LED für wissenschaftlichen Einsatz

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Autor
LED für wissenschaftlichen Einsatz
Suche nach: led (32379)

    







BID = 688891

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe
 

  


Hallo,

seit ein paar Tagen kümmere ich mich um unseren neuen Versuchsstand im Forschungszentrum.

Bei der Trocknung von OLEDs und Polymersolarzellen kommt es bei uns oft zu Inhomogenitäten. Um dies zu reduzieren soll die Trocknung mittels thermische Flüssigkristalle untersucht werden.

Der Aufbau ist wie folgt:

Lüfter
schwarze Coatingfarbe
thermische Flüssigkristalle
Glasscheibe
Kasten mit Lichtquelle und Kamera.


Die thermischen Flüssigkristalle ändern ihre Farbe in Abhängigkeit von der Temperatur.
Durch analysieren des RGB-Spektrums der Pixel soll somit die partiellen Temperaturen bestimmt werden.

Für gewöhnlich werden teure Natriumdampflampen zur Beleuchtung genutzt.
Wobei unser Team bisher nicht weiß, wieso man meist auf Natriumdampflampen mit seinem rötlichen Linienspektrum nutzt?

Physikalisch gesehen brauch man ja "nur" eine Lichtquelle mit kontinuierlichen Spektrum.

Um etwas Geld zu sparen und dies eher in eine wissenschaftliche Kamera zu investieren überlegen wir eine andere Lichtquelle zu nutzen.

Würdet ihr mir/uns andere vorschlagen?
Wegen dem Linienspektrum sind mir LEDs eingefallen, wobei diese dann echte RGB-LEDs sein müssten?!
Also keine weißen LEDs, die durch mischen zweier Farben (eine war ein starkes Gelb soweit ich das verstanden habe) ihr weißes Licht erzeugen.

Information zu den Abmessungen.
Die Kamera (Blende wahrscheinlich F1,4) befindet sich im Abstand von 50cm zu den thermischen Flussigkristallen, welche eine Fläche von 30x30 cm bzw. 40x40 cm bedecken.
Diese Fläche sollte dann natürlich sehr gleichmäßig ausgeleuchtet werden.


Was meint ihr, welche LEDs oder Lichtquellen sollten wir nehmen, Wieviele und welche anderen Bauteile benötigen wir noch?
Und wo das ganze kaufen? (conrad.de ?!)

VIELEN Dank schonmal!!!
Grunert

BID = 688916

dl2jas

Inventar



Beiträge: 9914
Wohnort: Kreis Siegburg
Zur Homepage von dl2jas

 

  


Zitat :
Grunert hat am  8 Mai 2010 18:45 geschrieben :

...
Diese Fläche sollte dann natürlich sehr gleichmäßig ausgeleuchtet werden.
...



Zuerst, willkommen im Forum!

Gleichmäßiges Ausleuchten mit LEDs wird schwierig, sie strahlen meist in einem geringen Öffnungswinkel ab. Auch das Spektrum dürfte unschön sein, damit habe ich mich aber noch nicht näher befasst. Aus dem Bauch heraus würde ich Halogenlampen vorschlagen, die sind halbwegs Punktlichtquellen.

DL2JAS

_________________
mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert

BID = 688921

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe

danke erstmal.

richtig zufrieden stellt mich deine Antwort nicht ^^

Ich hätte an sowas in der Art gedacht?
http://www.led1.de/shop/index.php?c.....48_75

Aber wie gesagt, bin für begründete Gegenvorschläge offen!

BID = 688936

sam2

Urgestein



Beiträge: 35330
Wohnort: Franken (bairisch besetzte Zone)

Warte mal, bis sich unser Mitglied "photonic" hier meldet.
Der kann Dir bestimmt sehr kompetenten Rat geben!

Gruß,

_________________
"Das Gerät habe ich vor soundsoviel Jahren bei Ihnen gekauft! Immer ist es gegangen, immer. Aber seit gestern früh geht es plötzlich nicht mehr. Sagen Sie mal, DA STIMMT DOCH WAS NICHT???"

