Angstrom - แหล่งกำเนิดแสง LED ที่ปรับแต่งได้: 15 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

Angstrom เป็นแหล่งกำเนิดแสง LED ที่ปรับแต่งได้ 12 ช่องซึ่งสามารถสร้างได้ในราคาต่ำกว่า 100 ปอนด์ ประกอบด้วยช่องสัญญาณ LED ที่ควบคุมด้วย PWM 12 ช่องซึ่งขยาย 390nm-780nm และให้ทั้งความสามารถในการผสมหลายช่องสัญญาณให้เป็นเอาต์พุตแบบไฟเบอร์คู่ขนาด 6 มม. เดียว ตลอดจนความสามารถในการส่งออกช่องสัญญาณใดๆ หรือทุกช่องพร้อมกันไปยังเอาต์พุตไฟเบอร์ 3 มม. แต่ละรายการ

การใช้งานรวมถึงกล้องจุลทรรศน์ นิติเวช การวัดสี การสแกนเอกสาร ฯลฯ คุณสามารถจำลองสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย เช่น หลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์ (CFL)

นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดแสงยังสามารถใช้สำหรับเอฟเฟกต์แสงละครที่น่าสนใจ ช่องจ่ายไฟมีมากกว่าความสามารถในการจัดการ LED เพิ่มเติมด้วยแหล่งจ่ายไฟที่มีพิกัดสูงกว่า และความยาวคลื่นหลายช่วงสร้างเอฟเฟกต์เงาหลากสีที่สวยงามและเป็นเอกลักษณ์ซึ่งแหล่งกำเนิด LED สีขาวหรือ RGB LED ปกติไม่สามารถทำซ้ำได้ เป็นรุ้งทั้งกล่อง!.

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วนที่จำเป็น - กระดานข้างก้น กำลังไฟ คอนโทรลเลอร์ และชุดประกอบ LED

กระดานข้างก้น: ตัวเครื่องประกอบบนฐานไม้ ขนาดประมาณ 600 มม. X 200 มม. x 20 มม. นอกจากนี้ บล็อกไม้บรรเทาความเครียด 180 มม. X 60 มม. X 20 มม. ยังใช้เพื่อจัดแนวใยแก้วนำแสง

แหล่งจ่ายไฟ 5V 60W เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลักผ่านปลั๊ก IEC แบบหลอมรวม ซึ่งติดตั้งฟิวส์ขนาด 700mA และใช้สวิตช์สลับขนาดเล็กที่มีพิกัดอย่างน้อย 1A 240V เป็นสวิตช์ไฟหลัก

แผงวงจรหลักสร้างจากแผ่นแถบทองแดงหุ้มด้วยฟีนอลมาตรฐาน ระยะพิทช์ 0.1 นิ้ว ในต้นแบบ บอร์ดนี้มีขนาดประมาณ 130 มม. X 100 มม. บอร์ดที่สองซึ่งเป็นอุปกรณ์เสริม ขนาดประมาณ 100 มม. X 100 มม. ได้รับการติดตั้งเข้ากับต้นแบบ แต่นี่เป็นเพียงเพื่อให้พอดีกับวงจรเพิ่มเติม เช่น ตรรกะในการประมวลผลสัญญาณสำหรับสเปกโทรสโกปี ฯลฯ และไม่จำเป็นสำหรับยูนิตฐาน

ส่วนประกอบ LED หลักประกอบด้วยไฟ LED สตาร์ 3W จำนวน 12 ดวง โดยแต่ละดวงมีความยาวคลื่นต่างกัน เหล่านี้จะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนเกี่ยวกับการประกอบ LED ด้านล่าง

ไฟ LED ติดตั้งอยู่บนฮีทซิงค์อะลูมิเนียม 2 ตัว ซึ่งในต้นแบบมีความลึก 85 มม. x 50 มม. x 35 มม.

Raspberry Pi Zero W ใช้เพื่อควบคุมเครื่อง ติดตั้งส่วนหัวและเสียบเข้ากับซ็อกเก็ต 40 พินที่ตรงกันบนแผงวงจรหลัก

ขั้นตอนที่ 2: ส่วนที่ต้องการ: LEDs

ไฟ LED 12 ดวงมีความยาวคลื่นตรงกลางดังต่อไปนี้ เป็นไฟ LED แบบดาว 3W พร้อมฐานฮีทซิงค์ 20 มม.

