一种紫外线指数监测仪制造技术

一种紫外线指数监测仪，包括用于紫外信号和温度信号的接收与放大的头部部分；其中，能够和红斑响应曲线匹配的肖特基紫外探测器连接前置放大电路的输入端；温度传感器连接信号放大电路的输入端；还包括主机的用于信号的模数转换的模数转换电路分别连接头部的前置放大电路和信号放大电路的输出端；及用于完成数据处理及温度补偿的单片机控制电路连接模数转换电路的输出端；用于测量结果显示的显示电路，并以彩色柱状的形式显示测量的紫外线指数；软件程序对处理后的数据和事先已定标的紫外指数数据进行比较，并查找相应的温度补偿数据后，即可得到最终的实时紫外线指数值和温度值，再送到ＬＥＤ点阵屏幕和柱状彩灯进行紫外线指数和温度的显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量技术，特别是涉及一种紫外线指数的测量技术。
技术介绍
一般传统的紫外测量仪器使用滤光片来匹配红斑曲线所带来的一系列问题，如匹配准确性难以控制，使用多种滤光片使体积增大，某些光谱难以滤掉等等问题，导致测量准确性难以保证。而且降低了对测量电路的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种体积小，可靠性高、测量精度高、测量方便、能够实时监测和预报的、而且省去了滤光片的紫外线指数监测仪。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种紫外线指数监测仪，其特征在于，包括一硬件电路部分，由头部及主机两部分组成，其中，一头部部分，用于紫外信号和温度信号的接收与放大；其中包括一肖特基紫外探测器连接前置放大电路的输入端；一温度传感器连接信号放大电路的输入端；硬件电路部分还包括一主机部分，其中包括一模数转换电路，用于信号的模数转换，分别连接头部的前置放大电路和信号放大电路的输出端； 一单片机控制电路，用于完成数据处理及温度补偿，连接模数转换电路的输出端；一显示电路，用于测量结果的显示，能够将测量结果以大型LED点阵屏幕的形式和符合世界卫生组织的有关颜色规定的彩色柱状的形式显示；并能够在当前紫外线指数下，在LED显示屏幕中显示提醒公众的相关信息；单片机的软件程序对处理后的数据和事先已经定标的紫外指数数据进行比较，并查找相应的温度补偿数据后，即可得到最终的实时紫外指数值和温度值，然后送到LED点阵屏幕和柱状彩灯进行紫外线指数和温度的显示。进一步地，所述头部为一金属盒，盒上部紫外线入口设有半球形的石英玻璃罩和聚四氟乙烯漫透射板，盒内设有能和红斑响应曲线匹配的肖特基紫外探测器，盒外壳的内壁涂黑。进一步地，所述前置放大电路由精密运算放大器组成的二级放大电路。进一步地，所述单片机软件程序的流程1)初始化；2)进行A/D转换，得到温度和紫外线总强度；3)进行计算得到当前温度值；4)查表得到温度补偿系数；5)进行计算得到紫外线指数；6)显示温度、紫外线指数及相关信息；子程序中，包括串口0控制柱状彩灯显示紫外线指数时端口的配置和AD转换芯片控制端口的配置子程序、通过串口0向柱状彩灯送数据的通讯子程序、AD转换部分的子程序、串口0控制柱状彩灯显示紫外线指数的子程序、紫外线指数的柱状彩灯显示子程序、文字下载程序等。利用本专利技术提供的紫外线指数监测仪，由于使用与红斑曲线相匹配的GaN紫外肖特基探测器，在测量紫外指数时，可以省去增加滤光片的要求，可方便的直接进行测量。使用这种方法是未来紫外指数测量的方向之一，它在减小仪器的体积，增加仪器可靠性，提高测量的精度等方面都显现了十分突出的优点。同时，便于在紫外气象研究领域进行推广。仪器轻便灵活，能够使用于多种场合，特别适合在气象部门使用，并能够在公众场合显示预报。附图说明图1是本专利技术实施例紫外线指数监测仪原理框图；图2是本专利技术实施例紫外线指数监测仪的头部结构简图；图3是本专利技术实施例头部的紫外信号采集与放大电路原理图；图4是本专利技术实施例头部的温度采集与放大模块电路原理图；图5是本专利技术实施例紫外线指数监测仪的主机部分电路原理图；图6是本专利技术实施例紫外线指数监测仪的程序流程框图；图7是太阳光谱内所度量的紫外线辐照度及红斑作用的曲线图；图8是受红斑光谱加权后的总紫外线辐照度的曲线图；图9是肖特基紫外探测器件的光谱响应曲线图。具体实施例方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。