Technologia i zastosowania rur świetlnych

Rury świetlne mogą wydawać się proste, ale spełniają kluczową rolę w projektowaniu sprzętu elektronicznego; ich użycie może uprościć układ PCB, ułatwić pracę inżyniera czynników ludzkich i pozwolić na bardziej zwartą konstrukcję.

W tym artykule omówimy funkcję rur świetlnych, stojącą za nimi technologię, podstawową fizykę oraz wybory i opcje dostępne dla projektanta sprzętu.

Co to jest rura świetlna?

Rura świetlna to solidny, przezroczysty pręt z tworzywa sztucznego lub światłowód używany do przesyłania światła z zamontowanej na płycie diody LED do innego miejsca, w którym można ją wygodnie oglądać, takiego jak panel wskaźników modułu elektronicznego.

Oferują one szereg korzyści, w tym czyste wskazanie stanu i prostszą inżynierię czynników ludzkich. Nieprzewodząca ścieżka światła nie wymaga lutowania ani zaciskania końcówek i eliminuje możliwość zwarć elektrycznych spowodowanych zaciśniętymi przewodami; nie są potrzebne lutowane ani zaciskane końcówki.

Rury światłowodowe są krytycznymi komponentami w wielu nowoczesnych aplikacjach elektronicznych. Dodanie światłowodu jest opłacalnym rozwiązaniem, które pomaga wyeliminować wiele kroków wymaganych do transportu światła z jednego miejsca do drugiego.

Jak są używane?

Lekkie rury znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.

W zależności od wyposażenia i projektu interfejsu użytkownika urządzenia, produkt może wymagać więcej niż jednego - a nawet wielu - wskaźników. W przypadku projektów, które wymagają wielu wskaźników, rury świetlne są idealnym rozwiązaniem ze względu na ich niski koszt, doskonałą komunikację wizualną i elastyczność projektowania.

Jak działają

Rura świetlna jest umieszczona bardzo blisko źródła światła LED na jednym końcu płytki PCB. Materiały klasy optycznej pomagają przenosić promienie światła do pożądanego miejsca docelowego, zazwyczaj na interfejsie użytkownika urządzenia. Rury świetlne przesyłają około 80 do 90 procent światła ze źródła LED, w zależności od konstrukcji i odstępów. Im bliżej diod LED znajdują się światłowody, tym skuteczniej mogą one przesyłać światło. Oczywiście, zastosowane światłowody będą musiały być przystosowane do takiej samej ilości ciepła, jaka jest wytwarzana przez diodę LED lub źródło światła, więc musi to być również czynnik projektowy, który może dyktować minimalną dopuszczalną odległość między światłowodem a źródłem światła.

Kategorie lekkich rur

Powszechnie stosowane są dwa rodzaje rur oświetleniowych: sztywne i elastyczne.

Co to jest sztywna rura światłowodowa?

Co to jest elastyczna rura świetlna?

Elastyczny światłowód jest preferowany, gdy światło musi być przenoszone na większe odległości lub wokół przeszkód między diodą LED a panelem przednim lub innym miejscem wyświetlania. Zespół elastycznego światłowodu składa się z adaptera, który zapewnia mniejszy lub zerowy spadek światła, oraz elastycznego światłowodu z osłoną obiektywu. Elastyczne światłowody są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i nie przewodzą ani nie przenoszą impulsów wyładowań elektrostatycznych (ESD).

Elastyczne przewody świetlne są bardziej złożone i kosztują więcej niż sztywne przewody świetlne; rozwiązują wyzwania związane z dostępnością dla inżynierów, dając im elastyczność w omijaniu komponentów na płytce drukowanej (PCB), które uniemożliwiają dostęp w linii prostej do obszaru wskazań na panelu przednim.

Rysunek 5 przedstawia różne części konstrukcji elastycznego światłowodu. Komponenty składają się z diody LED w punkcie A; adaptera SMD-22, który zapewnia brak przedostawania się światła do sąsiedniej rury; plastikowego światłowodu (POF); oraz osłony obiektywu w punkcie B, która jest połączona z POF.

Elastyczne rury świetlne ułatwiają dodawanie dodatkowych wskaźników lub wymianę uszkodzonego zespołu, ponieważ osłona obiektywu w punkcie B może znajdować się w odległości do 330 stóp od źródła światła LED w punkcie A. Rura świetlna i obiektyw wymagają znacznie mniej miejsca w pobliżu powierzchni panelu niż dioda LED i jej obwody. Jeśli inżynier ds. czynników ludzkich stwierdzi, że potrzebny jest kolejny wskaźnik, a przestrzeń jest problemem, można uniknąć dużego przeprojektowania, dodając kolejny wskaźnik za pomocą elastycznego adaptera poprowadzonego z innej diody LED, która może znajdować się w zupełnie innym miejscu niż pierwsza dioda LED. Połączenie czasu projektowania i przestrzeni projektowej radykalnie poprawia koszty w różnych branżach i zastosowaniach. Pięć różnych kolorów obudowy POF usprawnia instalację i identyfikację wizualną w terenie przez techników, a także wyjaśnia odniesienia w instrukcjach obsługi.

