现在世界上闪烁的氙灯中有一张非常显眼的脸,它的稳定性和长寿命得到了高度的认可。那是世界上最小的电池供电的滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列。
这个世界上最小的“脸”已经出现在滨松的闪烁氙灯阵列中,它由充满高压氙气的玻璃封装组成。这是一个2W闪烁氙灯模块,具有特殊的立方体形状,它可以在电池供电下工作。现在让我们来看看这款融合了创新思维和高科技制造内容的产品!
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列
充分利用同时分析多个波长的优势。
闪烁氙灯是一种脉冲放电灯,在极短的时间内发出高强度的光。它们在工厂自动化中用作血液分析、环境分析和产品检测的光源。滨松公司原装5、10、20和60W闪烁氙灯,因为稳定性高,寿命长,可以提供世界顶级的性能特点,但是滨松工程师最近发现LED也是一个很有潜力的光源,具有小巧,价格低廉的特点,自然成为市场的宠儿。
因此,滨松公司开始了对LED光源的研究。滨松2W闪烁氙灯模组L12336系列的开发工程师之一,山下幸雄(滨松电子管部,第四制造部,负责设计和工程)在介绍这款产品时表示:“这项工作使我们充分了解了led光源的优缺点。简单来说,LED是单色光源。如果要同时分析多个波长,就需要多个LED光源。另一方面,在单次闪光中,闪光灯的输出可以从紫外光到可见光,非常适合同时分析多个波长。”于是项目工程师提出了这样一个想法,如果能够利用这种特殊功能制造出可以与LED竞争的闪光灯,将会打开更广泛的应用领域。考虑到这种可能性,山下和另一位滨松工程师斋藤明(滨松电子管部,第四制造部)开始对产品外形进行评估。
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列
R&D工程师齐藤彰(左)和山下由纪夫(右)
松下认为,滨松开发的闪烁氙灯响应了市场需求。但是,滨松必须为这个2W模块尝试一些新的东西,这可以使它在竞争中向前迈进,所以这是值得做的。虽然市面上已经有2W模组产品,但滨松的2W闪烁氙灯模组系列L12336在尺寸和外形上完全不同,创造了世界上前所未有的闪烁氙灯模组使用体验。
——面积42平方毫米,挑战世界最小尺寸。
滨松之前开发的5W模块,在水平方向上的形状比较长,有两种:一种是灯在较长的一边,一种是灯在较短的一边。虽然拥有两种型号更符合市场需求,但同样性能的两种不同型号可能会给部分用户带来不便。所以现在滨松2W闪烁氙灯模组的L12336系列选择了一种可以满足任何客户需求的形状,那就是骰子的形状,这种形状几乎可以用在任何结构上。此外,将其制成单个模块还可以降低生产成本。这样可以给用户带来便利和好处。
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列
R&D工程师竹内宏
但是实现这个形状并不是一件简单的事情。对此,负责评估和测试的滨松工程师竹内王(滨松电子管部,第四制造部)曾表示:“形状当然是个难题,制造比其他产品更小的尺寸也让我们面临以前从未处理过的问题。与滨松5W闪烁氙灯模块42 * 42 * 100mm的尺寸不同,滨松2W闪烁模块L12336系列的靶尺寸为42mm2,体积比不到一半。基本上,所有的组件和布局必须由草图决定。为了得到正确的组合,努力和尝试的过程是重复而艰难的。”
2w模块的体积不到之前5w模块的1/2。
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列与之前的5W型号完全不同,不仅是缩小和最小化元件尺寸的问题,R&D团队还使用了以前从未使用过的新电子元件来重新设计电路。因此,尽管设备已经变得更小,但是已经采取措施来改进整个新标准的可靠性评估。
设计变更是在R&D工作开始六个月后进行的。
在开发过程中,Hamamatsu公司收到了来自设备制造商的请求,他们想要可用于室外现场测量的便携式或手持式设备。R&D团队意识到,这种趋势将蔓延到全世界的设备制造商,他们必须制造出世界上最小尺寸的产品,并且产品应该由电池供电,以达到便携的目的。
鉴于R&D思路的改变,在R&D工作开始前半年左右,整个滨松2W闪烁氙灯模块R&D团队都投入到了改变设计的工作中。在开发产品的过程中,电池供电是最困难的话题,但R&D团队确信,电池供电的这一特性是满足新需求的关键点。
