LED UV-A黑光燈的使用及質(zhì)量保證

當今，高壓水銀蒸氣弧光燈(以下簡稱熱光源黑光燈)已經(jīng)不能滿足綠色環(huán)保的需求。LEDUV-A黑光燈(以下簡稱LED黑光燈)高效穩(wěn)定，能夠直接將電能轉(zhuǎn)化為光能；具有兩個電極，只允許電流由單一方向流過，不會出現(xiàn)振蕩電流；與熱光源黑光燈相比，能做到即開即關(guān)，使用壽命更長。LED黑光燈在無損檢測行業(yè)有取代傳統(tǒng)熱光源黑光燈的趨勢。陜西飛機工業(yè)(集團)有限公司的技術(shù)人員在介紹LED黑光燈的結(jié)構(gòu)及其輔材的基礎(chǔ)上，重點總結(jié)了其日常使用中常見故障的處理方法，以為其質(zhì)量保證提供借鑒。1

光學(xué)理論紫外線分類01紅外線、可見光、紫外線、X射線分別是原子的外層電子、內(nèi)層電子和原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的。紅外線、可見光、紫外線、X射線都是電磁波，其產(chǎn)生方式不盡相同，波長也不同。限定太陽輻射照度的國際標準草案中，對紫外線光譜的劃分(按范圍)如表1所示，波長越小，能量越大。在標準ASTME3022《測量熒光滲透檢測與熒光磁粉檢測用LED-UVA黑光燈的發(fā)射特性和技術(shù)要求的標準規(guī)程》中，紫外線按波長分為3類：UV-A，UV-B，UV-C(見表1，1eV=1.602X10-19J)。表1紫外線光譜劃分表波長320~400nm的長波紫外線UV-A，具有很強的穿透力，可以穿透大部分的透明玻璃以及塑料，也可以透過完全截止可見光的特殊著色玻璃。熒光滲透檢測、熒光磁粉檢測用黑光燈的濾光片，僅輻射出以365nm為中心的近紫外線。波長280~320nm的中波紫外線UV-B，中等穿透能力，波長較短的部分會被透明玻璃吸收。波長100~280nm的短波紫外線UV-C，穿透能力最弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑料。黑光燈發(fā)光原理02傳統(tǒng)的熱光源黑光燈由啟動電極產(chǎn)生輝光放電，使水銀蒸發(fā)、電離，在兩主電極之間產(chǎn)生電弧，弧光發(fā)出的紫外線波譜主峰在365nm左右。即遵從電子躍遷原理，原子的電子從激發(fā)態(tài)回歸到基態(tài)，發(fā)射不同波長的電磁波，汞原子的電子激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差剛好在紫外線的范圍。LED黑光燈建立在半導(dǎo)體發(fā)光的基礎(chǔ)上，給發(fā)光半導(dǎo)體加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)構(gòu)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合產(chǎn)生自發(fā)輻射的紫外線。熱光源黑光燈發(fā)出的光譜是連續(xù)的，光譜波動性比LED黑光燈的大，穩(wěn)定性不及LED黑光燈的，而LED黑光燈發(fā)出的光譜比較窄，可用于固化。2

LED黑光燈及輔助結(jié)構(gòu)LED黑光燈結(jié)構(gòu)01LED黑光燈主要由發(fā)光二極管、集成電路板、濾光片、透鏡以及燈殼組成。發(fā)光二極管作為LED光源，也就是燈珠，可以根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)長度、寬度、照射角度等，實現(xiàn)點光源、線光源、面光源，滿足不同檢測場合的照射工藝要求。LED懸掛式大面積黑光燈與LED便攜式黑光燈實物圖片如圖1所示。圖1LED懸掛式黑光燈與便攜式黑光燈外觀LED黑光燈集成電路板設(shè)計靈活，可根據(jù)需要改變燈珠個數(shù)及排列方式，加裝白光光源，實現(xiàn)黑白光之間的轉(zhuǎn)換，以及電路開關(guān)的隨意開啟。即，其集成電路可實現(xiàn)數(shù)字化、智能控制與信息傳送等功能。濾光片02黑光燈所發(fā)出的光譜很寬。波長400nm以上的可見光會在工件表面產(chǎn)生不良襯度，使熒光顯示不鮮明；波長320nm以下的短波黑光會傷害人的眼睛；黑光燈濾光片材料是深紫色玻璃，僅讓330~390nm波長的光通過，而將其他波長的光濾掉。濾光片有雙重保險功能，一是可以防止有害光源，二是保護燈珠不受環(huán)境污染。LED黑光燈使用的某型濾光片，用光譜儀測試的透射率如圖2所示，可見燈珠發(fā)出紫外線經(jīng)過濾光片后再次過濾，280nm以下的UV-B波段的紫外線基本不存在。圖2LED黑光燈的透射特性透鏡03LED黑光燈使用透鏡的目的是使燈珠發(fā)出的不同角度的光的能量集中在一起，以利于檢測的實施，不使用透鏡則會散發(fā)不同角度的光斑而形成散光，散發(fā)的光照度偏低，不能滿足檢測要求。圖3所示為3類LED黑光燈照射下的光斑顯示對比，其中圖3(a)、(b)顯示的光斑均勻，圖3(c)顯示的光斑不均勻。用黑光照度計測試圖3(c)中光斑的不同區(qū)域，其黑光輻照度存在差異，這在實際檢測過程中可能會造成漏檢。圖3不同類型LED黑光燈的光斑顯示綜上所述，可知選擇透鏡與調(diào)試照射角度是保證黑光燈光斑均勻性的關(guān)鍵。3

