كيف يتم تصميم لوحات التسخين للإدارة الحرارية لاختبار الصمام الثنائي LED والليزر؟

يعتمد الإخراج البصري لصمام ثنائي LED أو ليزر على درجة الحرارة. ولاختبار هذه الأجهزة، يجب الاحتفاظ بها عند درجة حرارة دقيقة وثابتة للصخور أثناء قياس الضوء الخاص بها، وهذا يتطلب مرحلة التسخين. ويلاحظ أي تقلب في درجة حرارة اللوحة باعتباره انحرافًا في أداء الجهاز، وبالتالي يعد الاستقرار الحراري أحد القيود الرئيسية في أنظمة التوصيف البصري.

المتطلبات الحرارية للاختبارات الإلكترونية الضوئية
تم تطوير بيئة اختبار الصمام الثنائي بالليزر للوحة التسخين لتقليد ظروف التشغيل الحقيقية دون التسبب في آثار حرارية. عادة، يتميز الجهاز بنطاق درجة حرارة منظم يتراوح من 25 درجة إلى 100 درجة، حيث يمكن حتى للتغيرات الصغيرة في درجة الحرارة تعديل الطول الموجي أو الكفاءة أو طاقة الخرج.

ونظرًا لهذه الحساسية، تعتبر مرحلة التسخين مرجعًا حراريًا لدرجة القياس-بدلاً من مصدر درجة الحرارة الأساسي.

استراتيجيات بناء الصوانى والتحكم في درجة الحرارة
في أنظمة الاختبار البصري، معظم ألواح التسخين مصنوعة من الألومنيوم، الذي يتمتع بموصلية حرارية عالية. وهذا يؤدي إلى انتشار سريع للحرارة الجانبية وتقليل البقع الساخنة الموضعية.

ميزات التصميم الرئيسية هي:

مستشعرات RTD مدمجة أو مستشعرات حرارية دقيقة للتحكم في الحلقة المغلقة

تصميمات محسّنة للسخان متعدد المناطق-مع المحاكاة الحرارية

ظروف الاتصال بالجهاز متسقة، وإدارة تسطيح السطح للحفاظ عليه

يتم ضبط أنظمة التحكم عادةً لتوفير ثبات يتراوح بين ±0.1 درجة إلى ±0.2 درجة عبر المنطقة النشطة. تتأكد هذه اللائحة الصارمة من أن أي تقلب بصري يتم قياسه يكون من الجهاز وليس من أداة الاختبار.

التوافق البصري وهندسة السطح
غالبًا ما يتم طلاء سطح السخان لتقليل انعكاسه لمنع التداخل مع القياسات البصرية. غالبًا ما يتم استخدام الأسطح المؤكسدة أو المطلية باللون الأسود لتقليل الانعكاسات الضالة التي قد تؤدي إلى تحريف القياسات الضوئية.

يتم توصيل الأجهزة قيد الاختبار مباشرة على السطح الساخن في محطات التحقيق ودمج تكوينات المجال. وبالتالي يجب أن تجمع بين التجانس الحراري والحياد البصري.

تم أيضًا تحديد مواد منخفضة إطلاق الغازات- لتجنب تلوث العدسات الحساسة والكاشفات والطلاءات البصرية.

الجوانب الكهربائية والكهرومغناطيسية
قد يؤدي التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) إلى حدوث ضوضاء في أجهزة القياس البصرية شديدة الحساسية. وهذا يؤدي إلى تصميم سخان يتم التحكم فيه بشكل جيد:

يفضل استخدام عناصر التسخين المقاومة التي تعمل بالتيار المستمر

يتم عزل أو تقليل تعديل الطاقة في وضع التبديل.

يتم عزل أدوات القياس باستخدام استراتيجيات التأريض

تعتبر مرحلة السخان بمثابة مساعد غير واضح في كل قياس ضوئي، حيث تعمل بشكل مستمر دون التأثير على الإشارات الكهربائية أو الضوئية.

لقطة التصميم: ظرف حراري قياسي لاختبار LED
التكوين النموذجي للظرف الحراري الدقيق لاختبار LED والصمام الثنائي بالليزر هو كما يلي:

صفيحة ألومنيوم بلمسة نهائية ملفوفة

عناصر تسخين مقاومة مزدوجة أو رباعية المنطقة

مستشعر RTD البلاتيني (الفئة أ أو أعلى)

وحدة تحكم PID مع التغيير والتبديل لتحقيق استقرار أقل من 0.1 درجة

المعالجة السطحية للحياد البصري (السواد)

طبقات عازلة منخفضة إطلاق الغازات وهيكل الدعم

يسمح هذا المزيج بظروف حرارية قابلة للتكرار ويمكن تتبعها لتوصيف الأجهزة البصرية.

أهداف الاستقرار ومتطلبات الأداء
عادة يتم الحفاظ على تجانس درجة الحرارة إلى ±0.2 درجة على كامل المنطقة النشطة. يعد هذا المستوى من التحكم ضروريًا لضمان عدم تحول الاختلافات المكانية إلى عدم يقين في القياس.

يتم تقليل التدرجات الحرارية عن طريق:

تم تحسين تباعد السخان.

مادة لركيزة موصلة للغاية

التحكم في ردود الفعل في المناطق- المتعددة

ويعتبر أي تغيير في درجة الحرارة خطأ محتملا في القياس، وليس تغييرا في العملية.

ملخص
إن لوحات التسخين المستخدمة في اختبار الثنائيات LED والليزر هي أدوات حرارية دقيقة، وليست مجرد أجهزة تدفئة. تعتمد مصداقية نتائج التوصيف الضوئي والكهربائي بشكل مباشر على قدرتها على الحفاظ على ظروف درجة حرارة مستقرة ومتجانسة ومناسبة بصريًا بشكل استثنائي.

في بيئات الاختبار والقياس، يجب أن تكون أنظمة التحكم الحراري أكثر دقة من الجهاز قيد الاختبار بحيث يمكن أن يعزى الأداء المقاس إلى الجهاز وليس إلى التغيرات في البيئة.