提供5V电池电源需要改变电源,但改变输入功率会破坏整体平衡,团队不得不重新选择元件,再次进行调整,以获得最佳性能。成分也各不相同,所以即使规格相同,每个产品的性能也略有不同。如果不考虑这些差异,闪烁氙灯模块将不会提供所有的性能。山下在描述这段经历时回忆道:“当我们最终完成艰难的重新选择和组件调整时,我们把它交给了竹内进行评估。但是第二天,他一脸失望地出现了,告诉我我们无法得到想要的表现……”到了这个阶段,这种问题已经反复出现,山下和竹内互相认真地耳语着。这种严肃的气氛持续了很久。
只要客户想要,就绝不会放弃。
单位时间内的闪烁频率越高,测量分析时间越短,这一特性也能给客户带来更多的便利。因此,高达1250HZ的发光重复规格成为滨松2W闪烁氙灯模组研发团队需要攻克的又一课题。在此之前,滨松所有的闪光灯都没有达到1250HZ,模块必须使用5V的低电压。在山下的报道中,经常出现“斋藤老师,我无法给电源充电”的字样,报道中也有一些其他悲观的结果。
给电路充电的研发工作花了团队最多的时间。每秒发光1250次需要很大的电力,但是没有足够的电力供应,每秒只能发光1000次。为了获得1250赫兹的闪烁频率,R&D团队不断评估主要组件和电路系统。在降低电源电压和电流,选择元件保持低电流的同时,我们还想减小灯模块的尺寸,所以需要保持一个平衡。
研发过程艰难坎坷,但如果放弃使用电池,可以增加电流,但相应产品的性能并不能给客户带来便利,所以团队在这个问题上一直没有让步。“即使发光率达到1250HZ,我们的客户很快也会要求在户外使用这种带电池的设备,所以即使老板要求我放弃,我也一直在努力。”斋藤曾在谈到这个问题时说。
来之不易的灯稳定性
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列与普通成人小手指大小相似,每一个部分,包括电极,都非常小。这些模块的安装过程需要新的技术和技能。保持灯的稳定是最困难的任务之一。山下和负责组装灯的人见了面,让他做一些小的调整,而他则继续修改零件,安装和评估模块,花了无数个小时重复这个过程。最后,他得到了一个满意的零件组合方案。经过组装,他终于实现了想要的规格,这对于整个团队来说无疑是一个激动人心的时刻。
多波长分析可以同时进行,因为一次闪光输出包含从紫外线到红外线。
如果时间是微秒,脉冲照明类型将获得大约1000倍于DC照明类型的光输出。
技术问题的解决是通过团队重新审视机械和电路设计,然后多次检查电源匹配,并对零件的布局和方向进行精确调整来实现的。
而山下工程师的经验也发挥了重要作用。在日常生产和R&D的同时,经验丰富的山下总是在检查各种产品中元件的细微差异,这在团队遇到困难时成为了有力的帮助。这与滨松将R&D与日常生产联系起来的想法有很大关系。
广泛应用和发展的新希望
滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列的诞生,使闪烁氙灯模块有了一个新的高点,为新的应用提供了无限可能。
如今,实验分析仪器已经从大型分析中心或设备发展到紧凑型台式仪器。鉴于市场趋势,下一阶段手持设备将越来越多地用于现场分析和测量,滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列可以参与其中。在医疗诊断领域,将L12336与紧凑型设备相结合更有利于设备在患者护理现场或附近使用。例如,闪烁氙灯可以在小型生化分析设备中作为广谱光源,在荧光检测领域作为激发光源,在诊断设备中作为光源产品,闪烁氙灯将充分发挥其低功耗、小型化、长寿命、高光产额的优势。
随着“即时探测”(POCT)设备的快速发展,光源、探测器等部件的高度集成和小型化已成为必然趋势。本文将滨松公司的2W闪烁氙灯模块L12336和滨松公司的世界上最小的光电倍增管“ PMT”结合起来,以滨松公司的PMT作为光探测,以滨松公司的2W闪烁氙灯模块作为光源。滨松的这两种产品将于2015年3月在第十二届中国检验医学展览会滨松中国展台(D区505、506号展位)隆重展出,进一步向业界展示检验医学更多更广的应用可能性。此外,滨松公司的高集成度、小型化的全球最小微型光谱仪C12666MA,以及最新的多通道MPPC模块(硅光电倍增管模块)也将亮相展会,共同封印“微”时代的到来。
此外,关于滨松2W闪烁氙灯模块,滨松工程师竹内也表示:“当我们在产品展览中首次展示这款滨松2W闪烁氙灯模块时,客户首先对它由电池驱动感兴趣。当减小设备尺寸成为主要趋势时,产品的紧凑设计成为另一个备受推崇的特征。我们也听到了客户的评论,他们希望尝试使用这种闪烁氙灯模块来测量活体。”
在环境检测方面,滨松也在开发不同的光源,而不是发射紫外区的高强度汞灯,一个有效的产品就是氙灯。山下也希望听到顾客对这一系列的滨松2W闪烁氙灯模块L12336的更多建议。
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