看不見的紫外線要怎麼防?你不得不了解下UV傳感器!(附樣片申請指南與電路演示)

2021-01-19 電子工程專輯

儘管存在著對人體的影響,例如曬傷和色斑,但適量暴露於紫外線可以達到健康的效果。在工業領域中,紫外線被廣泛用於照射、滅菌和火焰檢測等,並且根據應用可以獲得各種效果。


安全可靠地使用不可見紫外線的一種方法,是使用可以高精度檢測紫外線的「UV傳感器」。 這一次從「安全性」和「確定性」的角度,介紹UV傳感器的功能和使用方法,來支持紫外線的安全使用。

紫外線(UV、Ultraviolet)是指波長比人眼可見光短的波長(400 nm或更短)的光。 它分為三個波長帶:UVA(315-400nm),UVB(280-315nm)和UVC(100-280nm)。


落在地球表面的陽光中包含UVA和部分UVB。UVC不會到達表面,因為它被臭氧層吸收了。


UVA、UVB和UVC對人體的影響:

UVA(315-400nm):直達真皮層,會造成累積損傷。是造成色斑和皺紋的原因。

UVB(280-315nm):到達表皮層,會造成皮膚發紅的曬傷,梗是皮膚癌識成因之一。

UVC(100-280 nm):對DNA具有破壞性。但也能將其應用於殺菌。

紫外線,特別是UVB,雖對人體造成不良影響,但另一方面,接觸適量能保持健康。


暴露於紫外線下,人體會產生維生素D。 維生素D具有促進食物中鈣吸收的特性,因此暴露於紫外線有助於維持骨骼健康,尤其是預防骨質疏鬆症。


但是,當暴露於紫外線中,人無法通過皮膚或眼睛,感知到該紫外線的量是在健康水平,還是已屬於危險界線。


因此,需要「UV傳感器」來測量不可見的紫外線。

4. 活用紫外線 - 在安全性和可靠性方面是否還有改進的餘地?

在工業領域中,使用人工發射紫外線的「紫外線燈/ LED」的輻照裝置被廣泛用於固化和消毒應用。


但是,僅利用紫外線照射裝置不能確認「是否確實照射了紫外線」或「照射量是否在規定範圍內」。


而使用「UV傳感器」就能檢查紫外線照射裝置,以更可靠、更安全地照射紫外線。

S-5420A是一種Si(矽)光電二極體,通過內置的高靈敏度和低靈敏度紫外光電二極體之差,並切割可見光分量,可以高精度檢測紫外線分量。


它對包括紫外線的光起反應,輸出電流根據紫外線的強度而變化。


小型可表面安裝(2.55 x 1.56 mm)的封裝,使它易於集成到各種應用中,從小型設備到工業設備也都可以。

S-5420A可以測量太陽光的紫外線強度。


如果使用配備有S-5420A的紫外線測量儀,並將其與「紫外線指數(UV index)」*連結,就可以判斷當時的紫外線強度。


*世衛組織和環境部建議使用「紫外線指數」作為紫外線防護指標,該指數表示影響人體(主要是皮膚)的紫外線強度。

左圖顯示了S-5420A演示機和高精度紫外線指數儀之間的測量數據比較。(兩種測量儀器在相同條件下測量紫外線。)從該圖可以看出,S-5420A演示機和高精度紫外線指數儀可以獲得幾乎相同的紫外線指數值。


另外,通過將S-5420A與微型計算機等組合,可以獲得在一定時間段(例如一天)內曝光了多少紫外線的累積指數。


如將此技術應用於可穿戴設備,可確保生活中所接觸到的紫外線,在不超過每種皮膚類型指定的MED值(危害皮膚的紫外線最少值)*的範圍內,及吸收足夠產生維生素D的紫外線量。

*參考:

國立環境研究所地球環境研究中心「維生素D產生/紫外線量信息詞彙表」 

S-5420A能更輕鬆、更可靠地控制從UV照射設備輸出的UV分量。紫外線照射器在工業領域中被廣泛使用。


在沒有紫外線傳感器的紫外線照射裝置的情況下,維持紫外線的強度是非常困難的。為了調節紫外線,有必要使用紫外線測量裝置定期(例如每天一次)進行測量,並根據結果進行調節。


通過安裝S-5420A在設備中,就能隨時測量和調節紫外線強度


如果紫外線燈/ LED由於某種原因熄滅,則會發出警報。另外,為使紫外線燈/ LED的照明均勻,抑制製造品的偏差,也可設置S-5420A。

電路示例:S-5420A檢測被照射物體從UV-LED光源接收的光量,控制UV-LED的光量,以保持由微機設置的恆定量。


(當被照射的物體是液體時:通過用S-5420A檢測液體透過光的強度,可以將透射後的照射光量控制為恆定,且不受液體的透明度影響)

紫外線傳感器S-5420A對於利用紫外線的驗鈔機也有貢獻。

例如,可以通過用紫外線照射鈔票並使用S-5420A檢測透射和反射的紫外線來判斷鈔票的真偽。

以S-5420A來實現更輕鬆地可視化紫外線的方法,可以通過該電路使LED閃爍,來判斷紫外線的強度和量。


將應用電路的模塊連接到如袋子或遮陽罩上,可以通過查看LED的閃爍速度,來判斷當前所處陽光中包含的紫外線量是否安全。


● 簡易「檢測紫外線」電路示例


電路示例使用了紫外線傳感器S-5420A和弱信號檢測IC S-5471。


S-5420A受到紫外線照射時,輸出差分電流,電荷會累積在外部連接的電容中。當電壓達到恆定水平時,弱信號檢測IC S-5471的輸出高電平,並點亮LED。


FET在LED點亮的同時打開,電容的累積電荷會放電,LED就會熄滅。

只要繼續被紫外線照射,就會連續重複上述操作,並且閃爍LED。


當紫外線微弱時,電容中的電荷累積時間變長,LED需較長時間重複閃爍。當紫外線變強,電容中的電荷累積時間變短,LED在短時間內反覆閃爍。


從「安全性」和「確定性」的角度來看,紫外線傳感器S-5420A支持具多樣性地利用紫外線。

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