BID = 688944

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe


Zitat :
sam2 hat am  8 Mai 2010 21:12 geschrieben :

Warte mal, bis sich unser Mitglied "photonic" hier meldet.
Der kann Dir bestimmt sehr kompetenten Rat geben!

Gruß,




Super dann hoffe ich, dass er meinen Thread sieht und antwortens wert findet.

Solange freue ich mich auf seine Antwort.

p.s.
das wird hoffentlich die Kamera werden:
http://www.theimagingsource.com/de_.....uc03/


wenn ich meine Vorgesetzten überzeuge ^^
(Objektiv kostet 156 € )

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Grunert am  8 Mai 2010 21:46 ]

BID = 688946

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2473

Warum kann die Temperatur nicht direkt mit einer Wärmebild/Thermographiekamera erfasst werden?
Die würde aber wahrscheinlich dein Budget sprengen, wie ich gerade sehe.
Ausleihen zum Testen oder vorführen lassen müsste gehen.

Das Datenblatt der LEd findest du hier:
http://www.prolightopto.com/product.....w.pdf
Die Lücke zwischen grün und rot in der Grafik auf Seite 6 ist recht groß. Kannst du sowas tolerieren?

Onra

BID = 688947

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe

Wärmebildkamera ist nicht geeignet.
Zu teuer, zu anfällig und für unsere Messungmethode nicht anwendbar.

Ja hat da eine Lücke....
Aber eine Natriumdampflampe hat ja deutlich mehr Lücken!

Da ich mir aber nicht sicher bin schreibe ich ja hier
Danke für das Datenblatt.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Grunert am  8 Mai 2010 22:26 ]

BID = 688963

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Bin erst jetzt heimgekommen, werde mir den Thread morgen etwas genauer ansehen....


BID = 688986

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Das Ganze tönt doch nach einer ganz spannenden Aufgabe und einer einfachen Lösung! wie homogen muss denn die Temperatur sein?

Solche Flüssigkristall-Temperaturanzeiger, oder auch bekannt unter der Bezeichnung thermochromic liquid crystal (TLC) wirken im aktiven Temperaturbereich wie ein Bragg-Reflektor. Das heisst sie reflektieren einen bestimmten engen Spektralbereich, je nach Temperatur. Um damit Temperaturen im ganzen Messbereich des Flüssigkristalls messen zu können braucht man Licht aus dem ganzen sichtbaren Spektrum. Die Auswertung kann man dann z.B einfach machen indem man das Bild ins HLS-Farbmodell transformiert, den Farbtonkanal hue (H) als Messgrösse heranzieht und mit einer Kalibrationskurve in die Temperatur umsetzt. Das wird in diesem paper auch schön beschrieben:

http://www.wat.edu.pl/review/optor/10%281%291.pdf
Farbmodelle:
http://edoc.hu-berlin.de/e_rzm/17/s.....8.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/HSL_and_HSV

Wenn man anstelle einer Weisslichtquelle eine Natriumdampflampe nimmt welche nur bei einer orangen Wellenlänge signifikant Licht abgibt, kann man auf eine andere Art und Weise messen. Wenn man das Hochheizen und Abkühlen beobachtet, sieht man direkt welche Bereiche des Flüssigkristalls jetzt die spezifische orange-reflektierende Temperatur erreicht haben. Dazu müsste man dann eine Natriumdampf-Niederdrucklampe nehmen. Die Hochdrucklampen haben ein stark verbreitertes Spektrum.

Spektren gibts hier:
http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-vapor_lamp

Das schöne an dieser Messmethode mit den TLCs ist dass sie Intensitätsunabhängig ist, du wertest nur den Farbton aus. Also ist eine homogene Ausleuchtung nur insofern wichtig dass du den Dynamikbereich der Kamera gut nutzt, aber beeinflusst nicht direkt das Messergebnis.

Halogenlampen haben ein ideal geeignetes Spektrum, allerdings sind das auch tolle Heizungen, wahrscheinlich genau das was du nicht gebrauchen kannst oder viel Aufwand für Infrarotfilterung machen müsstetst.

