ＬＥＤ ｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｂｙ
ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ＵＶＩ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｅｒ ｉｓ ｔｒｕｓｔ ａｎｄ ｒｅｌｉａ—
ｂｌｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＶ ｉｎｄｅｘ；ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ；ｆｉｌｔｅｒ；ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ
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图１ 透紫外黑色光学玻璃ＺＷＢ２的光谱特性
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图２绿色光学玻璃ＱＢ２１的光谱特性 首先将１ ｍｍ厚的ＱＢ２１滤光片与１ ｍｍ厚的ＺＷＢ２滤光片 叠加起来，用ｕＶ．２４０型紫外可见分光光度计（日本岛津公司） 测得其光谱透过特性如图３所示。 可见，即使是两个各１ ｍｍ厚的滤光片叠加起来，在约７００ ｎｍ的红光区，可见光还是有一部分透过，但是与透过的紫外光 相比，其透过率是很低的，从图中可见，紫外光的透过率可以达 到５０％，而红光的透过率还不到５％。
３ 电路设计
图５为电路设计中选用的Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司的ＴＬＣ３７４ 四路比较器，其特点是：
①其输入偏置电流只有５。２ Ａ，输入电阻高达１ ０１２ ｎ，所 以其对输入电路的影响是非常小的；
②它的电源电压最小值是２ Ｖ，所以在制作电路的时候只 需要一个钮扣电池就可以达到电源要求；
③响应时间很短，只有２００ ｎｓ，相对ＣｄＳ器件的ｍｓ级相应 时间可以忽略不计；
紫外线辐射仅占整个太阳辐射总量的８％左右，但它可对 人体产生很大的影响。适量地接受紫外线照射，可以使人体合 成维生素Ｄ，帮助钙质的吸收，从而达到治疗预防佝偻病的作 用；紫外线还有杀灭细菌的作用，医疗上常用紫外线灯来消毒。 另外一方面，日光紫外线对肌肤具有较强的破坏力，当紫外线深 入到肌肤内部后，肌肤出于自身的保护而产生黑色素，这使得肌 肤不断变黑或出现斑点，更严重的是，过量的紫外线照射有的还 会发展成皮肤癌或死亡率极高的恶性黑素瘤ｕ“Ｊ。按照紫外线 的不同波长所引起的生物效应，紫外线分为Ａ、Ｂ、Ｃ ３波段，分 另０是ＵＶＡ（３２０—４００ ｎｍ），ＵＶＢ（２９０—３２０ ｎｍ），ＵＶＣ（１００～２９０ ｎｍ）。大气对ＵＶＡ的吸收很少，所以ＵＶＡ可以到达地面；而 ＵＶＣ则几乎完全被臭氧层所吸收，所以它基本上不会到达地 面；ＵＶＢ的辐射量会部分地被平流层臭氧吸收。以往的观点认 为ＵＶＢ可致癌，而ＵＶＡ虽可使皮肤老化，却并不损伤ＤＮＡ，但 澳大利亚悉尼大学Ａｇａｒ等的一项研究Ｈ１显示，ＵＶＡ大多导致 深层皮肤细胞发生突变，而ＵＶＢ导致的皮肤细胞突变则大多在 皮肤表层。由于ＵＶＡ的诱导突变作用对皮肤干细胞分化有一 定影响，研究人员由此推断ＵＶＡ可能更容易导致皮肤癌。
综上所述，考虑ＣｄＳ光敏电阻在价格、光谱响应范围和响 应时间上都比较符合设计要求，本设计选用ＣｄＳ光敏电阻作为 检测仪的光探测器件。
２非紫外光的过滤
ＣｄＳ光敏电阻的光谱响应范围向长波延伸到了４００ ｎｍ之 外，为了准确地测量日光中的紫外线指数，必须将非紫外光滤
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《测控技术｝２００７年第２６卷第２期
