda foi colocado no topo para a luz LED escapar. Além disso, coloquei algumas aberturas na lateral para ventilação. Outro orifício foi feito para o interruptor deslizante que foi fixado com cola quente. Não estou muito feliz com a aparência do gabinete, pois os orifícios parecem bem irregulares. Felizmente, a maioria deles não é visível. Na próxima vez, provavelmente farei uma caixa personalizada usando um cortador a laser.

Etapa 5: Concluído

Após o fechamento do recinto, o projeto foi concluído. O cristal pode ser colocado na fenda no topo e é excitado pelo LED de baixo. A emissão de fluorescência é bastante brilhante. Observe que toda luz realmente vem do cristal, pois a luz UVC é invisível.

A construção pode certamente ser melhorada de algumas maneiras. Em primeiro lugar, o gerenciamento térmico do LED não é ótimo e o dissipador de calor fica muito quente. Isso ocorre porque há muito pouca ventilação, já que o dissipador de calor foi montado dentro do gabinete. Até agora, não me atrevi a usar o LED por mais de alguns minutos. Em segundo lugar, gostaria de fazer uma caixa mais agradável da próxima vez, usando uma caixa personalizada de corte a laser feita de acrílico preto. Além disso, um módulo carregador LiPo com plugue microUSB pode ser adicionado para que você não precise abrir a caixa para recarregar.