Mit LED lässt sich so etwas gut machen, ich würde dafür geeignete Weisse nehmen statt RGB, die Farbkonstanz über die Betriebstemperatur ist viel besser, da musst du weniger kalibrieren und aufpassen. Weisse LED bestehen in der Regel aus einem blauen Chip mit einer Konversionsschicht die den grün-roten Bereich mit einem Maximum im gelb abdeckt. Grün+rot gibt gelb, deshalb sagt man auch gerne einfach dass es ein gelber Phosphor sei. Es ist aber zumindest bei guten LED nicht so dass das ein schmalbandiges gelb wäre. Besonders warmweisse LEDs haben ein lückenloses Spektrum von blau bis rot. Es ist zwar moduliert, geht aber nirgends auf null.

Die Spektren einer typischen weissen power LED findest du hier:
http://philipslumiled.com/pdfs/DS63.pdf

Es gibt noch besondere LEDs die mit violetten Chips arbeiten und ein ncoh breiteres homogeneres Spektrum hinbekommen, wie z.B die GE VIO:

http://www.lumination.com/literature/Vio_DataSheet_WEB_090309.pdf

Das bringt in deinem Fall aber nix, da dein Bildsensor unterhalb von 450nm keine verwertbaren Daten mehr liefern wird.

Ich würde also ein ordentliches Array von warmweissen Hochleistungsleds aufbauen und damit das Experiment ausleuchten. Verlange unbedingt dass alle gelieferten LEDs aus demselben bin sind, sondt bekommst du Ärger mit der Farbhomogenität. Passendes Material bekommst du z.B bei VS oder Future:

http://www.vs-optoelectronic.com/ger/

diese Module haben gute CREE high power LEDs auf den Platinen:
http://www.vs-optoelectronic.com/im.....9.pdf

http://de.futureelectronics.com/de/......aspx
Beispiel Light engine mit Luxeon Rebel:
http://www1.futureelectronics.com/d.....F.pdf

Ich würde da mal anrufen, funktioniert in der Regel besser als Mail oder Webshop, besonders wenn du Sonderwünsche hast. Die passenden Betriebsgeräte bekommst du dort auch gleich mit.

wenn du nicht aus irgend einem Grund gezwungen bist bei den Apotheken einzukaufen würd sich das lassen, kostet viel, weisst nicht was du bekommst und hast keine Beratung.

Hochleistungsleds haben in der Regel ein Lambert-ähnliches Abstrahlverhalten und machen es dir damit sehr einfach eine Fläche homogen auszuleuchten, im Vergleich mit den eng bündelnden kleinen LEDs im 5 mm Gehäuse. Bei grösseren Abständen ist das dann aber nicht mehr effizient. Es gibt noch kistenweise verschiedene Sekundäroptiken mit denen du das besser hinbekommen kannst. Da musst du allerdings wieder aufpassen dir nicht Ärger mit chromatischer Aberration einzuhandeln (Lichtstrahl hat im Zentrum eine andere Farbe als aussen). Geht aber in Prinzip problemlos wenn du dir des Problems bewusst bist.

Nun musst du nur noch entscheiden wieviel Licht du eigentlich brauchst um die Kamera gut zu nutzen. Das lässt sich entweder aus dem Datenblatt mehr oder weniger zusammenrechnen, beim Hersteller anfragen oder du probierst es einfach mit Luxmeter und ein paar Scheinwerfern aus (1 lux = 1 Lumen/m2). LED Licht ist teuer, da lohnt es sich gut zu überlegen bevor du kaufst. Zum Vergleich, eine 300 W Halogenlampe wie man sie z.B in der Wohnraumbeleuchtung einsetzt produziert rund 5500 Lumen. Mit aktuellen state of the art LEDs brauchst du in warmweiss etwa 100 W um denselben Lichtstrom zu bekommen.


soo, genug gelabert für den Anfang, ich hoff es hilft dir ein bisschen weiter, ansonsten gerne fragen...

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am  9 Mai 2010 11:15 ]

BID = 688990

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

hmm, edit ist abgelaufen weil das Forum nicht mehr laden wollte...