Porównanie typów sztywnych i elastycznych

Sztywne i elastyczne rury oświetleniowe oferują dwie różne opcje. Każda z nich ma zalety i wady. Oto kilka wskazówek, które pomogą Ci dokonać właściwego wyboru.

Uwagi projektowe dotyczące korzystania z rur świetlnych

Projektant musi zwrócić szczególną uwagę na połączenie rury świetlnej i diody LED, aby zminimalizować straty światła i zapewnić najlepszą wydajność. Dioda LED musi być skutecznie dopasowana do wejścia rury oświetleniowej, aby umożliwić prawidłowe przechwytywanie światła przy minimalnych stratach światła.

Oczywiście położenie rury świetlnej może mieć wpływ na właściwości światła. Aby zminimalizować straty światła, ogólną zasadą jest użycie diody LED o wąskim kącie widzenia 160 stopni lub mniejszym i umieszczenie rury świetlnej i diody LED w odległości nie większej niż 0,05 cala od siebie. Aby uzyskać najlepszy produkt dla swojego projektu, trzeba zrobić nieco więcej. W tym miejscu z pomocą przychodzą symulacje oświetlenia. Skontaktuj się z naszym zespołem, aby przeprowadzić symulację i określić idealną świetlówkę dla Twojego projektu. Nie należy też zapominać o ograniczeniach, które mogą wynikać z rodzaju używanej rury oświetleniowej: Ograniczenia konstrukcyjne sztywnej rury lekkiej Nie można zginać Limity długości: Press fit: 1,20" Custom: 1,5" Standardowe: do 2" z dostępnymi krótszymi wersjami Ograniczenia konstrukcyjne elastycznego przewodu świetlnego Zgięcia do 30 stopni

Znaczenie redukcji rozproszenia światła

Wyciek światła występuje, gdy światło z diody LED może być widoczne wokół diody LED i obszaru światłowodu. Wyciek światła powoduje fałszywe odczyty, przytłumione i mieszane kolory, przesłuchy między sąsiednimi światłowodami i niepożądaną poświatę w obudowie. Gdy sztywny światłowód jest umieszczony nad diodą LED, pozwala to na pewien wyciek światła u podstawy światłowodu. Elastyczna rura światłowodowa została zaprojektowana tak, aby zapewnić mniejszy wyciek światła dzięki powlekanemu światłowodowi i odpornemu na światło czarnemu adapterowi.

Maksymalna elastyczność pojawia się, gdy projektant może wybrać między projektowaniem z wykorzystaniem poszczególnych komponentów (LED i rury świetlnej) lub przy użyciu kompletnego rozwiązania obejmującego oba elementy.

Rury światłowodowe są zaprojektowane tak, aby przenosić światło z punktu A do punktu B tak efektywnie, jak to tylko możliwe.

Punkt A: Gdzie znajduje się wejście lub źródło światła. W większości przypadków jest to dioda LED do montażu powierzchniowego (SMD).

Punkt B: Powierzchnia wyjściowa lub miejsce, w którym użytkownik końcowy widzi światło na interfejsie lub panelu wskaźników urządzenia.

Utrata światła lub krwawienie światła występuje, gdy część światła podróżującego z punktu A do punktu B ucieka lub świeci gdzie indziej, więc mniej światła jest dostępne do świecenia w punkcie wyjścia.

Aby zminimalizować straty światła, projektanci mogą użyć diody LED o wąskim kącie widzenia zamiast diody LED o szerokim kącie widzenia, aby zmniejszyć odległość między światłowodem a diodą LED, przez którą może uciekać światło. Im szersza szczelina między światłowodem a diodą LED, tym więcej miejsca na ucieczkę światła, zanim wejdzie ono do światłowodu i dotrze do punktu wyjścia.

Uwaga: zawsze będzie pewien poziom światła, który zostanie utracony podczas podróży z miejsca, w którym znajduje się dioda LED, do punktu wyjścia, w którym użytkownik końcowy widzi światło.

Kluczowe specyfikacje i opcje

Niezależnie od wybranego typu rury oświetleniowej, dostępnych jest wiele opcji optymalizacji projektu.

