Tecnología de tubos ligeros y aplicaciones

Los tubos de luz pueden parecer sencillos, pero desempeñan un papel fundamental en el diseño de equipos electrónicos; su uso puede simplificar la disposición de las placas de circuito impreso, facilitar el trabajo del ingeniero de factores humanos y permitir un diseño más compacto.

En este artículo se analiza la función de los tubos de luz, la tecnología que los sustenta, la física subyacente y las opciones de que dispone el diseñador de equipos.

¿Qué es un tubo de luz?

Un tubo de luz es una varilla de plástico sólido transparente o una fibra óptica que se utiliza para transmitir luz desde un LED montado en una placa hasta otro lugar en el que pueda verse cómodamente, como un panel indicador de un módulo electrónico.

Ofrecen varias ventajas, como una indicación de estado limpia y una ingeniería de factores humanos más sencilla. La trayectoria no conductora de la luz no requiere terminaciones soldadas o engarzadas y elimina la posibilidad de cortocircuitos eléctricos debidos a cables pellizcados; no se necesitan terminaciones soldadas o engarzadas.

Los tubos de luz son componentes críticos en muchas aplicaciones electrónicas modernas. Añadir un tubo de luz es una solución rentable que ayuda a eliminar muchos de los pasos que de otro modo serían necesarios para transportar la luz de un lugar a otro.

¿Cómo se utilizan?

Los tubos ligeros tienen aplicaciones en diversas industrias.

Dependiendo del equipo y del diseño de la interfaz de usuario de un dispositivo, un producto puede requerir más de un indicador -y hasta muchos-. Para diseños que requieren múltiples indicadores, los tubos de luz son una solución ideal por su bajo coste, excelente comunicación visual y flexibilidad de diseño.

Cómo funcionan

Un tubo de luz se coloca muy cerca de una fuente de luz LED en un extremo de una placa de circuito impreso. Sus materiales de calidad óptica ayudan a transportar los rayos de luz al destino deseado, normalmente la interfaz de usuario de un dispositivo. Los tubos de luz transmiten aproximadamente entre el 80 y el 90 por ciento de la luz de la fuente LED, dependiendo del diseño y el espaciado. Cuanto más cerca estén los tubos de luz de los LED, más eficaz será la transferencia de luz. Por supuesto, los tubos de luz utilizados tendrán que ser capaces de soportar la misma cantidad de calor producida por el LED o la fuente de luz, por lo que el diseño también debe tener en cuenta este factor, que puede determinar la distancia mínima permitida entre el tubo de luz y la fuente de luz.

Categorías de tubos ligeros

Se suelen utilizar dos tipos de tubos ligeros: rígidos y flexibles.

¿Qué es un tubo rígido de luz?

¿Qué es un tubo flexible de luz?

Se prefiere un tubo de luz flexible cuando la luz debe desplazarse a grandes distancias o alrededor de obstáculos entre el LED y un panel frontal u otro lugar de visualización. Un conjunto de tubo de luz flexible consta de un adaptador, que proporciona menos o ningún sangrado de luz, y una fibra óptica flexible con una tapa de lente. Los tubos de luz flexibles son inmunes a las interferencias electromagnéticas (EMI) y no conducen ni transfieren impulsos de descarga electrostática (ESD).

Los tubos de luz flexibles son más complejos y cuestan más que los tubos de luz rígidos; resuelven los problemas de accesibilidad de los ingenieros al darles la flexibilidad de sortear los componentes de la placa de circuito impreso (PCB) que impiden un acceso en línea recta a la zona de indicación del panel frontal.

La figura 5 muestra las distintas partes de un diseño de tubo de luz flexible. Los componentes consisten en el LED en el punto A; un adaptador SMD-22 que garantiza que no haya fugas de luz en un tubo adyacente; una fibra óptica de plástico (POF); y una tapa de lente en el punto B que está unida a la POF.