目前气象预报中紫外线指数预报主要采用的统计预报方法 和模式预报方法，需要掌握和处理大量的气象数据，笔者设计了
收稿日期：：２００６一０１一０３ 基金项目：中国科学院传感技术国家重点联合实验室基金资助项目 （ｓｋｔ０４０１） 作者简介：胡浩（１９８３一），男，硕士研究生，主要从事光电探测系统的研 究开发；陈炳若（１９４６一），女，教授，主要研究方向为光电器件与光电探 测系统。
比照标准紫外线分级标准，考虑到测量的只是３００～４００ ｎｍ波段的紫外线强度，电路的调试目标是设定当４个发光二极 管都导通的时候对应气象部门公布的紫外线强度指数１２一１５ 级；３个导通时对应紫外光指数８～１１级，为过量级；２个导通的 时紫外光指数的中量级，对应ＵＶＩ为４—７级；只有一个发光二 极管导通时对应紫外光指数微量级，对应ＵＶＩ为０—３级。通过 调节电路上的电阻，使各电阻得到适当的分压来达到这个要求。
去。根据图１，图２表示的透紫外黑色光学玻璃ＺＷＢ２和绿色 光学玻璃ＱＢ２１的光谱特性，可知将ＱＢ２１滤光片和ＺＷＢ２滤光 片叠加起来使用，刚好可以把７００ ｎｍ以外的光滤掉，让３００— ４００ ｎｍ的光通过，有可能获得所需要的光谱特性。
１００表１ 不同入射波长和入射功来自时ＣｄＳ光敏电阻的阻值８０
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本实验在某天天气晴朗的正午进行，加上１ ｍｍ厚ＺＷＢ２ 及２ ｍｍ厚ＱＢ２１的滤光片后的标准Ｓｉ探头电流约为２８心。 已知Ｓｉ器件的受光面积刚好是１ ｅｍ２，对标准Ｓｉ器件的光谱响 应曲线在３００～４００ ｎｍ内进行积分，可知其光谱响应约为１８ ｍＡ／ｍＷ。通过滤光片后紫外光有９０％的衰减，把以上的所有 数据代到上面的经验公式中可以计算出当时的紫外线指数约为 ７．８，取整数得紫外线指数为８，刚好是第２和第３个发光二极管 导通的临界值。ＣｄＳ的阻值在同一时间所测得的阻值是４．７ ｋＱ。根据光敏电阻的电导与入射光强成正比，可以推算出其他 ３个ＬＥＤ变亮时的电桥输出。由此可以计算出基准电阻的阻值 分别为１０ ｋＱ、５ ｋｆｔ、３ ｋｆｌ、２ ｋＱ、１０ ｋｎ。电路的标度确定后，在 相隔的数天中不同时段下与ｓｉ探头测量结果和紫外线指数的 对比实验表明，发光二极管的明灭显示达到了电路的调试目标， 从而证实了电路的准确性和实用性。
万方数据
由表２可见，虽然３ ｍｍ厚的滤光片组合在３００～４００ ｎｍ波 段透过率有所降低，但是在７００—８００ ｎｍ波段有更好的截止能
便携式日光紫外线指数检测仪设计
力。而且测量发现比如在７ ＯＯｎｍ处，与不加滤光片的时候相比 较，ＣｄＳ的阻值增大了ｌ ２００多倍，可见３ ｍｍ厚的滤光片对波 长大于４００ ｎｍ波段的光有很好的去除作用。本研究最终采用 这种滤光片组合。
为了完全地滤去红色光，再加上１ ｍｍ厚的ＱＢ２１绿色滤光 片，这个３ ｍｍ厚的滤光片组合的光谱透过特性如图４所示（ｘ 轴表示波长，ｙ轴表示该波长对应的透过率）。
由图可见这个滤光片组合已经可以把４００ ｎｍ以外的光都 过滤掉，只剩下所要求的３００～４００ ｎｍ的紫外光。将３ ｍｍ厚的 滤光片组合加在ＣｄＳ光敏电阻上，在和上面相同的条件下各波 长处ＣｄＳ电阻的阻值变化如表２所示。
ＣｄＳ光敏电阻的峰值波长在５４０ ｎｍ左右，纯的ＺｎＳ光敏电 阻的峰值波长在３００ ｎｍ附近，倘若在ＣｄＳ中掺入不同量的 ＺｎＳ，其峰值波长随掺入杂质的量的增多而向短波长移动。其 实，即使不添加ＺｎＳ，ＣｄＳ光敏电阻也可以在所需要的２００—４００ ｎｍ中间有较高的响应。通常ＣｄＳ光敏电阻的响应时间约为几 十毫秒到几秒，但是经过适当地掺入杂质后，响应时间有所改 进，通常可达２０～３０ ｍｓ。
