紫外线 - UV应用指南

PART A) 活用紫外线 - UV传感器

1. 紫外线传感器(UV传感器)可以做什么?

尽管存在着对人体的影响，例如晒伤和色斑，但适量暴露于紫外线可以达到健康的效果。在工业领域中，紫外线被广泛用于照射、灭菌和火焰检测等，并且根据应用可以获得各种效果。

安全可靠地使用不可见紫外线的一种方法，是使用可以高精度检测紫外线的「UV传感器」。 这一次从「安全性」和「确定性」的角度，介绍UV传感器的功能和使用方法，来支持紫外线的安全使用。

2. 「紫外线」的定义

紫外线(UV、Ultraviolet)是指波长比人眼可见光短的波长(400 nm或更短)的光。 它分为三个波长带：UVA(315-400nm)，UVB(280-315nm)和UVC(100-280nm)。

落在地球表面的阳光中包含UVA和部分UVB。UVC不会到达表面，因为它被臭氧层吸收了。

UVA、UVB和UVC对人体的影响：

UVA(315-400nm)：直达真皮层，会造成累积损伤。是造成色斑和皱纹的原因。

UVB(280-315nm)：到达表皮层，会造成皮肤发红的晒伤，梗是皮肤癌识成因之一。

UVC(100-280 nm)：对DNA具有破坏性。但也能将其应用于杀菌。

3. 紫外线健康的一面

紫外线，特别是UVB，虽对人体造成不良影响，但另一方面，接触适量能保持健康。

暴露于紫外线下，人体会产生维生素D。 维生素D具有促进食物中钙吸收的特性，因此暴露于紫外线有助于维持骨骼健康，尤其是预防骨质疏松症。

但是，当暴露于紫外线中，人无法通过皮肤或眼睛，感知到该紫外线的量是在健康水平，还是已属于危险界线。

因此，需要「UV传感器」来测量不可见的紫外线。

4. 活用紫外线 - 在安全性和可靠性方面是否还有改进的余地?

在工业领域中，使用人工发射紫外线的「紫外线灯/ LED」的辐照装置被广泛用于固化和消毒应用。

但是，仅利用紫外线照射装置不能确认「是否确实照射了紫外线」或「照射量是否在规定范围内」。

而使用「UV传感器」就能检查紫外线照射装置，以更可靠、更安全地照射紫外线。

PART B) 紫外线传感器使用方法及电路示例

1. 紫外线传感器「S-5420A」

S-5420A是一种Si(硅)光电二极管，通过内置的高灵敏度和低灵敏度紫外光电二极管之差，并切割可见光分量，可以高精度检测紫外线分量。

它对包括紫外线的光起反应，输出电流根据紫外线的强度而变化。

小型可表面安装(2.55 x 1.56 mm)的封装，使它易于集成到各种应用中，从小型设备到工业设备也都可以。

2. 测量紫外线的强度和累积量

S-5420A可以测量太阳光的紫外线强度。

如果使用配备有S-5420A的紫外线测量仪，并将其与「紫外线指数(UV index)」*链接，就可以判断当时的紫外线强度。

*世卫组织和环境部建议使用「紫外线指数」作为紫外线防护指标，该指数表示影响人体(主要是皮肤)的紫外线强度。

左图显示了S-5420A演示机和高精度紫外线指数仪之间的测量数据比较。(两种测量仪器在相同条件下测量紫外线。)从该图可以看出，S-5420A演示机和高精度紫外线指数仪可以获得几乎相同的紫外线指数值。

另外，通过将S-5420A与微型计算机等组合，可以获得在一定时间段(例如一天)内曝光了多少紫外线的累积指数。

如将此技术应用于可穿戴设备，可确保生活中所接触到的紫外线，在不超过每种皮肤类型指定的MED值(危害皮肤的紫外线最少值)*的范围内，及吸收足够产生维生素D的紫外线量。

*参考：

国立环境研究所地球环境研究中心「维生素D产生/紫外线量信息词汇表」

3. 实时控制紫外线照射装置的分量

S-5420A能更轻松、更可靠地控制从UV照射设备输出的UV分量。紫外线照射器在工业领域中被广泛使用。

在没有紫外线传感器的紫外线照射装置的情况下，维持紫外线的强度是非常困难的。为了调节紫外线，有必要使用紫外线测量装置定期(例如每天一次)进行测量，并根据结果进行调节。

通过安装S-5420A在设备中，就能随时测量和调节紫外线强度。

如果紫外线灯/ LED由于某种原因熄灭，则会发出警报。另外，为使紫外线灯/ LED的照明均匀，抑制制造品的偏差，也可设置S-5420A。

电路示例：S-5420A检测被照射物体从UV-LED光源接收的光量，控制UV-LED的光量，以保持由微机设置的恒定量。

(当被照射的物体是液体时：通过用S-5420A检测液体透过光的强度，可以将透射后的照射光量控制为恒定，且不受液体的透明度影响)

4. 提高验钞机的准确性

紫外线传感器S-5420A对于利用紫外线的验钞机也有贡献。

例如，可以通过用紫外线照射钞票并使用S-5420A检测透射和反射的紫外线来判断钞票的真伪。

5. 简易检测紫外线

以S-5420A来实现更轻松地可视化紫外线的方法，可以通过该电路使LED闪烁，来判断紫外线的强度和量。

将应用电路的模块连接到如袋子或遮阳罩上，可以通过查看LED的闪烁速度，来判断当前所处阳光中包含的紫外线量是否安全。

● 简易「检测紫外线」电路示例

电路示例使用了紫外线传感器S-5420A和弱信号检测IC S-5471。

S-5420A受到紫外线照射时，输出差分电流，电荷会累积在外部连接的电容中。当电压达到恒定水平时，弱信号检测IC S-5471的输出高电平，并点亮LED。

FET在LED点亮的同时打开，电容的累积电荷会放电，LED就会熄灭。

只要继续被紫外线照射，就会连续重复上述操作，并且闪烁LED。

当紫外线微弱时，电容中的电荷累积时间变长，LED需较长时间重复闪烁。当紫外线变强，电容中的电荷累积时间变短，LED在短时间内反复闪烁。

从「安全性」和「确定性」的角度来看，紫外线传感器S-5420A支持具多样性地利用紫外线。

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