多波段紫外辐照计设计

　　紫外线辐照度的测量越来越受到人们的重视[1].传统的紫外辐照计只能测量一个波段范围的紫外辐照,或者通过匹配加载在探测器头部的滤光片来选择测量的波段范围,其操作复杂,且体积庞大.此外,传统的紫外辐照计大多采用硅光二极管作为探测器,而硅光二极管对可见光和红外光都有响应,这也降低了测量的精度.本辐照计采用AlGaN基紫外探测器,不需要匹配滤光片,通过对探测器输出信号的处理,就可以测量UVA、UVB和UVC波段或整个UV波段的紫外辐射.与传统的探测器相比,它克服了一般的传统紫外辐照计所存在的一系列问题,如滤光片匹配准确性难以控制、使用多种滤光片使体积增大及某些光谱难以完全滤掉等.

　　1　测量原理与功能实现

　　根据系统需要而设计的紫外辐照计系统原理[2,3]如图1所示.首先选择各测量波段粗略地进行测量,确定此时紫外光所属的紫外波段,然后选择相应的紫外波段进行精确测量.紫外探测器接收光照,由于紫外探测器可见光和红外光抑制比很高,所以仅接收光照中的紫外辐射,产生微小的电流.因为探测器有3个光敏元,所以会产生3路输出信号(3路微小的电流信号).微小的电流经过前置放大电路的放大,转化为电压信号,电压信号输入到可编程波段选择运算电路中.可编程波段选择运算电路由MCU(微控制单元)控制,MCU根据键盘的指令要求发送控制命令给可编程波段选择运算电路,以确定辐照计的工作波段.可编程波段选择运算电路输出的模拟信号经过A/D转换模块转化为数字信号,数字信号输入到MCU,经过计算、修正和标定(参照辐射学的相关手册[4,5])后,MCU将最后的辐照度数据送LCD显示.

　　2　系统组成

　　2.1　探测器

　　传统的紫外辐照计大多采用紫外增强型硅光二极管作为探测器,接受紫外辐射,进行测量;或者是在普通硅光二极管前面加一层荧光材料,由紫外线激发荧光材料发出可见光,再通过硅光二极管接受光信号,进行紫外辐射的测量.前者由于硅光二极管的光谱响应峰值在可见光区,在探测器前需加上多层的滤光片以减小或消除可见光及红外光对测量结果的影响,这不仅增加了成本,而且使得探测器头部体积较笨重,并且由于滤波片的误差积累,使得测量的精度较差;后者由于荧光材料稳定性较差,且仅在某一波长范围的紫外光照射下才发光,精度更是难以保证.

　　本辐照计采用AlGaN基紫外探测器[6,7],该探测器由上海技术物理研究所研制,其量子效率高、噪声低、响应速度快且光谱响应峰值在紫外波段,具有较高的灵敏度.此外,由于它对波长大于365 nm的可见光和红外光不响应,不需另加滤光片就能直接用来测量紫外线辐照强度,因此,可以得到较高的测量精度.AlGaN基紫外探测器内部结构如图2所示.