[发明专利]紫外线强度荧光差分检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，具体是一种紫外线强度荧光差分检测方法与装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对光谱的研究与利用已经深入了紫外波段。无论是日常紫外强度的监测，还是实验、医学或军事目的上紫外强度的检测，都突出了紫外线强度计的重要性。

普通的光电池和光电二极管等光电器件的光谱响应在可见光范围，不适合于直接对紫外线进行检测；光电倍增管虽可以用于紫外线的检测，但其体积较大，并采用高稳定度的高压电源供电，耗电量大，使用不方便；光热探测器对紫外线的响应度较低，难以检测弱的紫外线，且不易实用化。

近十几年发展起来的以GaP、GaAsP、SiC和TiO₂等为材料的紫外光探测器在可见光仍有一定的响应。如G12119、G1126型紫外光电二极管，其光谱响应范围在190～680nm，峰值在610nm处。因此，常常在其前面加上滤光玻璃，这会引起紫外线探测灵敏度的降低。在进行太阳光紫外线测量时，往往存在较强的可见光(或称本底光)，这会影响测量的准确度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有紫外线强度检测技术的不足，提供一种简单、实用的紫外线强度荧光差分检测方法。

本发明的另一个目的是提供一种紫外线强度荧光差分检测装置。

本发明的主要工作原理是：采用两只外形、大小及性能参数完全一致的普通可见光探测器，如光电二极管或光电池。在其中一只的受光表面涂上一层透明均匀的紫外荧光材料薄层，使其在紫外光的照射下发射出可见光波段的荧光，从而引起该光电探测器产生正比于紫外光及可见光的电信号输出；另外，紧密并排的另一只可见光探测器的受光表面不做任何处理，且其光谱响应范围在可见光区，对紫外光反应极小，仅产生正比于可见光强度的电信号，作为本底或参考信号。两路输出电信号经差分放大电路处理后，便可得到正比于紫外光的电信号。再经AD转换及单片机处理，得到被测紫外线的强度。

一种紫外线强度荧光差分检测方法，其特征在于采用两个可见光探测器，其中第一可见光探测器的受光表面涂有一层透明均匀的紫外荧光材料薄层，所述紫外荧光材料在紫外线的照射下发射出可见光波段的荧光，第一可见光探测器产生的电信号反映紫外线产生的荧光与可见光的强度之和，第二可见光探测器产生的电信号反映可见光强度，两路电信号经差分放大后得到反映紫外线强度的电信号，该电信号经AD转换后由单片机换算成紫外线强度。

一种紫外线强度荧光差分检测装置，其特征在于包括两个可见光探测器、平衡电位器、差分放大电路、AD转换电路、微处理器以及显示屏，其中第一可见光探测器的受光表面涂有一层透明均匀的紫外荧光材料薄层，所述紫外荧光材料在紫外线的照射下发射出可见光波段的荧光，第一可见光探测器的负极、第二可见光探测器的负极与平衡电位器的调节端相连，平衡电位器的另外两端分别与第一可见光探测器的正极、第二可见光探测器的正极相连，第一可见光探测器的正极和第二可见光探测器的正极与差分放大电路相连，差分放大电路与AD转换电路相连，AD转换电路、显示屏均与单片机相连。

进一步地，为了消除可见荧光对第二可见光探测器的干扰，第一可见光探测器的受光表面周围的环形区域涂有黑色油墨，其厚度比紫外荧光材料薄层的厚度大。

进一步地，为使整个紫外光探测装置有较高的灵敏度和准确性，第一可见光探测器和第二可见光探测器是同种材料的光电探测器。

进一步地，第一可见光探测器和第二可见光探测器是砷化镓光电探测器或硅光电探测器。

进一步地，所述第一可见光探测器和第二可见光探测器集成在双元探测器上。

下面从紫外荧光及差分测量原理简要说明本发明的原理及实现。

1、紫外荧光

目前大部分的紫外探测器光谱响应范围主要在紫外波段，是对紫外线的直接探测。本发明则采用间接的方法，用紫外荧光材料将紫外线转化成可见光，再基于可见光进行测量。

a)紫外荧光材料的选择

紫外荧光材料要具备两个特点：可见光透明度好和紫外荧光效率高。

能使紫外线产生可见光荧光的材料都可以作为本发明的紫外荧光材料。

b)荧光材料的涂抹

由于涂在光电探测器上的紫外荧光材料的涂层对可见光及荧光的透入有一定的衰减，所以在涂抹的时候要考虑其厚度和均匀度的问题。涂层的厚度会影响涂有荧光材料的光电探测器的光谱响应特性，决定探测器的性能。具体的厚度要依据具体选用的光电探测器的外形和性能参数，以及具体的实验数据曲线决定。厚度参考值一般在10μm至50μm之间。