390nm410nm 440nm460nm500nm520nm560nm580nm590nm630nm660nm780nm

ทั้งหมดยกเว้นหน่วย 560nm นั้นมาจาก FutureEden หน่วย 560nm นั้นมาจาก eBay เนื่องจาก FutureEden ไม่มีอุปกรณ์ที่ครอบคลุมความยาวคลื่นนี้ โปรดทราบว่าเครื่องนี้จะจัดส่งจากประเทศจีน ดังนั้นโปรดเผื่อเวลาในการจัดส่ง

ไฟ LED ติดอยู่ที่ฮีทซิงค์โดยใช้เทปความร้อน Akasa ตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 20 มม. แล้วติดด้านหนึ่งกับ LED และอีกด้านหนึ่งกับฮีทซิงค์ ตรวจดูให้แน่ใจว่าคุณปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตว่าด้านใดของเทปไปที่ฮีทซิงค์ LED

ขั้นตอนที่ 3: ชิ้นส่วนที่ต้องการ: วงจรควบคุม LED

แต่ละช่อง LED ถูกควบคุมจากพิน GPIO บน Raspberry Pi PWM ใช้เพื่อควบคุมความเข้มของ LED MOSFET กำลังไฟฟ้า (Infineon IPD060N03LG) ขับเคลื่อน LED แต่ละดวงผ่านตัวต้านทานกำลัง 2W เพื่อจำกัดกระแสไฟ LED

ค่า R4 สำหรับแต่ละอุปกรณ์และกระแสที่วัดได้แสดงไว้ด้านล่าง ค่าตัวต้านทานเปลี่ยนไปเนื่องจากแรงดันตกคร่อม LED ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าจะสูงกว่า LED ที่มีความยาวคลื่นยาว R4 เป็นตัวต้านทาน 2W มันจะอุ่นขึ้นระหว่างการทำงาน ดังนั้นต้องแน่ใจว่าได้ติดตั้งตัวต้านทานอย่างชัดเจนจากบอร์ดควบคุม โดยให้สายนำยาวพอที่ตัวตัวต้านทานจะอยู่ห่างจากบอร์ดอย่างน้อย 5 มม.

อุปกรณ์ Infineon มีจำหน่ายในราคาถูกบน eBay และยังมีซัพพลายเออร์เช่น Mouser ในสต็อกอีกด้วย พวกเขาได้รับการจัดอันดับที่ 30V 50A ซึ่งเป็นอัตรากำไรขั้นต้นที่มาก แต่ราคาถูกและใช้งานง่ายเป็นอุปกรณ์ DPAK และสามารถบัดกรีด้วยมือได้ง่าย หากคุณต้องการเปลี่ยนอุปกรณ์ โปรดเลือกอุปกรณ์ที่มีระยะขอบปัจจุบันที่เหมาะสมและด้วยเกณฑ์เกตที่อุปกรณ์เปิดเต็มที่ที่ 2-2.5V เนื่องจากค่านี้ตรงกับระดับตรรกะ (สูงสุด 3.3V) ที่มีให้จาก Pi GPIO หมุด ความจุเกต/แหล่งที่มาคือ 1700pf สำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ และการเปลี่ยนใดๆ ควรมีความจุใกล้เคียงกัน

เครือข่าย snubber ทั่วทั้ง MOSFET (ตัวเก็บประจุ 10nF และตัวต้านทาน 10 โอห์ม 1/4W) เพื่อควบคุมเวลาขึ้นและลง หากไม่มีส่วนประกอบเหล่านี้และตัวต้านทานเกท 330 โอห์ม ก็พบว่ามีเสียงกริ่งและโอเวอร์ช็อตที่เอาต์พุตซึ่งอาจนำไปสู่การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ (EMI)

ตารางค่าตัวต้านทานสำหรับ R4 ตัวต้านทานกำลัง 2W

385nm 2.2 โอห์ม 560mA415nm 2.7 โอห์ม 520mA440nm 2.7 โอห์ม 550mA 460nm 2.7 โอห์ม 540mA 500nm 2.7 โอห์ม 590mA 525nm 3.3 โอห์ม 545mA 560nm 3.3 โอห์ม 550mA 590nm 3.9 โอห์ม 570mA 610nm 3.3 โอห์ม 630mA 630nm 660 3.9 โอห์ม 610nm

ขั้นตอนที่ 4: ส่วนที่ต้องการ: ไฟเบอร์ออปติกและคอมไบน์เนอร์

ไฟ LED เชื่อมต่อกับตัวรวมแสงผ่านเส้นใยพลาสติก 3 มม. มีจำหน่ายจากซัพพลายเออร์หลายราย แต่สินค้าราคาถูกอาจมีการลดทอนที่ความยาวคลื่นสั้นมากเกินไป ฉันซื้อไฟเบอร์บนอีเบย์ซึ่งยอดเยี่ยม แต่ไฟเบอร์บางตัวที่ถูกกว่าในอเมซอนซึ่งมีการลดทอนอย่างมีนัยสำคัญที่ประมาณ 420 นาโนเมตรและต่ำกว่า ไฟเบอร์ที่ฉันซื้อจาก eBay มาจากแหล่งนี้ 10 เมตรน่าจะเพียงพอ คุณต้องการเพียง 4 เมตรในการจับคู่ LED ที่มีความยาว 12 X 300 มม. แต่หนึ่งในตัวเลือกในการสร้างยูนิตนี้คือการจับคู่ความยาวคลื่นแต่ละรายการออกเป็นไฟเบอร์เอาต์พุต 3 มม. ดังนั้นจึงมีประโยชน์ที่จะมีตัวเลือกเพิ่มเติมสำหรับตัวเลือกนี้

www.ebay.co.uk/itm/Fibre-Optic-Cable-0-25-…

ไฟเบอร์เอาต์พุตเป็นไฟเบอร์แบบยืดหยุ่น 6 มม. หุ้มด้วยปลอกพลาสติกด้านนอกที่ทนทาน ได้จากที่นี่ ความยาว 1 เมตรน่าจะเพียงพอในกรณีส่วนใหญ่

www.starscape.co.uk/optical-fibre.php

เครื่องรวมแสงเป็นท่อนำแสงพลาสติกทรงเรียวซึ่งทำจากชิ้นส่วนของแท่งสี่เหลี่ยมขนาด 15 x 15 มม. ตัดให้เหลือประมาณ 73 มม. และขัดลงเพื่อให้ปลายด้านออกของตัวนำมีขนาด 6 มม. x 6 มม.