Los tubos de luz flexibles facilitan la adición de indicadores adicionales o la sustitución de un conjunto dañado, ya que la tapa de la lente en el punto B puede estar a una distancia de hasta 330 pies de la fuente de luz LED en el punto A. El tubo de luz y la lente necesitan mucho menos espacio cerca de la cara del panel que el LED y sus circuitos. Si un ingeniero de factores humanos considera necesario otro indicador y el espacio es un problema, puede evitarse un gran rediseño añadiendo otro indicador con un adaptador flexible dirigido desde otro LED que puede estar en una ubicación completamente diferente a la del primer LED. El acoplamiento del tiempo de diseño y el espacio de diseño mejora radicalmente los costes en una gran variedad de industrias y aplicaciones. Los cinco colores diferentes de la cubierta de POF mejoran la instalación y la identificación visual sobre el terreno por parte de los técnicos, además de aclarar las referencias en los manuales de usuario.

Comparación entre tipos rígidos y flexibles

Los tubos de luz rígidos y flexibles le ofrecen dos opciones distintas. Cada una tiene ventajas e inconvenientes. Aquí tienes algunas pautas que te ayudarán a tomar la decisión correcta.

Consideraciones de diseño para el uso de tubos de luz

El ingeniero de diseño debe prestar mucha atención al emparejamiento del tubo de luz y el LED para minimizar la pérdida de luz y garantizar el mejor rendimiento. El LED debe adaptarse eficazmente a la entrada del tubo de luz para permitir una captura de luz adecuada con una pérdida de luz mínima.

Por supuesto, la posición del tubo de luz puede influir en las propiedades de la luz. Para minimizar la pérdida de luz, una regla general es utilizar un LED con un ángulo de visión estrecho de 160 grados o menos y colocar el tubo de luz y el LED a una distancia no superior a 0,05". Pero hay algo más que eso para obtener el mejor producto para su diseño. Ahí es donde entran en juego las simulaciones de luz. Póngase en contacto con nuestro equipo para realizar una simulación y determinar el tubo de luz ideal para su diseño. Y no olvide las limitaciones que puede tener en función del tipo de tubo de luz que utilice: Limitaciones del diseño de tubos ligeros rígidos No se puede doblar Límites de longitud: A presión: 1,20" A medida: 1,5" Estándar: hasta 2" con versiones más cortas disponibles Restricciones del diseño de tubos ligeros flexibles Se dobla hasta 30 grados

La importancia de reducir el deslumbramiento

La fuga de luz se produce cuando la luz del LED puede ser visible alrededor de la zona del LED y del tubo de luz. El sangrado de luz provoca falsas lecturas, colores apagados y difuminados, diafonía entre tubos de luz adyacentes y brillos no deseados en el recinto. Cuando se coloca un tubo de luz rígido sobre el LED, se permite una cierta cantidad de fuga de luz en la base del tubo de luz. Un tubo de luz flexible está diseñado para proporcionar menos sangrado de luz con una fibra óptica recubierta y un adaptador negro resistente a la luz.

La máxima flexibilidad se produce cuando el diseñador puede elegir entre diseñar con componentes individuales (LED y tubo de luz) o utilizar una solución completa que incluya ambos elementos.

Los tubos de luz están diseñados para transportar la luz del Punto A al Punto B de la forma más eficaz posible.

Punto A: Donde se encuentra la entrada o fuente de luz. En la mayoría de los casos, es el LED de montaje superficial (SMD).

Punto B: La superficie de salida, o donde el usuario final ve la luz en la interfaz o el panel indicador del dispositivo.

La pérdida de luz, o sangrado de luz, se produce cuando parte de la luz que viaja del Punto A al Punto B se escapa o brilla en otro lugar, por lo que hay menos luz disponible para brillar en el punto de salida.

Para minimizar la cantidad de pérdida de luz, los diseñadores pueden utilizar un LED con un ángulo de visión estrecho en lugar de uno con un ángulo de visión amplio para ayudar a cerrar la distancia entre el tubo de luz y el LED por donde podría escapar la luz. Cuanto mayor sea la distancia entre el tubo de luz y el LED, más espacio tendrá la luz para escapar antes de entrar en el tubo de luz y viajar hasta el punto de salida.

Nota: siempre habrá un cierto nivel de luz que se pierde viajando desde donde está situado el LED y el punto de salida donde el usuario final ve la luz.

Especificaciones y opciones clave

Independientemente del tipo de tubo de luz elegido, existen múltiples opciones para optimizar el diseño.

