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全面解析高精度检测紫外线的「UV传感器」


时间:2021-01-21

应用领域:机器视觉



   1.紫外线传感器(UV传感器)可以做什么?

   尽管存在着对人体的影响,例如晒伤和色斑,但适量暴露于紫外线可以达到健康的效果。在工业领域中,紫外线被广泛用于紫外线照射、灭菌和火焰检测等,并且根据应用可以获得各种效果。

   安全可靠地使用不可见紫外线的一种方法,是使用可以高精度检测紫外线的「UV传感器」。这一次从「安全性」和「确定性」的角度,介绍UV传感器的功能和使用方法,来支持紫外线的安全使用。

   2.「紫外线」的定义

   紫外线(UV、Ultraviolet)是指波长比人眼可见光短的波长(400nm或更短)的光。它分为三个波长带:UVA(315-400nm),UVB(280-315nm)和UVC(100-280nm)。

   落在地球表面的阳光中包含UVA和部分UVB。UVC不会到达表面,因为它被臭氧层吸收了。

   UVA、UVB和UVC对人体的影响:

   UVA(315-400nm):直达真皮层,会造成累积损伤。是造成色斑和皱纹的原因。

   UVB(280-315nm):到达表皮层,会造成皮肤发红的晒伤,梗是皮肤癌识成因之一。

   UVC(100-280nm):对DNA具有破坏性。但也能将其应用于杀菌。


  3.紫外线健康的一面

   紫外线,特别是UVB,虽对人体造成不良影响,但另一方面,接触适量能保持健康。

   暴露于紫外线下,人体会产生维生素D。维生素D具有促进食物中钙吸收的特性,因此暴露于紫外线有助于维持骨骼健康,尤其是预防骨质疏松症。

   但是,当暴露于紫外线中,人无法通过皮肤或眼睛,感知到该紫外线的量是在健康水平,还是已属于危险界线。

   因此,需要「UV传感器」来测量不可见的紫外线。


  4.活用紫外线-在安全性和可靠性方面是否还有改进的余地?

   在工业领域中,使用人工发射紫外线的「紫外线灯/LED」的辐照装置被广泛用于固化和消毒应用。

   但是,仅利用紫外线照射装置不能确认「是否确实照射了紫外线」或「照射量是否在规定范围内」。

   而使用「UV传感器」就能检查紫外线照射装置,以更可靠、更安全地照射紫外线。


   PARTB)紫外线传感器使用方法及电路示例



  1.紫外线传感器「S-5420A」

   S-5420A是一种Si(硅)光电二极管,通过内置的高灵敏度和低灵敏度紫外光电二极管之差,并切割可见光分量,可以高精度检测紫外线分量。

   它对包括紫外线的光起反应,输出电流根据紫外线的强度而变化。

   小型可表面安装(2.55x1.56mm)的封装,使它易于集成到各种应用中,从小型设备到工业设备也都可以。


  2.测量紫外线的强度和累积量

   S-5420A可以测量太阳光的紫外线强度。

   如果使用配备有S-5420A的紫外线测量仪,并将其与「紫外线指数(UVindex)」*链接,就可以判断当时的紫外线强度。

   *世卫组织和环境部建议使用「紫外线指数」作为紫外线防护指标,该指数表示影响人体(主要是皮肤)的紫外线强度。


   左图显示了S-5420A演示机和高精度紫外线指数仪之间的测量数据比较。(两种测量仪器在相同条件下测量紫外线。)从该图可以看出,S-5420A演示机和高精度紫外线指数仪可以获得几乎相同的紫外线指数值。

   另外,通过将S-5420A与微型计算机等组合,可以获得在一定时间段(例如一天)内曝光了多少紫外线的累积指数。

   如将此技术应用于可穿戴设备,可确保生活中所接触到的紫外线,在不超过每种皮肤类型指定的MED值(危害皮肤的紫外线少值)*的范围内,及吸收足够产生维生素D的紫外线量。


   *参考:

   环境研究所地球环境研究中心「维生素D产生/紫外线量信息词汇表」



   3.实时控制紫外线照射装置的分量

   S-5420A能更轻松、更可靠地控制从UV照射设备输出的UV分量。紫外线照射器在工业领域中被广泛使用。

   在没有紫外线传感器的紫外线照射装置的情况下,维持紫外线的强度是非常困难的。为了调节紫外线,有必要使用紫外线测量装置定期(例如每天一次)进行测量,并根据结果进行调节。

   通过安装S-5420A在设备中,就能随时测量和调节紫外线强度。

   如果紫外线灯/LED由于某种原因熄灭,则会发出警报。另外,为使紫外线灯/LED的照明均匀,抑制制造品的偏差,也可设置S-5420A。


   电路示例:S-5420A检测被照射物体从UV-LED光源接收的光量,控制UV-LED的光量,以保持由微机设置的恒定量。

   (当被照射的物体是液体时:通过用S-5420A检测液体透过光的强度,可以将透射后的照射光量控制为恒定,且不受液体的透明度影响)

  4.提高验钞机的准确性

   紫外线传感器S-5420A对于利用紫外线的验钞机也有贡献。



   例如,可以通过用紫外线照射钞票并使用S-5420A检测透射和反射的紫外线来判断钞票的真伪。

   5.简易检测紫外线

   以S-5420A来实现更轻松地可视化紫外线的方法,可以通过该电路使LED闪烁,来判断紫外线的强度和量。

   将应用电路的模块连接到如袋子或遮阳罩上,可以通过查看LED的闪烁速度,来判断当前所处阳光中包含的紫外线量是否安全。

  ●简易「检测紫外线」电路示例

   电路示例使用了紫外线传感器S-5420A和弱信号检测ICS-5471。

   S-5420A受到紫外线照射时,输出差分电流,电荷会累积在外部连接的电容中。当电压达到恒定水平时,弱信号检测ICS-5471的输出高电平,并点亮LED。

   FET在LED点亮的同时打开,电容的累积电荷会放电,LED就会熄灭。



   只要继续被紫外线照射,就会连续重复上述操作,并且闪烁LED。

   当紫外线微弱时,电容中的电荷累积时间变长,LED需较长时间重复闪烁。当紫外线变强,电容中的电荷累积时间变短,LED在短时间内反复闪烁。

   从「安全性」和「确定性」的角度来看,紫外线传感器S-5420A支持具多样性地利用紫外线。