使用中的常見問題及解決方法常見的審核控制點01在以往的各類質(zhì)量審核中，滲透檢測審核項最多，主要集中在文件內(nèi)容、材料與硬件配套方面，涉及LED黑光燈的要求主要有以下3點：①提供黑光燈制造商出具的關(guān)于UV光源能有效輸出正確的峰值波長，正常輸出的峰值波長(365±5)nm的驗證；②黑白光照度計校準周期及精度、維護要求；③便攜式(電池供電)LED黑光燈使用、維護、光照強度穩(wěn)定性要求，且在使用過程中，為了有效地監(jiān)控照度衰減，防止漏檢，使用前后都必須測量黑光輻照度。關(guān)于LED黑光燈要求應(yīng)體現(xiàn)在相關(guān)的程序文件中，詳細規(guī)定上面3點要求的內(nèi)容，此外現(xiàn)場操作要符合文件規(guī)定內(nèi)容的要求。測量造成的誤差02黑光輻照度、檢驗暗室環(huán)境白光測量需要記錄測量值，在實際操作中，測試數(shù)值易出現(xiàn)偏差，尤其是環(huán)境白光的測試，主要原因有以下兩類：測試照度計影響測試白光的探頭反光，圖4所示為兩種型號照度計測試白光探頭的光照反射對比，可見a探頭較b探頭有明顯的反光，會造成測試數(shù)據(jù)的偏差。圖4兩種不同照度計探頭的光照反射對比在購買黑白光照度計時，需要商家提供其第三方檢定證書，以滿足相關(guān)標準要求。外界的干擾和操作不當影響不同黑白光暗室測試結(jié)果如圖5所示，正常測量白光顯示如圖5(a)所示，測量造成的誤差主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)暗室反光物質(zhì)的影響，如塑料泡沫，對應(yīng)白光顯示27.99lx，見圖5(b)，已超過標準規(guī)定的20lx。(2)測試的白光探頭受到熒光物質(zhì)(滲透劑)污染，如圖5(c)所示，對應(yīng)白光顯示27.02lx。(3)沾染滲透劑的手套在黑光燈下反射白光，如圖5(d)所示，對應(yīng)白光顯示9.90lx，滿足標準規(guī)定，但實際記錄的測試數(shù)值已失真。(4)淺色工作服在黑光下反射白光，如圖5(e)所示，測試數(shù)值8.40lx，偏差明顯。圖5不同測試情況下的黑白光照度計暗室測試結(jié)果解決措施01暗室保持干凈整潔，不允許出現(xiàn)多余物，清除室內(nèi)的反光物質(zhì)及熒光物質(zhì)等，使其遠離黑光燈一定距離。02測試黑白光的探頭不能用手接觸或接觸其他污染物質(zhì)，保持探頭表面干凈，使用完畢需要妥善保管。03測試時，不能戴有反光及熒光物質(zhì)的手套，進入暗室前需要清洗干凈手臂或戴上干凈黑色絲質(zhì)手套。04測試時，操作者站位應(yīng)避開探頭，避免淺色衣物在黑光照射下反光，同時建議改換深色或不反光衣物進入暗室測試。材料失效03LED黑光燈燈體材料失效的影響主要有以下幾點：01燈珠照度衰減黑光燈使用一段時間后，燈珠的發(fā)光效率會出現(xiàn)一定程度的降低，引起黑光輻照度衰減，當輻照度滿足不了要求時應(yīng)及時更換燈珠。02濾光片破裂濾光片破裂會引起黑光燈波長偏移；若濾光片被外界環(huán)境污染會降低照度，此時可用酒精噴在無塵布上，然后用無塵布擦拭濾光片。03濾光片被氧化濾光片表面的涂層，使用長久后會氧化，造成濾光片失效。04燈體溫度過高燈體溫度太高會引起黑光燈光譜漂移，因此在LED黑光燈設(shè)計時，需加散熱器或選用自帶有散熱功能的材料。05透鏡老化透鏡的老化會引起黑光燈輻照度衰減，波長也會有偏移，因此透鏡老化時，應(yīng)及時更換透鏡。周期檢查黑光燈照度時，需要注意測試數(shù)據(jù)的變化，并與前一個周期測試的數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)數(shù)值變化較大時應(yīng)停止使用，并進行全面質(zhì)量管理綜合分析，找出偏差原因。隨著越來越多的LED黑光燈進入市場，黑光燈的硬件技術(shù)與性能不斷提升，圖6為測試的某型號LED黑光燈在不同狀態(tài)下的輸出光譜，圖中顯示了從黑光燈剛打開，打開10min后，打開20min后，濾光片破損等4種狀態(tài)下測試的輸