Conozca sus opciones LED

Un LED de montaje superficial (SMD) se monta en la superficie de la placa de circuito impreso y no necesita agujeros. Los LED de orificio pasante se montan insertando cables a través de la placa de circuito impreso y soldándolos para proporcionar una conexión más fuerte entre las capas, que también puede soportar algunas condiciones de estrés ambiental. Los LED SMD suelen ser más pequeños y brillantes que sus equivalentes con orificios pasantes. Tanto los LED pasantes como los SMD están disponibles en una amplia gama de tamaños, colores, luminosidades y potencias inferiores.

Color del LED. Los LED SMD y de agujero pasante están disponibles en una amplia gama de colores simples. Los LED SMD tienen opciones adicionales, como blanco o monocolor, bicolor y tricolor, en una amplia gama de configuraciones de color. Existen adaptadores de tubo de luz para ambos tipos de LED. Además, el diseñador puede elegir un adaptador con un LED incorporado o uno destinado a utilizarse con un LED independiente.

Tamaño del LED. Los LED de montaje superficial se basan en tamaños estándar de la industria y los LED de orificio pasante se miden en milímetros (1,8 mm, 3 mm, 5 mm). Por ejemplo, un paquete 0402 (SM0402) se basa en dimensiones aproximadas (longitud × anchura) de aproximadamente 0,4 mm de largo por 0,2 mm de ancho.

Intensidad del LED. La potencia luminosa (intensidad de brillo) de los LED SMD y de paso se mide habitualmente en milicandelas (mcd) o lúmenes (lm). Cuanto mayor sea la clasificación mcd o lm, más brillante será la intensidad luminosa.

Todo sobre las lentes

La lente está montada o moldeada en el extremo del tubo de luz; proporciona un cómodo indicador visual y también protege el tubo de luz de las perturbaciones mecánicas. Algunos parámetros de la lente son:

Perfil de la lente. Una lente Fresnel está diseñada para enfocar la luz y proporciona sombras y deslumbramientos reducidos, así como un amplio ángulo de visión. También se utiliza un perfil de lente plana simple o una lente de cúpula para aumentar el ángulo de visión.

Color de la lente. Hay disponibles lentes difusas, ahumadas y de color (azul, negro, verde, gris, rojo, amarillo), según el modelo.

Tamaño y forma de la lente. Existe una gran variedad de tamaños de lente, incluidos diámetros de 2 mm, 3 mm, 4 mm y 5 mm. Hay disponibles formas redondas, ovaladas y rectangulares.

Junta de estanqueidad y grado de protección IP

Las aplicaciones de muchas industrias deben operar en entornos difíciles, donde es fundamental que la tapa del objetivo esté sellada adecuadamente contra los elementos con el sellado adecuado. Grado de protección IP. La clasificación IP de una tapa de objetivo indica el nivel de protección que proporciona contra la penetración de sólidos, incluido el polvo, y líquidos, incluida la humedad o el agua. La clasificación IP se expresa en la forma "IPXY", donde X e Y son valores numéricos.

El primer dígito de una clasificación IP indica el nivel de protección contra la entrada de objetos sólidos: de IP0x (sin protección) a IP6x (protección total contra el polvo). El segundo dígito se refiere a la protección contra líquidos: de IPx0 (sin protección) a IPx9 (protección contra chorros de agua).

Componentes relacionados con tubos ligeros

El diseño de un tubo de luz incluye algo más que el LED, el tubo y la lente. Se necesitan componentes adicionales para formar un sistema completo, y hay varias opciones para cada uno.

Tipo de montaje

Existen varias opciones de montaje para los tubos de luz en función de su aplicación y requisitos de fabricación.
Si flexibles y rígidos fueran las únicas opciones, sus posibilidades serían limitadas. Los tubos de luz están diseñados para adaptarse a una amplia gama de tipos de montaje.
Además de la decisión entre rígido y flexible, existen otras consideraciones a tener en cuenta a la hora de elegir un tubo de luz para su diseño. La fuente de alimentación y la huella total del diseño pueden determinar el tipo de montaje que debe utilizar con el tubo de luz.