ขอย้ำอีกครั้งว่าอะคริลิกบางเกรดอาจมีการลดทอนมากเกินไปที่ความยาวคลื่นสั้น น่าเสียดายที่มันยากที่จะระบุได้ว่าคุณจะได้อะไร แต่คันจากแหล่งนี้ใช้งานได้ดี

www.ebay.co.uk/itm/SQUARE-CLEAR-ACRYLIC-RO…

อย่างไรก็ตาม แท่งจากแหล่งกำเนิดนี้มีการลดทอนมากเกินไป และเกือบจะทึบแสง UV 390 นาโนเมตรเกือบทั้งหมด

www.ebay.co.uk/itm/Acrylic-Clear-Solid-Squ…

ขั้นตอนที่ 5: ชิ้นส่วนที่ต้องการ: ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ

บางส่วนเป็น 3d พิมพ์ พวกเขาคือ

อะแดปเตอร์ไฟเบอร์ LED

แผ่นยึดไฟเบอร์

อะแดปเตอร์เอาท์พุตไฟเบอร์ (อุปกรณ์เสริม) (สำหรับส่วนลึกแต่ละส่วน) นี่เป็นเพียงแผ่นยึดไฟเบอร์ที่พิมพ์ซ้ำ

แผ่นยึดออปติคัลคัปเปิ้ล

ชิ้นส่วนทั้งหมดพิมพ์ด้วย PLA มาตรฐาน ยกเว้นอะแดปเตอร์ไฟเบอร์ ฉันแนะนำ PETG สำหรับสิ่งเหล่านี้เนื่องจาก PLA นิ่มนวลมากเกินไป ไฟ LED ค่อนข้างอุ่น

STL ทั้งหมดสำหรับชิ้นส่วนเหล่านี้รวมอยู่ในไฟล์ที่แนบมาของโครงการ ดูขั้นตอนการกำหนดค่า Raspberry Pi สำหรับไฟล์ zip ที่มีทรัพย์สินของโครงการทั้งหมด

พิมพ์อะแดปเตอร์ไฟเบอร์สำหรับไฟ LED ที่มีการเติม 100% ส่วนอื่นๆ สามารถพิมพ์ได้ด้วยการเติม 20%

ชิ้นส่วนทั้งหมดถูกพิมพ์ที่ความสูงของชั้น 0.15 มม. โดยใช้หัวฉีดมาตรฐาน 0.4 มม. ที่ 60 มม./วินาที บน Creality Ender 3 และ Biqu Magician เครื่องพิมพ์ 3D ราคาประหยัดควรทำงาน

ชิ้นส่วนทั้งหมดควรพิมพ์ในแนวตั้งโดยให้รูชี้ขึ้น ซึ่งให้ความแม่นยำสูงสุด คุณสามารถข้ามการสนับสนุนสำหรับพวกเขา มันจะทำให้แผ่นยึดข้อต่อหลักดูขาดเล็กน้อยที่ขอบท้าย แต่นี่เป็นเพียงเครื่องสำอาง กระดาษทรายก็จะทำให้เป็นระเบียบเรียบร้อย

สำคัญ: พิมพ์แผ่นยึดไฟเบอร์ (และสำเนาสำรองสำหรับอะแดปเตอร์เอาท์พุตไฟเบอร์แต่ละตัว) ที่มาตราส่วน 1.05 เช่น ขยาย 5% เพื่อให้แน่ใจว่ารูสำหรับไฟเบอร์มีระยะห่างเพียงพอ

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบบอร์ดควบคุมหลัก

บอร์ดควบคุมถูกสร้างขึ้นจากแถบทองแดงมาตรฐาน (บางครั้งเรียกว่า veroboard) ฉันไม่ได้รวมเลย์เอาต์ที่มีรายละเอียดเพราะการออกแบบบอร์ดที่ฉันลงเอยด้วยความไม่เป็นระเบียบเล็กน้อยเนื่องจากต้องเพิ่มส่วนประกอบเช่นเครือข่าย snubber ที่ฉันไม่ได้วางแผนไว้ตั้งแต่แรก ด้านบนของบอร์ดที่แสดงไว้ด้านบนบางส่วนมีตัวต้านทานกำลังและซ็อกเก็ตสำหรับ Raspberry Pi ฉันใช้ส่วนหัวมุมฉากสำหรับ Pi ดังนั้นมันจึงนั่งในมุมฉากกับกระดานหลัก แต่ถ้าคุณใช้ส่วนหัวตรงปกติก็จะนั่งขนานกับกระดานแทน มันจะใช้พื้นที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพื่อวางแผนตามนั้น

