Detektor promieniowania UV w cenie 14 groszy za sztukę

[Romekd]

Czołem.
Kilka lat temu, dokonując pomiarów napięcia szumu na świecących diodach LED, które chciałem używać jako źródło napięcia w źródła prądowych i stabilizatorach, zaobserwowałem ciekawe, moim zdaniem zjawisko, niezwiązane co prawda bezpośrednio z napięciem szumu, a z zamianą światła o ściśle określonej częstotliwości (długości fali) na generowane przez diodę napięcie na jej zaciskach i niewielki prąd, który może wytwarzać. Zauważyłem też, że poziom tego prądu zależy dość liniowo od natężenia promieniowania, skierowanego na strukturę diody. Odkrycie to było przypadkowe, gdyż mierząc napięcie szumu w zależności od wartości prądu stałego, przepływającego przez diodę, zauważyłem pewien poziom przydźwięku sieciowego, który również również dodawał się do szumów i mocno zmieniał wyniki pomiarów. Przyznam, że nie widziałem żadnego artykułu w sieci na ten temat (może kiepsko szukałem), więc postanowiłem temat dokładniej zgłębić. Dalsze pomiary pokazały, że diody elektroluminescencyjne mogą stanowić kiepski odpowiednik fotoogniwa, które wytwarza prąd, ale tylko dla długości światła mniejszej lub równej długości światła emitowanego przez diodę pod wpływem płynącego przez nią prądu. Czyli zaczynając od fal najdłuższych, dioda podczerwona o długości fali emitowanej np. 940 nm jest diodą wrażliwą na fale o długości również 940 nm, ale i krótsze, np 850 nm z innej diody IR, podłączonej pod źródło prądu, dioda czerwona reaguje na światło czerwone, ale nie reaguje na promieniowanie podczerwone, choć mając przezroczystą obudowę może reagować na światło żółte zielone i niebieskie oraz UV. Dioda LED, która może wytwarzać strumień promieniowania IR o długości fali 840 nm nie reaguje (lub reaguje bardzo słabo) na promieniowanie diody emitującej promieniowanie 940 nm. Analogicznie sytuacja zachodzi przy diodach LED UV, przy czym dioda UV z zakresu 385 nm nie reaguje zupełnie na światło widzialne, np. z latarki świecącej światłem białym, a reaguje na promieniowanie z zakresu 385 nm, 365 nm, 310 nm i 285 nm (UVA, UVB i UVC). Po tych eksperymentach zakupiłem diody LED emitujące promieniowanie o długości fali 275...285 nm i te diody także reagują na własne promieniowanie, reagują na promieniowanie UV z jarznika kwarcowego (elementu emitującego promieniowanie UV w lampach rtęciowych). Diody LED 275..285 nm reagują również na światło lamp rtęciowych o długości fal emitowanych 254 nm i 185 nm, które kiedyś kupiłem na AliExpress razem z diodami UV 365, 385 i 395 nm. Te ostatnie wydają się świetnymi czujnikami promieniowania UV, w tym tego, które występuje w świetle dziennym (UVA i UVB) oraz mogą służyć do sprawdzania skuteczności tłumienia takiego przez różne filtry oraz np. okularów z filtrami UV...

Poniżej link do filmu na YT, na którym pokazuję jak reagują tanie diody UV z AliExpress na światło latarki LED, emitującej światło białe i latarki emitującej promieniowanie UV o długości 395 nm (przepraszam za marną jakość - film robiłem w tempie ekspresowym ).

https://www.youtube.com/watch?v=xLXnLQjgIdE

Na YT zmieścił niedawno kilka filmów o diodach i ogniwach fotowoltaicznych Pan Piotr Górecki (na jednym z nich pokazuje jak można wykonać własną diodę świecącą, linki poniżej).

https://www.youtube.com/watch?v=-AFchBWiKp4&t=2s
https://www.youtube.com/watch?v=XKpy_S-ZkH0
https://www.youtube.com/watch?v=YfOt7BNxUQw
https://www.youtube.com/watch?v=ZUjNmwak6WY

Pozdrawiam
Romek

[tszczesn]

Diod LED jakoś nigdy nie testowałem w tym celu, ale BC107 z opiłowanym kapturkiem, czy TG5 z oskrobaną zieloną farbą dawały radę. Aczkolwiek nie robiłem badań na jakie długości fal. Ciekawa wiedza.