Als kleiner Zusatz ncoh:

- RGB LED wie diejenige die du vorgeschlagen hast würde ich nicht nehmen, auch aufgrund des Spektrums. Sie hat z.B ein komplettes Loch im gelben Bereich. Zudem sind die Teile teuer und ineffizient.

- die Kamera die du vorgesehen hast verfügt über einen Standard C-Mount für das Objektiv, wie die meisten Überwachungskameras etc. Da kannst du viel Geld sparen anstatt das teuer 156 Eur Objektiv zu kaufen...


BID = 689004

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Alternativ könntest du auch gelb breitbandig beleuchten und als Messgrösse das Verhältnis zwischen dem roten und grünen Farbkanal nehmen, so wirst du eine sehr gute Auflösung erhalten bei mathematisch geringem Aufwand. Zudem nutzst du dann die Kamera im Bereich der besten Quantenausbeute und die Flüssigkristalle sind am emfindlichsten. Als Lichquelle würde sich dafür z.B eine phosphor converted amber LED eignen (viele davon)

http://www.philipslumileds.com/pdfs/DS62.pdf

oder eine Natriumdampf Hochdrucklampe Mit der Niederdruckversion klappt das so nicht.

oder einfach weisse LEDs nehmen und den blauen Kanal der Kamera ignorieren, ist ein wenig ineffizienter als mit den amber LEDs, aber dafür einfacher zu beschaffen.

so, jetzt sollte ich wirklich aufhören witerzulabern, sonst ist draussen das schöne Wetter verschwunden bevor ich etwas davon mitbekommen habe...

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am  9 Mai 2010 13:08 ]

BID = 689061

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Für gewöhnlich werden teure Natriumdampflampen zur Beleuchtung genutzt.
Wobei unser Team bisher nicht weiß, wieso man meist auf Natriumdampflampen mit seinem rötlichen Linienspektrum nutzt?
Vielleicht weil die einen sehr guten Wirkungsgrad haben, und die Farbe absolut reproduzierbar ist.
Außerdem sind die Kolben gewöhnlich IR-reflektierend beschichtet.

Ihr wollt ja mit dem Meßlicht nicht den Prüfling beheizen. Außerdem kann, mindestens durch das UV-Licht anderer Gasentladungslampen, der Flüssigkristall geschädigt werden.

Unter diesen Gesichtspunkten sind die Na-Dampflampen für großflächige Beleuchtungen vielleicht doch nicht mehr so teuer.

BID = 689131

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe

Danke für deine tolle Antwort.

Das ganze muss ich erstmal sacken lassen
Ich antworte dann nacher ausführlich.

Wegen den C-Mount.
Habe nicht viel günstigere, aber genauso gute Objektive gefunden!
Wenn wir die Kamera in 50cm Abstand positionieren, würde auch ein 8,5mm Objektiv reichen.
http://epages.jencam.de/epages/Jenc.....45009

Nur 132€ ^^

Spaß aber mal zur Seite, es gibt noch CS Objektive, aber billige ordentliche C-Mountobjektive gibt es nicht?!

Danke nochmal für die Antwort.
Ich antworte wie gesagt nacher angemessen
Gruß Grunert

BID = 689161

Grunert

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Karlsruhe


Zitat :
blauen Chip mit einer Konversionsschicht die den grün-roten Bereich mit einem Maximum im gelb abdeckt


Gerade deswegen bin ich eher von RGB-LEDs ausgegangen, da ích bei den "weißen" LEDs größere Lücken erwartet habe.
Aber schön, wenn sie noch besser sind!


Zitat :
Verlange unbedingt dass alle gelieferten LEDs aus demselben bin sind

Bin heißt Charge?

Nochmal danke für deine Arbeit.
Da muss ich morgen in der Uni in Ruhe nochmal alles durchlesen.

Vor allem das "paper" zu den TLC ist richtig gut!
Wenn ich das richtig durchgearbeitet habe, bin ich sicher schlauer!

Hmmm ich habe gerade nochmal im Sensordatenblatt gewühlt....
Wegen dem benötigten Licht.
Was brauchbares gefunden habe ich nicht.
Also würde ich mich voll auf deine Erfahrung verlassen.