Veropins ถูกใช้เพื่อต่อสายไฟเข้ากับบอร์ด ดอกสว่านบิดเกลียวขนาดเล็กมีประโยชน์ในการตัดราง สำหรับซ็อกเก็ต Pi ให้ใช้มีดแหลมคมเพื่อตัดแทร็กเนื่องจากคุณไม่มีรูสำรองระหว่างหมุดซ็อกเก็ตทั้งสองชุด

สังเกตลวดทองแดง 1 มม. สองแถว นี่คือการให้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับกระแสไฟเกือบ 7 แอมป์ที่ LED กินเต็มกำลัง สายไฟเหล่านี้ไปที่ขั้วต้นทางของ MOSFET กำลังไฟฟ้า จากนั้นจึงลงกราวด์

บอร์ดนี้มีเพียงสายไฟ 5V ขนาดเล็กที่จ่ายไฟให้กับ Pi นี่เป็นเพราะฟีดพลังงานหลัก 5V ไปที่ขั้วบวกของ LED ซึ่งเชื่อมต่อผ่านสายเคเบิลดิสก์ PC IDE มาตรฐานบนบอร์ดที่สองในต้นแบบของฉัน อย่างไรก็ตาม คุณไม่จำเป็นต้องทำสิ่งนี้ และสามารถต่อเข้ากับซ็อกเก็ตบนบอร์ดแรกได้โดยตรง ในกรณีนี้ คุณจะใช้ชุดสายทองแดงที่ซ้ำกันตามด้านแอโนดเพื่อจัดการกับกระแสไฟที่ด้าน +5V ในต้นแบบ สายไฟเหล่านี้อยู่บนกระดานที่สอง

ขั้นตอนที่ 7: Power MOSFETs

MOSFET ถูกติดตั้งที่ด้านทองแดงของบอร์ด เป็นอุปกรณ์ DPAK ดังนั้นต้องบัดกรีแท็บกับบอร์ดโดยตรง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้ปลายขนาดใหญ่ที่เหมาะสมกับหัวแร้งแล้วชุบแถบให้เรียบอย่างรวดเร็ว ดีบุกรางทองแดงที่คุณจะต่ออุปกรณ์ วางบนกระดานแล้วอุ่นแท็บอีกครั้ง บัดกรีจะละลายและติดอุปกรณ์ ลองทำสิ่งนี้อย่างรวดเร็วพอสมควรเพื่อไม่ให้อุปกรณ์ร้อนเกินไป มันจะทนต่อความร้อนได้หลายวินาทีดังนั้นอย่าตกใจ เมื่อประสานแท็บ (ท่อระบายน้ำ) แล้วคุณสามารถประสานเกตและแหล่งนำไปสู่บอร์ด อย่าลืมตัดรางสำหรับเกทและลีดต้นทางก่อน จะได้ไม่ขาดไปถึงแท็บท่อระบายน้ำ! คุณไม่สามารถมองเห็นได้จากภาพ แต่รอยบาดนั้นอยู่ใต้สายที่นำไปสู่ตัวเครื่อง

ผู้อ่าน Eagle-eyed จะสังเกตเพียง 11 MOSFETs นี่เป็นเพราะวันที่ 12 ถูกเพิ่มเข้ามาในภายหลังเมื่อฉันได้ LED 560nm มันไม่พอดีกับกระดานเนื่องจากความกว้างจึงถูกวางไว้ที่อื่น

ขั้นตอนที่ 8: ไฟ LED และฮีทซิงค์

นี่คือภาพระยะใกล้ของ LED และฮีทซิงค์ การเดินสายของบอร์ดควบคุมมาจากรุ่นก่อนหน้าของต้นแบบ ก่อนที่ฉันจะเปลี่ยนไปใช้สาย IDE เพื่อเชื่อมต่อ LED กับคอนโทรลเลอร์

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ไฟ LED จะถูกติดโดยใช้เทปความร้อน Akasa สี่เหลี่ยม มีข้อดีตรงที่หากไฟ LED ไม่ทำงาน คุณสามารถเอาออกได้ง่ายโดยใช้มีดคมตัดผ่านเทป

ตราบใดที่ฮีทซิงค์มีขนาดใหญ่เพียงพอ คุณก็ไม่จำเป็นต้องติดตั้งไฟ LED ทั้งหมดบนฮีทซิงค์ตัวเดียว บนฮีทซิงค์ที่แสดง เมื่อใช้พลังงานเต็มที่ อุณหภูมิฮีทซิงค์จะสูงถึง 50 องศาเซลเซียส ดังนั้นฮีทซิงค์เหล่านี้จึงอาจน้อยกว่าที่เหมาะสมที่สุดเล็กน้อย เมื่อมองย้อนกลับไป อาจเป็นความคิดที่ดีที่จะใส่ LED ที่มีความยาวคลื่นยาวสามดวงบนฮีทซิงค์แต่ละตัว แทนที่จะใส่ตัวปล่อยความยาวคลื่นสั้นทั้งหมดหกตัวไว้ที่ตัวหนึ่งและตัวปล่อยความยาวคลื่นที่ยาวกว่าอีกตัวหนึ่ง ทั้งนี้เป็นเพราะสำหรับกระแสไปข้างหน้าที่กำหนด ตัวปล่อยความยาวคลื่นสั้นจะกระจายพลังงานมากขึ้นเนื่องจากแรงดันตกไปข้างหน้าที่สูงขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงอุ่นขึ้น

