ДАТЧИК-ДОЗИМЕТР УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Данное устройство относится к области радиационных измерений, и может быть использовано для измерения дозы ультрафиолетового излучения в UV-A диапазоне (400-320 нм), полученной человеком в различных условиях: при нахождении под солнцем, в соляриях, в производственных помещениях.
Известно устройство Microsoft band 2, включающее фоточувствительный элемент, микроконтроллер, блок отображения информации, элемент питания, зарядную схему [1]. Недостатком такого устройства является фоточувствительный элемент марки STMicroelectronics, состоящий из 4H-SiC [2]. Данный фоточувствительный элемент имеет пиковую чувствительность порядка 0,07 А/Вт в UV-A диапазоне, что делает его недостаточно точным для контроля дозы ультрафиолетового излучения, особенно в условиях производственных помещений [3].
Также известно устройство Violet Plus, включающее фоточувствительный элемент, микроконтроллер, элемент питания, зарядную схему. Недостатком такого устройства является фоточувствительный элемент, изготовленный из материала GaP, GaN, GaAs или SiC [4]. Материал GaP имеет пиковую чувствительность не более 0,12 А/Вт в UV-A диапазоне [5]. Материал GaN имеет пиковую чувствительность не более 0,05 А/Вт в UV-A диапазоне [6]. Материал GaAs имеет пиковую чувствительность не более 0,1 А/Вт в UV-A диапазоне [7]. Материал SiC имеет пиковую чувствительность не более 0,07 А/Вт в UV-A диапазоне [2]. Материалы, используемые в данном устройстве, делают его недостаточно точным. В данном устройстве отсутствует блок отображения информации, что не позволяет напрямую информировать потребителя о превышении критической дозы.
Наиболее близким из аналогов, выбранным в качестве прототипа, является портативный детектор УФ излучения марки SunFriend inc, включающий фоточувствительный элемент, микроконтроллер, элемент питания, элемент звукового оповещения, блок отображения информации, усилительный каскад. Основным недостатком данного детектора является фотоэлемент, изготовленный из материалов GaN или SiC, которые, как заявлено в патенте, имеют чувствительность не более 0,12 А/Вт в UV-A диапазоне, в результате детектор обладает недостаточной точностью. Кроме того, в качестве блока отображения информации используются светодиоды, что не дает возможности точно отображать значения дозы. Отсутствие зарядной схемы не дает возможности заряжать данное устройство от сети [8].
2
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности измерения поглощенной дозы ультрафиолетового излучения UV-A диапазона. Технический результат достигается тем, что фоточувствительный элемент выполнен в виде нанонитей индий-цинк оксида, нанесенных на подложку, выполненную из Si-SiO, а блок отображения информации выполнен в виде цифрового дисплея. Чувствительность достигает 0,16 А/Вт в UV-A диапазоне.
Схема устройства показана на чертеже (фиг. 1), 1 - фоточувствительный элемент, 2 - корпус прибора, 3 - элемент питания (аккумулятор), 4 - усилительный каскад, 5 - микроконтроллер, 6 - блок отображения информации (OLED экран), 7 - зарядная схема, 8 -стабилизатор питания, 9 - выключатель питания (микропереключатель), 10 - преобразователь и стабилизатор питания.
2
Датчик содержит фоточувствительный элемент (1), состоящий из подложки (Si-SiO) и слоя нанонитей индий-цинк оксида с напыленными встречно-штыревыми контактами из золота. В состав датчика входит усилительный каскад (4), который выполнен на основе операционного усилителя. Устройство снабжено микроконтроллером (5), аккумулятором (3), зарядной схемой (7), преобразователем и стабилизатором питания (10), выключателем питания (9). Блоком отображения информации является цифровой OLED дисплей (6).
Аккумулятор датчика (3) заряжается через разъем microUSB посредством специализированной микросхемы зарядки. Зарядная схема (7) включает также микросхему защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда.
Датчик-дозиметр ультрафиолетового излучения работает следующим образом. Фоточувствительный элемент (1) поглощает энергию солнечного излучения UV-A диапазона и преобразует в электрический сигнал. Сигнал усиливается с помощью операционного усилителя - усилительного каскада (4) и подается на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (5). Используется микроконтроллер STM32F030F4P6, с помощью которого происходит преобразование напряжения с усилителя (4) в дозу излучения. Микроконтроллер (5) связан с дисплеем (6) посредством шины I2C. В свою очередь, блок отображения информации (дисплей 6) информирует пользователя о поглощенной дозе ультрафиолетового излучения.
Список литературы
1. Заявка №US 2018/0356890 «Wearable device», заявлена 29.06.2017 г., опубликована 13.12.2018 г.
2. Описание устройства Microsoft Band II Teardown https://techinsights.com/about-techinsights/overview/blog/microsoft-band-II-teardown
3. Патент №ЕР 3098859 integrated electronic device for detecting ultraviolet radiation», заявлен 16.12.2015 г., опубликован 07.02.2018 г.
4. Заявка № US 2015/0177059 «UV dosimetry system with optimal sun exposure predictions заявлена 18.12.2014 г., опубликована 25.06.2015 г.
5. Характеристики GaP - UV-Фотодиода https://farnell.com/datasheets/10243.pdf
x
1-x
6. С.J. Lee, С.H. Won, J.H. Lee, S.H. Hahm, H. Park Selectively Enhanced UV-A Photoresponsivity of a GaN MSM UV Photodetector with a Step-Graded AlGaN Buffer Layer Sensors// Sensors. 2017. vol. 17 (7), P. 1684.
7. Легкий В.H. Арсенид галлиевые ФПУ УФ-диапазона для многоспектральных оптоэлектронных систем/ В.Н. Легкий, Б.В. Галун, М.В. Киселев, О.П. Толбанов, Д.Ю. Мокеев, А.В. Тяжев. - «Прикладная физика». - 2, 2011 г. - с. 115-118.
8. Заявка № US 2012/0326046 «Wearable radiation detector», заявлена 21.06.2012 г., опубликована 27.12.2012 г.