Stojak z kryształem fluorescencyjnym: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Kiedy kończyłem studia, pracowałem nad eksperymentem dotyczącym bezpośredniego wykrywania ciemnej materii zwanym CRESST. Eksperyment ten wykorzystuje detektory cząstek oparte na scyntylacyjnych kryształach wolframianu wapnia (CaWO4). Wciąż mam pęknięty kryształ na pamiątkę i zawsze chciałem zbudować stojak, który wzbudzi fluorescencję kryształu.

Zdaję sobie sprawę, że ludzie prawdopodobnie nie skopiują tej dokładnej wersji, ponieważ kryształy wolframianu wapnia nie są dostępne na rynku, a także używane przeze mnie diody UVC są dość drogie. Jednak może ci to pomóc, jeśli planujesz zbudować stojak wystawowy na inne minerały fluorescencyjne, takie jak bursztyn lub fluoryt.

Krok 1: Zbierz materiały

• fluorescencyjny kryształ CaWO4
• małe pudełko projektowe (np. conrad.de)
• 278 nm UVC LED (np. Crystal IS)
• LED na prawej burcie (płytka z metalowym rdzeniem) (np. Lumitronix)
• podkładka termiczna (np. Lumitronix)
• radiator (np. Lumitronix)
• moduł podwyższający (np. ebay.de)
• Sterownik doładowania LED (np. ebay.de)
• Akumulator LiPo (np. ebay.de)
• przełącznik suwakowy
• Rezystor SMD 0,82 Ohm 1206

Fluorescencja w wolframianach wapnia może być wzbudzana przy długości fali <280 nm. Jest to dość daleko w zakresie UV, a diody LED o tej długości fali są zwykle dość drogie (~150 USD/szt.). Na szczęście otrzymałem za darmo kilka diod SMD 278 nm, ponieważ zostały one po próbkach inżynieryjnych od firmy, w której pracuję. Tego typu diody LED są zwykle używane do dezynfekcji.

OSTRZEŻENIE: Promieniowanie UV może spowodować uszkodzenie oczu i skóry. Zadbaj o odpowiednią ochronę, m.in. Okulary UV

Zgodnie z arkuszem specyfikacji diody LED mają optyczną moc wyjściową ~25 mW, prąd roboczy 300 mA i wysokie napięcie przewodzenia ~12 V. Ponieważ oznacza to, że diody LED rozpraszają około 3 W ciepła, należy je zamontować do odpowiedni radiator. Dlatego kupiłem płytkę PCB z metalowym rdzeniem (prawa burta) o odpowiedniej podstawie, podkładkę termiczną i mały radiator. Ponieważ diody LED mogą łatwo ulec uszkodzeniu przez zbyt duże prądy, należy je obsługiwać ze sterownikiem stałoprądowym. Dostałem bardzo tanią płytkę sterownika doładowania prądu stałego opartą na układzie scalonym XL6003, który również zwiększa napięcie wyjściowe. Zgodnie z arkuszem danych napięcie wyjściowe nie powinno być wyższe niż 2x napięcie wejściowe. Ponieważ jednak chciałem zasilać wszystko z akumulatora LiPo 3,7 V, dodałem kolejny konwerter podwyższający napięcie akumulatora do ~6 V przed sterownikiem LED. Prąd wyjściowy sterownika LED ustawiany jest przez dwa rezystory SMD połączone równolegle na płytce. Zgodnie z arkuszem danych XL6003 prąd jest podawany jako I = 0,22 V/Rs. Domyślnie są połączone równolegle dwa rezystory 0,68 Ohm, co daje ~650 mA. Aby obniżyć prąd musiałem wymienić te oporniki na opornik 0,82 Ohm co da ~270 mA.

Krok 2: Montaż diody LED

W następnym kroku przylutowałem diodę LED na prawą burtę. Jak już wspomniano, ważne jest, aby uzyskać płytkę drukowaną o dopasowanym obrysie diody LED. Lutowanie na PCB z metalowym rdzeniem może być trudne, ponieważ płyta dość dobrze rozprasza ciepło. Aby ułatwić lutowanie zaleca się położyć płytkę na gorącej płycie, ale też się bez niej obeszło. Dioda powinna być połączona z płytką za pomocą pasty termicznej. Po lutowaniu przymocowałem prawą burtę do radiatora za pomocą podkładki termicznej.

Krok 3: Podłącz elektronikę

Wszystkie elementy elektroniczne przykleiłem do dolnej płyty obudowy. Zwróć uwagę, że radiator nagrzewa się dość mocno, dlatego warto użyć kleju, który jest odporny na wysokie temperatury. Akumulator jest podłączany do modułu podwyższającego napięcie, który zwiększa napięcie do około 6 V. Wyjście jest następnie podłączone do sterownika doładowania LED, który jest podłączony do diody LED. Przełącznik suwakowy został dodany po baterii, ale możesz lutować dopiero po zamontowaniu przełącznika suwakowego w następnym kroku.

Krok 4: Zmodyfikuj obudowę

Wprowadziłem pewne modyfikacje w obudowie za pomocą mojego narzędzia dremel. W górnej części umieszczono otwór w kształcie szczeliny, aby światło LED mogło uciec. Dodatkowo z boku umieściłem kilka otworów wentylacyjnych. Wykonano kolejny otwór na przełącznik suwakowy, który został przymocowany gorącym klejem. Nie jestem zadowolony z wyglądu obudowy, ponieważ otwory wyglądają dość szorstko. Na szczęście większość z nich nie jest widoczna. Następnym razem prawdopodobnie zrobię niestandardowe pudełko za pomocą wycinarki laserowej.

Krok 5: Zakończony

Po zamknięciu obudowy projekt został zakończony. Kryształ może być umieszczony na szczelinie u góry i jest wzbudzany przez diodę LED od dołu. Emisja fluorescencji jest dość jasna. Zauważ, że całe światło naprawdę pochodzi z kryształu, ponieważ światło UVC jest niewidoczne.

Kompilację można z pewnością ulepszyć na kilka sposobów. Przede wszystkim zarządzanie termiczne diodą LED nie jest świetne, a radiator dość mocno się nagrzewa. Dzieje się tak, ponieważ wentylacja jest bardzo mała, ponieważ radiator został zamontowany wewnątrz obudowy. Do tej pory nie odważyłem się uruchomić diody dłużej niż kilka minut. Po drugie, następnym razem chciałbym zrobić ładniejszą obudowę, używając niestandardowego pudełka wycinanego laserowo z czarnego akrylu. Dodatkowo można dodać moduł ładowarki LiPo z wtyczką microUSB, dzięki czemu nie trzeba otwierać pudełka w celu naładowania.