Poznaj swoje opcje LED

Dioda LED do montażu powierzchniowego (SMD) jest montowana na powierzchni płytki drukowanej i nie wymaga otworów. Diody LED z otworami przelotowymi są montowane poprzez włożenie przewodów przez płytkę drukowaną i lutowanie w celu zapewnienia silniejszego połączenia między warstwami, które może również wytrzymać niektóre warunki środowiskowe. Diody LED SMD są zwykle mniejsze i jaśniejsze niż ich odpowiedniki z otworami przelotowymi. Zarówno diody LED przelotowe, jak i SMD są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów, kolorów, jasności i niższej mocy.

Kolor LED. Diody LED SMD i przelotowe są dostępne w szerokiej gamie pojedynczych kolorów. Diody LED SMD mają dodatkowe opcje, w tym białe lub jednokolorowe, dwukolorowe i trójkolorowe, w wielu konfiguracjach kolorystycznych. Dostępne są adaptery rur świetlnych do użytku z obydwoma typami diod LED. Ponadto projektant może wybrać adapter z wbudowaną diodą LED lub przeznaczony do użytku z oddzielną diodą LED.

Rozmiar diody LED. Diody LED do montażu powierzchniowego są oparte na standardowych rozmiarach przemysłowych, a diody LED z otworami przelotowymi są mierzone w milimetrach (1,8 mm, 3 mm, 5 mm). Na przykład pakiet 0402 (SM0402) jest oparty na przybliżonych wymiarach (długość × szerokość) około 0,4 mm długości na 0,2 mm szerokości.

Intensywność LED. Natężenie światła (jasność) diod LED SMD i przelotowych jest zwykle mierzone w milikandelach (mcd) lub lumenach (lm). Im wyższa wartość mcd lub lm, tym jaśniejsze natężenie światła.

Wszystko o obiektywach

Soczewka jest montowana lub formowana na końcu rury świetlnej; zapewnia wygodny wskaźnik wizualny, a także chroni rurę świetlną przed zakłóceniami mechanicznymi. Niektóre parametry soczewki są następujące:

Profil obiektywu. Soczewka Fresnela została zaprojektowana do skupiania światła i zapewnia redukcję cieni i odblasków oraz szeroki kąt widzenia. Prosty płaski profil soczewki lub soczewka kopułkowa są również stosowane w celu zwiększenia kąta widzenia.

Kolor obiektywu. W zależności od modelu dostępne są soczewki rozpraszające, przydymione i kolorowe (niebieskie, czarne, zielone, szare, czerwone, żółte).

Rozmiar i kształt obiektywu. Dostępne są soczewki o różnych rozmiarach, w tym o średnicy 2 mm, 3 mm, 4 mm i 5 mm. Dostępne są okrągłe, owalne i prostokątne kształty.

Uszczelka i stopień ochrony IP

Aplikacje w wielu branżach muszą działać w trudnych warunkach, w których kluczowe znaczenie ma odpowiednie uszczelnienie osłony obiektywu. Stopień ochrony IP. Stopień ochrony IP osłony obiektywu wskazuje poziom ochrony, jaki zapewnia ona przed wnikaniem ciał stałych, w tym pyłu, oraz cieczy, w tym wilgoci lub wody. Stopień ochrony IP jest wyrażany w postaci "IPXY", gdzie X i Y są wartościami liczbowymi.

Pierwsza cyfra w stopniu ochrony IP oznacza poziom ochrony przed ciałami stałymi: od IP0x (brak ochrony) do IP6x (całkowita ochrona przed pyłem). Druga cyfra odnosi się do ochrony przed cieczami: od IPx0 (brak ochrony) do IPx9 (ochrona przed strumieniami wody).

Elementy związane z lekkimi rurami

Konstrukcja rury świetlnej obejmuje więcej niż diodę LED, rurę i soczewkę. Do stworzenia kompletnego systemu potrzebne są dodatkowe komponenty, a dla każdego z nich istnieje kilka opcji.

Typ montażu

Istnieją różne opcje montażu rur świetlnych w zależności od zastosowania i wymagań produkcyjnych.
Gdyby elastyczne i sztywne były jedynymi opcjami, Twoje możliwości byłyby ograniczone. Rury oświetleniowe są zaprojektowane tak, aby pomieścić szeroką gamę typów montażu.
Oprócz wyboru między sztywnym a elastycznym rozwiązaniem, istnieje kilka innych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze rury oświetleniowej do swojego projektu. Źródło zasilania i ogólna powierzchnia projektowa mogą dyktować, jakiego typu mocowania należy użyć z rurą świetlną.