Die TLC-Fläche wird zwischen 30cm x 40cm und 50cm x 50cm. Also einer relativ geringen Fläche!
Der Abstand zu dieser Fläche wird nach meinen Berechnungen (bei einer 8,5mm Brennweite) 50cm betragen.
Das Objektiv wird entweder eine Blende von F1,2 oder F1,5 haben, was beides extrem lichtstark wäre.
Im Vergleich dazu hat meine Canon EOS 550D mit Sigma 18-50mm nur F2,8!

Laange Rede kurzer Sinn, da ich gaaar keine Ahnung habe und dir blind vertrauen muss (außer wenn es meinem bischen gesunden Menschenverstand widerspricht (also 1000 LEDs glaube ich nicht )) würde ich bitten, dass du mir einen konkreten Vorschlag machst.

Also wo ich was kaufen müsste.
Denn wenn ich da anrufe (ich vertraue nicht auf kompetente Beratung, MediaMarkt und Saturn sei Dank ) und anfange mit: "Ähm ich bräuchte weiße LEDs.... keine Ahnung wieviele.... mit kontinuirlichen Spektrum.... TLC..... ähhhm ich frage nochmal nach"

Womit du mir/uns also irrsinnig helfen könntest, wäre mit Informationen zu:
- genauer Name der LEDs die du uns anraten würdest (Preis/Leistung muss aber auch halbwegs ok sein )
- Anzahl der LEDs
- gaaaanz grobe Preisabschätzung von LEDs samt nötigen Zubehör, bis wir Licht habên ^^
- wo am besten bestellen
- was für Zubehör benötigt man dann noch, um die LEDs leuchten zu lassen.
Habe was von Vorwiderständen... gelesen, wobei ich keine Ahnung habe, ob das auch alles für diese LEDs gilt, oder die integriert sind.....

Tut mir Leid, wenn ich dich mit unserer Unwissenheit quäle!
Als Verfahrenstechniker hat man zwar auch davon Ahnung, aber sobald es von den Spektren weg und zur Elektrotechnik hingeht fängt der Urwald an.
Und da hilft mein/unser solides Basiswissen nicht aus

Vielen Dank für deine bisherige und kommende Hilfe!
Gute Nacht
Grunert

BID = 689172

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Ich werds mir morgen in der Bahn Richtung Arbeit etwas genauer anschauen und mal überlegen was ich nehme würde. Hast du Spezifikationen zu den von euch verwendeten TLC? Um welche Temperaturen und erforderlichen Homogenitäten geht es denn? Müsst ihr dynamisch innert Millisekunden 100 mal pro Sekunde messen oder geht auch eine etwas längere Integrationszeit von z.B 100-200 ms? Das hat einen sehr entscheidenden Einfluss auf die notwendige Beleuchtungsstärke und damit Kosten für die Beleuchtungseinrichtung.

ein paar Kleinigkeiten noch heute:

Zu den "bins" bei den LED, das ist nicht die Produktionscharge sondern eine Selektionsklasse. Bei der Herstellung von LED entstehen nicht nur exakt die die man sich wünscht, sondern man erhält immer eine gewisse statistische Verteilung der Eigenschaften. Daher sortieren die Hersteller die LED vor dem Verkauf in Klassen mit bestimmten Eigenschaften. Dieses Vorgehen nennt man binning. Alle LEDs aus einem solchen bin haben z.B in etwa dieselbe Lichtfarbe. Nur in etwa, aber meist gut genug. Achtet man nicht darauf und hat Pech, so baut man eine Beleuchtung die z.B teilweise grün und teilweise magenta-violett aussieht.

Weitere bins gibt es für die Vorwärtsspannung und für den Lichtstrom. Die spezielle Bezeichung (Buchstaben- und Zahlencode) findet sich jeweils in den Datenblättern unter dem Stichwort binning.

Für euere Anwendung kommen eigentlich nur Hochleistungs LED in Frage, die betreibt man nicht mit Vorwiderständen, sondern mit einer getakteten Konstantstromquelle (Schaltwandler). Wie das genau geht und was man dazu nehmen kann können wir ja noch anschauen. Auf dem Markt gibt es dafür tonnenweise geeignete Produkte.



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