คุณสามารถเพิ่มการระบายความร้อนด้วยพัดลมได้อย่างแน่นอน หากคุณวางแผนที่จะปิดชุดประกอบ LED อย่างสมบูรณ์ก็ควรที่จะ

ขั้นตอนที่ 9: การเดินสายไฟ LED

ไฟ LED เชื่อมต่อกับบอร์ดควบคุมผ่านสาย IDE 40 พินมาตรฐาน ไม่ได้ใช้คู่สายเคเบิลทั้งหมดเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับการขยาย

แผนภาพการเดินสายด้านบนแสดงการเดินสายขั้วต่อ IDE และการเดินสายไปยัง Raspberry Pi ด้วย

ไฟ LED แสดงด้วยสี (UV = อัลตราไวโอเลต, V = สีม่วง, RB = รอยัลบลู, B = สีน้ำเงิน, C = สีฟ้า, G = สีเขียว, YG = สีเหลืองสีเขียว, Y = สีเหลือง, A = สีเหลืองอำพัน, R = สว่าง สีแดง, DR = สีแดงเข้ม, IR = อินฟราเรด) เช่น ความยาวคลื่นจากน้อยไปมาก

หมายเหตุ: อย่าลืมตรวจสอบให้แน่ใจว่าด้านที่เชื่อมต่อ +5V ของช่องเสียบสายเคเบิลมีสายไฟหนา 2 x 1 มม. วิ่งขนานกันตามแถบแผ่นเพื่อให้มีเส้นทางกระแสไฟสูง ในทำนองเดียวกัน การเชื่อมต่อต้นทางกับ MOSFET ซึ่งต่อสายดิน ควรมีการเดินสายที่คล้ายคลึงกันเพื่อให้เส้นทางที่มีกระแสไฟสูงลงสู่กราวด์

ขั้นตอนที่ 10: ทดสอบบอร์ดควบคุม

โดยไม่ต้องเสียบ Raspberry Pi เข้ากับบอร์ด คุณสามารถทดสอบว่าไดรเวอร์ LED ของคุณทำงานอย่างถูกต้องโดยเชื่อมต่อพิน GPIO ผ่านคลิปลีดเข้ากับราง +5V ไฟ LED ที่เหมาะสมควรสว่าง

อย่าเชื่อมต่อพิน GPIO กับ +5V เมื่อเสียบปลั๊ก Pi คุณจะสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ มันทำงานภายใน 3.3V

เมื่อคุณมั่นใจว่าตัวขับพลังงานและไฟ LED ทำงานอย่างถูกต้อง คุณสามารถดำเนินการในขั้นตอนต่อไป ซึ่งก็คือการกำหนดค่า Raspberry Pi

อย่ามองตรงไปยังส่วนปลายของเส้นใยแก้วนำแสงโดยที่ไฟ LED ทำงานเต็มกำลัง พวกมันสว่างมาก

ขั้นตอนที่ 11: ไฟเบอร์ออปติกคัปปลิ้งไฟ LED

LED แต่ละตัวเชื่อมต่อกันผ่านไฟเบอร์ออปติก 3 มม. อะแดปเตอร์ไฟเบอร์ที่พิมพ์ 3 มิติแนบสนิทกับส่วนประกอบ LED และนำทางไฟเบอร์ บล็อกระบายความเครียดติดตั้งอยู่ที่ด้านหน้าฮีทซิงค์ LED ประมาณ 65 มม.

ซึ่งมีพื้นที่เพียงพอสำหรับนิ้วของคุณเข้าไปและดันอะแดปเตอร์ไฟเบอร์เข้ากับไฟ LED แล้วจึงใส่ไฟเบอร์เข้าไป

เจาะรูขนาด 4 มม. ผ่านบล็อกระบายความเครียดตามแนวเดียวกับไฟ LED

ความยาวของเส้นใยแต่ละเส้นจะยาวประมาณ 250 มม. อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเส้นใยแต่ละเส้นมีเส้นทางที่แตกต่างกัน ความยาวที่พอดีจริงจึงแตกต่างกันไป วิธีที่ง่ายที่สุดในการได้รับสิทธิ์นี้คือการตัดไฟเบอร์ความยาว 300 มม. จากนั้นคุณต้องยืดเส้นใยให้ตรง มิฉะนั้นจะไม่สามารถจัดการได้ ราวกับแท่งเพอร์เพ็กซ์หนา 3 มม. และแข็งกว่าที่คิดไว้มาก