[Romekd]

To dodam jeszcze jedną ciekawostkę. Zielona dioda elektroluminescencyjna (długość emitowanej fali ok. 520 nm), do niczego nie podłączona, zaczyna delikatnie świecić na zielono gdy skierujemy na nią promieniowanie UV z lampy, służącej do utwardzania soldermaski UV i klejów utwardzanych tym promieniowaniem. Co najciekawsze w diodzie nie zachodzi żadna bezpośrednia luminescencja struktury półprzewodnikowej od padającego promieniowania. Ta dioda świeci zasilana własnym prądem, wytwarzanym na skutek padania na nią promieni UV. Jeżeli w takiej sytuacji zewrze się ze sobą wyprowadzenia diody, ta zgaśnie! Podobny efekt da się zaobserwować w diodzie niebieskiej oświetlonej promieniami UV. Napięcie na nieobciążonej diodzie, oświetlonej światłem o długości mniejszej (lub równej) od tej, którą sama może emitować, może osiągnąć napięcie przewodzenia takiej diody, czemu towarzyszyć będzie lekkie świecenie się jej struktury. Z diod LED można zrobić zapewne nie najgorszy miernik promieniowania, podłączając jej wyprowadzenia do przetwornika prąd/napięcie na wzmacniaczu operacyjnym. Dioda będzie zwarta przez taki przetwornik, jednak napięcie na jego wyjściu będzie proporcjonalne do wielkości promieniowania pobudzającego strukturę do generowania bardzo małego prądu. Szukałem informacji o fotodiodach UV, znajdując jedynie takie o diodach z węglika krzemu, czułych między innymi na UV (potwornie drogich), ale o zastosowaniu w miernikach diod świecących nie udało mi się znaleźć kompletnie niczego. Pewnie źle szukałem...

Pozdrawiam
Romek

[tszczesn]

Pewnie ich parametry jako detektorów UV są jednak znacząco gorsze niż wspomnianych fotodiod z SiC

[szalony]

Jako niewyczerpane źródło filmów o urządzeniach ultrafioletowych polecam kanał bigclive na yt: https://www.youtube.com/user/bigclivedotcom

Źródłem UVC wciąż najcześciej są normalne świetlówki z kwarcową bańką (kupiłem sobie ostatnio taką 24W z normalnym gwintem E27, jak typowa żarówka energooszczędna, trzeba mieć na uwadzę, że jest to urządzenie niebezpieczne, od razu parzy ręce, o oczach nie mówiąc). Dostępne są też wersje puszczające 185nm, które wytwarzają ozon, ale wracając do meritum pojawiają się też diody LED UVC, i to w całkiem znośnych cenach. Z bardzo ciekawych rzeczy są jeszcze lampki ekscymerowe.

Jest jeszcze piękny, i pouczający pokaz z 254nm. Eksperymentu ABSOLUTNIE NIE WOLNO WYKONYWAĆ W DOMU, chyba, ze ktoś chce mieć do końca życia drżące ręce, zaniki pamięci, i sikać w gacie. Dygestorium powinno mieć filtr z węglem aktywnym celem powstrzymania emisji Hg do środowiska.

Na tył dygestorium wstawiamy ekran fluorescencyjny czuły na UVC. Na środku dygestorium stawiamy płytę grzejną bądź mieszadło magnetyczne z grzaniem, a na nim szalkę petriego o średnicy ok 20cm, albo dużą parownicę. Do parownicy nalewamy rtęć, w ten sposób aby przykryła całą powierzchnię. Podgrzewamy minimalnie rtęć (do 30-40*C). Gasimy światło i na przodzie dygestorium załączamy lampę UVC 254nm. Na ekranie fluorescencyjnym można obserwować unoszące się pary rtęci - ekran gaśnie, ponieważ rtęć absorbuje w 254nm.

Mimo stosowania dygestorium, wszyscy obserwatorzy powinni mieć maskę z pochłaniaczem Hg.