Espositore in cristallo fluorescente: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Quando mi stavo laureando all'università, stavo lavorando a un esperimento per il rilevamento diretto della materia oscura chiamato CRESST. Questo esperimento utilizza rivelatori di particelle basati su cristalli scintillanti di tungstato di calcio (CaWO4). Ho ancora un cristallo rotto come souvenir e ho sempre voluto costruire un espositore che eccitasse la fluorescenza del cristallo.

Mi rendo conto che le persone probabilmente non copieranno questa configurazione esatta poiché i cristalli di tungstato di calcio non sono disponibili in commercio e anche i LED UVC che ho usato sono piuttosto costosi. Tuttavia, potrebbe esserti d'aiuto se hai intenzione di costruire un espositore per altri minerali fluorescenti come l'ambra o la fluorite.

Passaggio 1: raccogliere materiali

• cristallo fluorescente CaWO4
• box per piccoli progetti (es. conrad.de)
• LED UVC da 278 nm (ad es. Crystal IS)
• LED di dritta (PCB con nucleo metallico) (ad es. Lumitronix)
• pad termico (es. Lumitronix)
• dissipatore di calore (es. Lumitronix)
• modulo step up (es. ebay.de)
• Driver boost LED (ad es. ebay.de)
• Batteria LiPo (ad es. ebay.de)
• interruttore a scorrimento
• Resistenza SMD da 0,82 Ohm 1206

La fluorescenza nel tungstato di calcio può essere eccitata a lunghezze d'onda < 280 nm. Questo è abbastanza lontano nell'UV e i LED a questa lunghezza d'onda sono generalmente piuttosto costosi (~150 $/pc). Fortunatamente, ho ricevuto gratuitamente alcuni LED SMD da 278 nm poiché sono stati lasciati su campioni di ingegneria dell'azienda in cui lavoro. Questo tipo di LED viene solitamente utilizzato per la disinfezione.

AVVERTENZA: la luce UV può causare danni agli occhi e alla pelle. Assicurati di avere una protezione adeguata, ad es. Occhiali UV

Secondo la scheda tecnica, i LED hanno una potenza di uscita ottica di ~25 mW, una corrente operativa di 300 mA e un'elevata tensione diretta di ~12 V. Poiché ciò significa che i LED dissipano circa 3 W di calore, devono essere montati su un adeguato dissipatore di calore. Pertanto, ho acquistato un PCB con anima in metallo (dritta) con l'impronta giusta, un pad termico e un piccolo dissipatore di calore. Poiché i LED possono essere facilmente danneggiati da correnti troppo elevate, dovrebbero essere utilizzati con un driver a corrente costante. Ho ottenuto una scheda driver boost a corrente costante molto economica basata sull'IC XL6003 che aumenta anche la tensione di uscita. Secondo la scheda tecnica, la tensione di uscita non dovrebbe essere superiore a 2 volte la tensione di ingresso. Tuttavia, poiché volevo alimentare tutto da una batteria LiPo da 3,7 V, ho aggiunto un altro convertitore step-up che aumenta la tensione della batteria a ~ 6 V prima del driver LED. La corrente di uscita del driver LED è impostata da due resistori SMD collegati in parallelo sulla scheda. Secondo la scheda tecnica XL6003 la corrente è data da I = 0,22 V/R. Di default ci sono due resistori da 0,68 Ohm collegati in parallelo che ammontano a ~650 mA. Per abbassare la corrente, ho dovuto sostituire questi resistori con un resistore da 0,82 Ohm che fornirà ~270 mA.

Passaggio 2: montaggio del LED

Nel passaggio successivo ho saldato il LED sulla dritta. Come già accennato, è importante ottenere un PCB con l'impronta corrispondente del LED. La saldatura su un PCB con nucleo metallico può essere difficile poiché la scheda dissipa il calore piuttosto bene. Per facilitare la saldatura si consiglia di appoggiare il PCB su una piastra calda ma sono riuscito anche a farne a meno. Il led va accoppiato alla scheda con pasta termica. Dopo la saldatura ho attaccato la dritta al dissipatore di calore usando il pad termico.

Passaggio 3: collegare l'elettronica

Ho incollato tutti i componenti elettronici alla piastra inferiore della mia custodia. Si noti che il dissipatore di calore diventa piuttosto caldo, quindi è utile utilizzare una colla che resista alle alte temperature. La batteria viene collegata al modulo step-up che aumenta la tensione a circa 6 V. L'uscita viene quindi cablata al driver boost LED che è collegato al LED. Un interruttore a scorrimento è stato aggiunto dopo la batteria, ma potresti voler eseguire la saldatura solo dopo aver montato l'interruttore a scorrimento nel passaggio successivo.

Passaggio 4: modifica allegato

Ho apportato alcune modifiche all'encluse utilizzando il mio strumento Dremel. Nella parte superiore è stato praticato un foro a forma di fessura per la fuoriuscita della luce LED. Inoltre, ho inserito alcune aperture laterali per la ventilazione. Un altro foro è stato realizzato per l'interruttore a scorrimento che è stato fissato con colla a caldo. Non sono molto soddisfatto dell'aspetto della custodia in quanto i fori sembrano piuttosto ruvidi. Per fortuna la maggior parte di loro non sono visibili. La prossima volta probabilmente realizzerò una scatola personalizzata usando un laser cutter.

Passaggio 5: finito

Dopo aver chiuso il recinto il progetto era finito. Il cristallo può essere posizionato sulla fessura in alto ed è eccitato dal LED dal basso. L'emissione di fluorescenza è abbastanza brillante. Nota che tutta la luce proviene davvero dal cristallo poiché la luce UVC è invisibile.

La build può certamente essere migliorata in alcuni modi. Innanzitutto la gestione termica del LED non è eccezionale e il dissipatore si surriscalda parecchio. Questo perché c'è pochissima ventilazione poiché il dissipatore di calore è stato montato all'interno della custodia. Finora non ho osato far funzionare il LED per più di pochi minuti. In secondo luogo, la prossima volta vorrei realizzare un involucro più carino utilizzando una scatola tagliata al laser personalizzata in acrilico nero. Inoltre, è possibile aggiungere un modulo caricabatterie LiPo con presa microUSB in modo da non dover aprire la scatola per la ricarica.