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通过比较，可以得到此滤光片对各个波长的光的截止能力 的差异。从表１可见，７０５ ｎｍ处入射功率约比３６５ ｎｍ处强５００ 多倍，但是在３６５ ｎｍ处的阻值比７０５ ｎｍ处才高１００倍左右，可 见此组滤光片对非紫外光还是有一定的过滤作用的。但是太阳 光中的红光比紫外光功率大１０倍左右，电阻变化中红光的因素 会占到２０％，所以这个滤光片还不符合要求。
４紫外线指数的标定
所谓紫外线指数（ＵＶＩ）是对当地中午紫外辐射的测量结 果，经过标准红斑作用光谱加权并换算成红斑有效辐照度后，除 以２５ ｍＷ／ｍ２所得到的整数口３。如果红斑有效辐照度是实时观 测值，则采用其３—５ ｍｉｎ的平均值。紫外线指数值越大，表示 紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度愈加剧，也表示在愈短 的时间里对皮肤的伤害愈强，在正常情况下，ＵＶＩ的范围在１— １０＋之间。
便携式日光紫外线指数检测仪设计
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便携式日光紫外线指数检测仪设计
胡浩１’２，陈炳若１’２，张庆兵１，莫倩瑜１，钟茗１
（１．武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉４３００７２；２．中国科学院传感技术国家重点联合实验室，上海２０００５０）
摘要：设计并制作了一种便携式、低成本的日光紫外线指数检测仪。选择了ＣｄＳ光敏电阻作为光电探测器件，通过合理的 光谱剪裁，保留了３００—４００ ａｍ波段的光，设计了简单的比较器电路，通过ＬＥＤ的明灭可直观显示紫外线的强度等级。实 际测量的结果表明：仪器对日光中紫外线指数的测量是准确可靠的。 关键词：紫外线指数；光敏器件；滤光片；比较器 中图分类号：ＴＮ３６４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２００７）０２—０００９－０３
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图４ ２ ｍｍＱＢ２１与１ ｍｍＺＷＢ２叠加后的光谱特性 表２ ３ ｍｍ厚的滤光片组合时ＣｄＳ光敏电阻的阻值
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图３ １ ｍｍＱＢ２１与１ ｍｍＺＷＢ２滤光片叠加后的光谱特性 在单色仪上用溴钨灯（灯丝电流４．４ Ａ）做光源，用在北京 计量科学研究院标定过的标准ｓｉ探测器件做参考，验证其能否 有效抑制ＣｄＳ光敏电阻对长波的响应。表１为各入射波长处相 应的入射功率和ＣｄＳ光敏电阻的阻值数据。根据光功率与阻 值成反比关系，最后一列计算出了在各入射波长处相同入射功 率（０．０２２ ｍＷ）时的折算阻值。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｏｒｔａｂｌｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｓｏｌａｒ ＵＶ ｉｎｄｅｘ（ＵＶＩ）ｍｅｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．ＣｄＳ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ
ａｓ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｉｎ ３００～４００ ｎｍ ｉｓ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｐｔｉｍｕｍ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｌｉｐｐｉｎｇ．Ｓｉｍｐｌｅ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｅ－