СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2014

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2014 Измеритель ослабления оптических сред Описываемое устройство предназначено для измерения степени ослабления светового потока различными средами и материалами в нескольких точках видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазонов. В настоящее время измеритель используется для оценки способности солнечных очков и солнцезащитных кремов задерживать видимое и УФ-излучение. Павел Редькин (г. Ульяновск) Т ЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЯ Согласно одной из классификаций, с точки зрения воздействия на орга- низм выделяют следующие диапазо- ны УФ-излучения: ● УФ-A-лучи – так называемый ближ- ний ультрафиолет (UVA) – диапазон длин волн 315…400 нм; ● УФ-B-лучи (UVB) – 280…315 нм; ● УФ-C-лучи – так называемый дальний ультрафиолет (UVC) – 100…280 нм. Практически весь диапазон излуче- ния UVC и приблизительно 90% UVB поглощаются озоном, а также водя- ным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излу- чение диапазона UVA достаточно сла- бо поглощается атмосферой. Поэтому солнечный свет, достигающий поверх- ности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле UVB. Для защиты глаз от вредного воздей- ствия УФ-излучения используются спе- циальные очки, ослабляющие его поч- ти на 100% и прозрачные в видимом спектре. Для этого в состав материала линз вводят (или напыляют на поверх- ность) специальные вещества. Извест- но, что одним из фундаментальных оптических свойств сред в УФ-области является уменьшение их прозрачности с уменьшением длины волны излуче- ния. Таким образом, для достоверной оценки защитных свойств очков доста- точно измерить их светопропускание только в одной точке спектра – на гра- нице видимого и УФ (UVA) диапазонов (400 нм). На этой длине волны каче- ственные очки должны обеспечивать светопропускание 0,1…1%. Согласно теории, на меньших длинах волн све- топропускание будет ещё меньше. Помимо этого, определённый инте- рес может представлять оценка спо- собности очков ослаблять излучение смежного с UVA видимого диапазона – синего цвета, который, по некоторым данным, также может оказывать потен- циально опасное воздействие на глаза. Существуют рекомендации, согласно которым светопропускание качествен- ных защитных очков в области синего цвета должно быть в два-три раза мень- ше, чем их светопропускание в области зелёного и красного цветов. У СТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ Измеритель работает следующим образом. Световой поток, генери- руемый светодиодом, пропускается через исследуемую оптическую среду «на просвет» и попадает на фотодиод, фототок которого линейно преобразу- ется в напряжение, а затем измеряется с помощью АЦП. Получение значения ослабления исследуемой среды разделено на два обязательных этапа: калибровку и изме- рение. В ходе калибровки АЦП изме- ряет напряжение, пропорциональное фототоку, при отсутствии исследуемой среды в оптическом канале. Получен- ное значение запоминается для даль- нейших вычислений. На втором эта- пе измеряется напряжение, получен- ное при наличии исследуемой среды в оптическом канале. Степень ослабле- ния среды в процентах вычисляется устройством как отношение результа- та измерения к результату калибровки, умноженное на 100. Удаление и привне- сение исследуемой среды в оптический канал в ходе её исследования осущест- вляется пользователем вручную по сиг- налам устройства. Значение степени ослабления сре- ды может быть измерено устройством в любом из четырёх диапазонов излу- чения: ближний ультрафиолет (дли- на волны 395…405 нм) и видимый спектр, соответствующий синему (460…470 нм), зелёному (520…530 нм) и красному (620…630 нм) цветам. Соот- ветственно, измеритель имеет четы- ре оптических канала: ультрафиоле- товый – УФ (UV), синий (B), зелёный (G) и красный (R). Для всех каналов устройство обеспечивает измерение степени ослабления с разрешением 0,001% в диапазоне от 0 до 100,000% при абсолютной погрешности изме- рений порядка 0,1%. При этом пред- полагается, что зависимость выход- ного тока фотодиодов от их освещён- ности является абсолютно линейной, а основнымфактором, формирующим указанную погрешность, является фак- тор временно ′ й нестабильности свето- вого потока используемых светодиодов (при стабильном рабочем токе). Влия- ние нестабильности излучения свето- диодов может быть в некоторой степе- ни скомпенсировано алгоритмическим и процедурным способами, как будет показано далее. Для измерения ослабления сре- ды в оптическом УФ-канале в прибо- ре присутствует отдельный электри- ческий канал. УФ-светодиод генери- рует световой поток для фотодиода УФ-диапазона, который подключён к входу преобразователя ток–напряже- ние, выход которого, в свою очередь, подсоединён к входу АЦП. Оптические каналы синего, зелёного и красного цветов совместно используют другой отдельный электрический канал: RGB- светодиод генерирует световой поток для фотодиода видимого диапазона, который подключён к входу друго- го преобразователя ток–напряжение и, соответственно, ко второму анало- говому входу АЦП. Конструктивная воз- можность такого решения обусловлена тем, что в RGB-светодиоде три излучаю- щих кристалла расположены под одной линзой, т.е. практически на одной опти- ческой оси. Алгоритм работы управля- ющей программы измерителя предус- матривает свечение в каждый момент времени только одного из трёх кристал- лов светодиода. Для удобства работы с устройством оси оптических каналов UV и RGB раз- несены на расстояние, примерно рав- ное среднему расстоянию между цен- трами линз очков (70 мм). Структур- ная схема измерителя показана на рисунке 1. © СТА-ПРЕСС

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ4NjUy