ในการยืดเส้นใย ฉันใช้แท่งทองเหลือง OD ขนาด 4 มม. ความยาว 300 มม. (ประมาณ) เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของแกนนั้นเพียงพอสำหรับไฟเบอร์ที่จะเลื่อนเข้าไปในแกนได้อย่างราบรื่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายทั้งสองของแกนเรียบ เพื่อไม่ให้เกิดรอยขีดข่วนบนเส้นใยขณะเลื่อนเข้าและออกจากแกน

ดันไฟเบอร์เข้าไปในแกนเพื่อให้เรียบที่ปลายด้านหนึ่งและยื่นออกมาอีกข้างหนึ่งเล็กน้อย หรือเข้าไปจนสุดหากแกนยาวกว่าไฟเบอร์ จากนั้นจุ่มก้านลงในหม้อลึกเติมน้ำเดือดประมาณ 15 วินาที ถอดแกนและจัดตำแหน่งเส้นใยถ้าจำเป็นเพื่อให้ปลายอีกด้านติดกับปลายก้าน จากนั้นให้ความร้อนที่สิ้นสุดในลักษณะเดียวกัน

ตอนนี้คุณควรมีเส้นใยที่ตรงอย่างสมบูรณ์แบบ ดึงออกโดยดันเส้นใยอีกชิ้นหนึ่งเข้าไปจนกระทั่งจับและดึงเส้นใยที่ยืดออกได้

เมื่อคุณยืดเส้นใยทั้งสิบสองชิ้นให้ตรงแล้ว ให้ตัดอีกสิบสองชิ้นที่มีความยาวประมาณ 70 มม. สิ่งเหล่านี้จะถูกนำมาใช้เพื่อนำเส้นใยผ่านเพลทคัปปลิ้ง จากนั้นเมื่อการก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์ พวกเขาจะถูกนำมาใช้เพื่อเติมไฟเบอร์ออปติกคัปปลิ้งแต่ละตัว เพื่อไม่ให้สูญเปล่า

ยืดชิ้นที่ตัดเหล่านี้ให้ตรงในลักษณะเดียวกัน แล้วนำมาประกอบเข้ากับแผ่นต่อ คุณสามารถดูว่าควรมีลักษณะอย่างไรในภาพด้านบน เลย์เอาต์ที่เซคือเพื่อลดพื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยเส้นใย (ความหนาแน่นของการบรรจุทรงกลมน้อยที่สุด) เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องผสมไฟเบอร์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด

นำไฟเบอร์ที่ตัดแล้วแต่ละชิ้นและทรายด้านหนึ่งออกให้เรียบ ทำงานได้ถึง 800 และกระดาษทรายเบอร์ 1500 จากนั้นขัดด้วยโลหะหรือขัดพลาสติก - เครื่องมือโรตารี่ขนาดเล็กพร้อมแผ่นขัดเงามีประโยชน์ที่นี่

ตอนนี้เอาไฟเบอร์ที่ตัดแล้วออกแล้วเลื่อนไฟเบอร์ที่มีความยาวเต็มเข้าไปในเพลทต่อ จากนั้นใส่กลับเข้าไปในตัวระบายความเครียดเพื่อให้ปลายขัดเงาสัมผัสกับด้านหน้าเลนส์ LED ผ่านตัวเชื่อมไฟเบอร์ LED ทำซ้ำสำหรับแต่ละเส้นใย การเก็บเส้นใยสั้น ๆ ไว้ในรูทำให้มั่นใจได้ว่าเส้นใยยาวแต่ละเส้นจะเข้าที่ตำแหน่งที่ถูกต้องได้ง่าย

หมายเหตุ: อย่าดันไฟ LED สีม่วงและอัลตราไวโอเลตแรงเกินไป ไฟ LED เหล่านี้ถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุโพลีเมอร์ที่อ่อนนุ่ม ซึ่งแตกต่างจากไฟ LED อื่นๆ ซึ่งหุ้มด้วยอีพ็อกซี่ ง่ายต่อการเปลี่ยนรูปเลนส์และทำให้สายเชื่อมขาด เชื่อฉันเถอะ ฉันเรียนรู้สิ่งนี้มาอย่างยากลำบาก ดังนั้น โปรดใช้ความระมัดระวังเมื่อติดตั้งเส้นใยกับไฟ LED สองดวงนี้

ไม่สำคัญว่าคุณจัดเส้นทางเส้นใยผ่านข้อต่ออะไรมาก แต่พยายามจัดชั้นเส้นใยเพื่อไม่ให้ข้ามกัน ในการออกแบบของฉัน ไฟ LED หกดวงด้านล่างถูกส่งไปยังสามรูต่ำสุดสำหรับไฟ LED สามดวงด้านซ้าย และอีกสามรูถัดไปสำหรับไฟ LED สามดวงด้านขวาและอื่นๆ

เมื่อคุณเดินเส้นใยทั้งหมดผ่านข้อต่อ ให้วางเส้นใยไว้บนกระดานฐานและเจาะรูยึดสองรู จากนั้นขันให้แน่น