参见图1所示，本专利技术实施例所提供的一种紫外线指数监测仪包括一硬件电路部分，由头部及主机两部分组成，其中，一头部部分，用于紫外信号和温度信号的接收与放大；其中包括 一能和红斑响应曲线匹配的肖特基紫外探测器连接前置放大电路(OPA111)的输入端；一温度传感器(AD590)连接信号放大电路(LF353)的输入端；硬件电路部分还包括一主机部分，用于信号的转换、补偿、处理、显示；其中包括一模数转换电路(8位A/D转换芯片MAX154)，用于信号的模数转换，分别连接头部的前置放大电路和信号放大电路的输出端；一单片机控制电路(高速单片机DS87C520)，用于完成数据处理及温度补偿，连接模数转换电路的输出端；一显示电路(128×48点阵LED显示屏和柱状彩灯显示器)，用于测量结果的显示，并以彩色柱状的形式显示测量的紫外线指数，其颜色定义符合世界卫生组织(WHO)的有关规定。并能够在当前紫外线指数下，在LED显示屏幕中显示提醒公众的相关信息；单片机的软件程序对处理后的数据和事先已经定标的紫外指数数据进行比较，并查找相应的温度补偿数据后，即可得到最终的实时紫外指数值和温度值，然后送到128×48点阵LED点阵屏幕和柱状彩灯进行紫外线指数和温度的显示；参见图2所示，紫外线指数监测仪的头部为一金属盒，盒上部紫外线入口设有半球形的石英玻璃罩1和聚四氟乙烯漫透射板2，盒内设有肖特基紫外探测器3，外壳4的内壁涂黑。参见图1所示，紫外线指数监测仪的工作原理当紫外线指数监测仪工作时，太阳光透过头部(如图2所示)的半球形的石英玻璃罩1和聚四氟乙烯漫透射板2到达肖特基紫外探测器3，外壳4的内壁涂黑，肖特基紫外探测器由于其可见光和红外光抑制比很高，所以仅接收太阳的紫外辐射，产生微小的光电流；同时，温度传感器AD590通过1μA/K的电流变化率来反映外界温度的变化。紫外信号和温度信号经放大器放大后，通过MAX154进行模数转换，送入单片机DS87C520，由于肖特基紫外探测器件的光谱响应曲线和红斑曲线相匹配(所以产生的信号正是紫外线指数的计算中的(1)式所得到的结果)，这样就省掉了需要增加滤光片匹配的麻烦，当单片机对这些数字和事先已经定标的紫外指数数据进行比较，并查找相应的温度补偿数据后，就可得到最终的实时紫外指数值和温度值，然后送到128×48点阵LED点阵屏幕和柱状彩灯进行紫外线指数和温度的显示，同时，在LED点阵屏的下方还能滚动显示在该紫外线指数等级下，公众相应所应该采取的防晒措施，如搽防晒霜、穿长袖衣服、戴太阳镜、打遮阳伞等，以防止过量的紫外线辐射造成皮肤晒伤。紫外线指数监测仪头部紫外信号的采集与放大电路如图3所示。图3中，S1为肖特基紫外探测器件，IC1为低偏置电流的单片精密运算放大器OPA111，V+、V-为来自低噪声稳压电路，R13为高阻，其阻抗为1.2×1011Ω，IC3对前级来的电压信号进行二次放大，调节多圈精密电位器RV1可以改变第二级放大电路的放大倍数，以使整个放大电路的输出电压幅值适合模数转换芯片MAX154的需要。为减少各种干扰，在放大电路中采取了屏蔽等几种不同的措施来提高放大电路的精度。温度采集与放大电路原理参见图4所示，由于肖特基紫外传感器的光谱响应特性不仅与入射的紫外光的波长有关，而且还和环境温度有密切的关系。而作为紫外线指数监测仪的传感器件，肖特基紫外传感器被置于室外，环境温度可从-40℃～+50℃之间大范围变动，对测量结果影响较大。因此，在紫外线指数监测仪中加入温度补偿模块，实时监控环境温度的变化，并对测量结果进行适当的修正，对保证测量结果的准确性，是十分必要的。经过激光微调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外线指数监测仪，其特征在于，包括：一硬件电路部分，由头部及主机两部分组成，其中，一头部部分，用于紫外信号和温度信号的接收与放大；其中包括：一能和红斑响应曲线匹配的ＧａＮ肖特基紫外探测器连接前置放大电路的输入端； 一温度传感器连接信号放大电路的输入端；硬件电路部分还包括：一主机部分，其中包括：一模数转换电路，用于信号的模数转换，分别连接头部的前置放大电路和信号放大电路的输出端；一单片机控制电路，用于完成数据处理 及温度补偿，连接模数转换电路的输出端；一显示电路，用于测量结果的显示，能够将测量结果以大型ＬＥＤ点阵屏幕的形式和符合世界卫生组织的有关颜色规定的彩色柱状的形式显示；并能够在当前紫外线指数下，在ＬＥＤ显示屏幕中显示提醒公众的相关信息； 单片机的软件程序对处理后的数据和事先已经定标的紫外指数数据进行比较，并查找相应的温度补偿数据后，即可得到最终的实时紫外指数值和温度值，然后送到ＬＥＤ点阵屏幕和柱状彩灯进行紫外线指数和温度的显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄松林，瑚琦，顾玲娟，苏锦文，王勇，李雪，何政，
申请(专利权)人：上海理工大学，中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]