Fluoreszierender Kristallständer - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Als ich an der Universität graduierte, arbeitete ich an einem Experiment zum direkten Nachweis dunkler Materie namens CRESST. Dieses Experiment verwendet Teilchendetektoren, die auf szintillierenden Calciumwolframat-Kristallen (CaWO4) basieren. Ich habe noch einen zerbrochenen Kristall als Andenken und wollte schon immer einen Ausstellungsständer bauen, der die Fluoreszenz des Kristalls anregt.

Mir ist klar, dass die Leute diesen genauen Aufbau wahrscheinlich nicht kopieren werden, da Kalziumwolframatkristalle nicht im Handel erhältlich sind und auch die von mir verwendeten UVC-LEDs ziemlich teuer sind. Es kann Ihnen jedoch helfen, wenn Sie einen Ausstellungsständer für andere fluoreszierende Mineralien wie Bernstein oder Fluorit bauen möchten.

Schritt 1: Materialien sammeln

• fluoreszierender CaWO4-Kristall
• kleine Projektbox (z. B. conrad.de)
• 278 nm UVC-LED (z. B. Crystal IS)
• LED Steuerbord (Metallkern PCB) (z. B. Lumitronix)
• Wärmeleitpad (z. B. Lumitronix)
• Kühlkörper (z. B. Lumitronix)
• Step-Up-Modul (z. B. ebay.de)
• LED-Boost-Treiber (z. B. ebay.de)
• LiPo-Akku (z. B. ebay.de)
• Schiebeschalter
• 0,82 Ohm 1206 SMD-Widerstand

Fluoreszenz in Calciumwolframat kann bei Wellenlängen < 280 nm angeregt werden. Dies ist im UV ziemlich weit und LEDs bei dieser Wellenlänge sind normalerweise ziemlich teuer (~150 $/Stk.). Zum Glück habe ich einige 278-nm-SMD-LEDs kostenlos erhalten, da sie übrige Konstruktionsmuster von der Firma waren, bei der ich arbeite. Diese Art von LEDs werden normalerweise zur Desinfektion verwendet.

WARNUNG: UV-Licht kann Augen und Haut schädigen. Sorgen Sie für einen geeigneten Schutz, z. B. UV-Schutzbrille

Die LEDs haben laut Datenblatt eine optische Ausgangsleistung von ~25 mW, einen Betriebsstrom von 300 mA und eine hohe Durchlassspannung von ~12 V. Da die LEDs damit ca ein richtiger Kühlkörper. Daher habe ich mir eine Metallkernplatine (Steuerbord) mit der richtigen Grundfläche, einem Wärmeleitpad und einem kleinen Kühlkörper gekauft. Da LEDs durch zu hohe Ströme leicht beschädigt werden können, sollten sie mit einem Konstantstromtreiber betrieben werden. Ich habe eine sehr billige Konstantstrom-Boost-Treiberplatine basierend auf dem XL6003-IC, die auch die Ausgangsspannung erhöht. Laut Datenblatt sollte die Ausgangsspannung nicht höher als das 2-fache der Eingangsspannung sein. Da ich jedoch alles mit einem 3,7 V LiPo-Akku versorgen wollte, habe ich vor dem LED-Treiber einen weiteren Aufwärtswandler hinzugefügt, der die Akkuspannung auf ~6 V erhöht. Der Ausgangsstrom des LED-Treibers wird durch zwei parallel geschaltete SMD-Widerstände auf der Platine eingestellt. Laut XL6003-Datenblatt wird der Strom mit I = 0,22 V/Rs angegeben. Standardmäßig sind zwei 0,68 Ohm Widerstände parallel geschaltet, was ~650 mA entspricht. Um den Strom zu senken, musste ich diese Widerstände durch einen 0,82 Ohm Widerstand ersetzen, der ~270 mA ergibt.

Schritt 2: Montage der LED

Im nächsten Schritt habe ich die LED auf das Steuerbord gelötet. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, eine Platine mit dem passenden Footprint Ihrer LED zu bekommen. Das Löten auf einer Platine mit Metallkern kann schwierig sein, da die Platine die Wärme ziemlich gut ableitet. Um das Löten zu erleichtern, empfiehlt es sich, die Platine auf eine Heizplatte zu legen, aber ich habe es auch geschafft, darauf zu verzichten. Die LED sollte mit Wärmeleitpaste an die Platine gekoppelt werden. Nach dem Löten habe ich das Steuerbord mit dem Wärmeleitpad am Kühlkörper befestigt.

Schritt 3: Elektronik anschließen

Ich klebte alle elektronischen Komponenten auf die Bodenplatte meines Gehäuses. Beachten Sie, dass der Kühlkörper ziemlich heiß wird, daher ist es sinnvoll, einen Kleber zu verwenden, der hohen Temperaturen standhält. Die Batterie wird mit dem Step-Up-Modul verbunden, das die Spannung auf etwa 6 V erhöht. Der Ausgang wird dann mit dem LED-Boost-Treiber verdrahtet, der mit der LED verbunden ist. Nach der Batterie wurde ein Schiebeschalter hinzugefügt, aber Sie möchten das Löten möglicherweise erst durchführen, nachdem Sie den Schiebeschalter im nächsten Schritt montiert haben.

Schritt 4: Gehäuse ändern

Ich habe mit meinem Dremel-Tool einige Änderungen am Encluse vorgenommen. In die Oberseite wurde ein schlitzförmiges Loch eingebracht, damit das LED-Licht entweichen kann. Außerdem habe ich seitlich einige Öffnungen zur Belüftung angebracht. Ein weiteres Loch wurde für den Schiebeschalter gemacht, der mit Heißkleber fixiert wurde. Ich bin mit dem Aussehen des Gehäuses nicht sehr zufrieden, da die Löcher ziemlich rau aussehen. Zum Glück sind die meisten nicht sichtbar. Das nächste Mal werde ich wahrscheinlich eine benutzerdefinierte Box mit einem Laserschneider machen.

Schritt 5: Fertig

Nach dem Schließen des Gehäuses war das Projekt abgeschlossen. Der Kristall kann oben auf den Schlitz aufgesetzt werden und wird von unten durch die LED angeregt. Die Fluoreszenzemission ist ziemlich hell. Beachten Sie, dass das gesamte Licht wirklich vom Kristall kommt, da das UVC-Licht unsichtbar ist.

Der Build kann sicherlich in einigen Punkten verbessert werden. Zunächst einmal ist das Wärmemanagement der LED nicht so toll und der Kühlkörper wird ziemlich heiß. Dies liegt daran, dass die Belüftung sehr gering ist, da der Kühlkörper im Gehäuse montiert wurde. Bisher habe ich mich nicht getraut die LED länger als ein paar Minuten laufen zu lassen. Zweitens möchte ich beim nächsten Mal ein schöneres Gehäuse mit einer benutzerdefinierten lasergeschnittenen Box aus schwarzem Acryl herstellen. Darüber hinaus kann ein LiPo-Lademodul mit microUSB-Stecker hinzugefügt werden, sodass Sie die Box zum Aufladen nicht öffnen müssen.