จากนั้น ใช้มีดคัตเตอร์แนวทแยงที่คมมาก ตัดไฟเบอร์แต่ละชิ้นให้ใกล้กับหน้าคัปเปิ้ลมากที่สุด จากนั้นดึงแต่ละชิ้นออก ขัดและขัดปลายที่ตัดแล้วใส่กลับเข้าไปใหม่ ก่อนที่จะไปยังเส้นใยถัดไป

ไม่ต้องกังวลหากเส้นใยไม่เสมอกันกับหน้าข้อต่อ ทางที่ดีที่สุดคือทำผิดพลาดโดยให้ช่องปิดเล็กน้อยแทนที่จะยื่นออกมา แต่ความแตกต่างหนึ่งหรือสองมิลลิเมตรไม่สำคัญจริงๆ

ขั้นตอนที่ 12: การกำหนดค่า Raspberry Pi

ขั้นตอนการกำหนดค่า Raspberry Pi ได้รับการบันทึกไว้ในเอกสาร rtf ที่แนบมาซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไฟล์แนบ zip คุณไม่จำเป็นต้องมีฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมในการกำหนดค่า Pi นอกเหนือจากพอร์ต USB สำรองบนพีซีเพื่อเสียบปลั๊ก สายเคเบิล USB ที่เหมาะสม และเครื่องอ่านการ์ด SD เพื่อสร้างภาพการ์ด MicroSD คุณต้องมีการ์ด MicroSD; 8G มีขนาดใหญ่เกินพอ

เมื่อคุณกำหนดค่า Pi และเสียบเข้ากับบอร์ดควบคุมหลัก มันควรจะเป็นจุดเข้าใช้งาน WiFi เมื่อคุณเชื่อมต่อพีซีของคุณกับ AP นี้และเรียกดู https://raspberrypi.local หรือ https://172.24.1.1 คุณควรเห็นหน้าด้านบน เพียงเลื่อนแถบเลื่อนเพื่อตั้งค่าความเข้มและความยาวคลื่นของแสงที่คุณต้องการดู

โปรดทราบว่าความเข้มต่ำสุดคือ 2; นี่เป็นลักษณะเฉพาะของไลบรารี Pi PWM

ภาพที่สองแสดงหน่วยที่จำลองสเปกตรัมของหลอด CFL โดยปล่อยที่ประมาณ 420nm, 490nm และ 590nm (สีม่วง สีเขียวขุ่น และสีเหลืองอำพัน) ซึ่งสอดคล้องกับหลอดเคลือบสารเรืองแสงทั่วไปสามหลอด

ขั้นตอนที่ 13: เครื่องผสมไฟเบอร์

เครื่องผสมลำแสงไฟเบอร์ทำมาจากแท่งอะคริลิกสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 15 x 15 มม. โปรดทราบว่าพลาสติกอะคริลิกบางชนิดมีการดูดซึมมากเกินไปในสเปกตรัมตั้งแต่ 420 นาโนเมตรหรือต่ำกว่า เพื่อตรวจสอบสิ่งนี้ก่อนเริ่ม ให้ฉาย UV LED ผ่านแกนและตรวจสอบว่าไม่ได้ลดทอนลำแสงมากเกินไป (ใช้กระดาษสีขาวแผ่นหนึ่งเพื่อให้คุณเห็นแสงสีน้ำเงินจากสารฟอกขาวในกระดาษ)

คุณสามารถพิมพ์จิ๊กที่พิมพ์ได้ 3 มิติเพื่อขัดแกนหรือสร้างของคุณเองจากแผ่นพลาสติกที่เหมาะสมตัดแกนให้ประมาณ 73 มม. และทรายและขัดปลายทั้งสองข้าง จากนั้นยึดจิ๊กกับสองด้านตรงข้ามของแกนโดยใช้เทปกาวสองหน้า ทรายโดยใช้กระดาษทรายเบอร์ 40 จนกว่าคุณจะอยู่ภายใน 0.5 มม. หรือมากกว่านั้นของเส้นจิ๊ก จากนั้นค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็น 80, 160, 400, 800, 1500, 3000, 5000 และสุดท้ายคือ 7000 กระดาษทรายเพื่อให้ได้พื้นผิวขัดมัน จากนั้นนำจิ๊กออกและจัดตำแหน่งใหม่เพื่อทรายอีกสองด้าน ตอนนี้คุณควรมีพีระมิดเรียวที่เหมาะสำหรับติดตั้งในเพลทผสมไฟเบอร์ ปลายแคบคือ 6 มม. x 6 มม. เพื่อให้ตรงกับการนำไฟเบอร์ออก

หมายเหตุ: ในกรณีของฉัน ฉันไม่ได้ขัดทรายลงไปที่ขนาด 6 มม. x 6 มม. ดังนั้นตัวรวมจะยื่นออกมาจากแผ่นยึดเล็กน้อย สิ่งนี้ไม่สำคัญเพราะไฟเบอร์ขนาด 6 มม. เป็นแบบกดและจะชนกับปลายแคบของตัวรวมถ้าผลักเข้าไปให้ไกลพอ

ดึงแจ็คเก็ตตัวนอกออกประมาณ 1 นิ้วจากไฟเบอร์ 6 มม. ระวังอย่าให้เส้นใยเสียหาย จากนั้น หากแจ็คเก็ตชั้นนอกของไฟเบอร์ไม่พอดีกับแผ่นต่อพ่วง ให้พันเทปพันรอบไว้ จากนั้นควรจะสามารถผลักเข้าและนอนอย่างอบอุ่นด้วยปิรามิดของตัวรวมสัญญาณ ติดตั้งชุดประกอบทั้งหมดเข้ากับแผ่นฐานโดยให้สอดคล้องกับเอาต์พุตไฟเบอร์

โปรดทราบว่าคุณสูญเสียแสงบางส่วนเมื่อรวมกัน คุณสามารถเห็นเหตุผลได้จากร่องรอยทางแสงด้านบน เนื่องจากการเพ่งแสงลงยังทำให้มุมลำแสงเพิ่มขึ้น และเราสูญเสียแสงบางส่วนในกระบวนการ สำหรับความเข้มสูงสุดที่ความยาวคลื่นเดียว ให้ใช้เพลตไฟเบอร์คัปเปิลซึ่งเป็นอุปกรณ์เสริมเพื่อเลือก LED หรือ LED โดยตรงกับไฟเบอร์ 3 มม.

ขั้นตอนที่ 14: แผ่นต่อแยกไฟเบอร์เอาท์พุต

นี่เป็นเพียงการพิมพ์ครั้งที่สองของคู่มือไฟเบอร์หลัก ย้ำอีกครั้งว่าต้องพิมพ์ด้วยอัตราส่วน 105% เพื่อให้มีช่องว่างสำหรับเส้นใยผ่านรู คุณเพียงขันสกรูเพลทนี้ลงในแนวเดียวกับไกด์ไฟเบอร์ คลายเกลียวชุดรวมและแทนที่ด้วยเพลตนี้ อย่าลืมใส่ให้ถูกที่ถูกทาง รูจะเรียงในทิศทางเดียวเท่านั้น!.

ตอนนี้ใส่ไฟเบอร์ 12 ชิ้นที่คุณตัดแล้วลงในรูในจาน หากต้องการเลือกความยาวคลื่นตั้งแต่หนึ่งช่วงขึ้นไป ให้เอาเส้นใยหนึ่งชิ้นออกแล้วใส่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่านั้นเข้าไปในรู คุณสามารถเลือกความยาวคลื่นทั้งหมด 12 ช่วงพร้อมกันได้หากต้องการ

ขั้นตอนที่ 15: พลังมากขึ้น!. ความยาวคลื่นมากขึ้น

Pi สามารถขับเคลื่อนช่องได้มากขึ้นหากต้องการ อย่างไรก็ตาม ความพร้อมใช้งานของ LED ในความยาวคลื่นอื่นๆ นั้นน่าจะเป็นเรื่องที่ท้าทาย คุณสามารถรับหลอด UV LED ขนาด 365nm ได้ในราคาถูก แต่สายไฟเบอร์แบบยืดหยุ่น 6 มม. เริ่มดูดซับแรงแม้ที่ 390 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ฉันพบว่าเส้นใยแต่ละเส้นจะทำงานกับความยาวคลื่นนั้นได้ ดังนั้นหากคุณต้องการ คุณสามารถเพิ่มหรือเปลี่ยน LED เพื่อให้ความยาวคลื่น UV สั้นลงได้

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการเพิ่มความสว่างโดยเพิ่มไฟ LED เป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่น คุณสามารถออกแบบและพิมพ์ตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ 5 X 5 (หรือ 4 X 6) และมีไฟ LED 2 ดวงต่อช่องสัญญาณ โปรดทราบว่าคุณต้องมีแหล่งจ่ายไฟที่ใหญ่กว่ามาก เนื่องจากคุณจะต้องใช้กระแสไฟเกือบ 20 แอมป์ LED แต่ละตัวต้องการตัวต้านทานการดรอปของตัวเอง อย่าขนานไฟ LED โดยตรง MOSFET มีความจุมากเกินพอที่จะขับ LED สองหรือหลายดวงต่อช่องสัญญาณ

คุณไม่สามารถใช้ไฟ LED กำลังสูงได้จริงๆ เพราะไม่ปล่อยแสงจากพื้นที่เล็กๆ เช่น ไฟ LED 3W ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถจับคู่ไฟเบอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ค้นหา 'การอนุรักษ์ etendue' เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนี้

การสูญเสียแสงผ่านตัวรวมแสงค่อนข้างสูง น่าเสียดายที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากกฎฟิสิกส์ ในการลดรัศมีของลำแสง เรายังเพิ่มมุมไดเวอร์เจนซ์ด้วย ดังนั้นแสงบางส่วนจึงเล็ดลอดออกมา เนื่องจากตัวนำทางแสงและไฟเบอร์มีมุมรับแสงเพียง 45 องศาเท่านั้น โปรดทราบว่าเอาต์พุตกำลังจากเอาต์พุตไฟเบอร์แต่ละอันจะสูงกว่าตัวเชื่อมต่อความยาวคลื่นแบบรวมอย่างมาก