UA5630U

UA5630U - Personal device for measuring intensity of biologically active ultraviolet radiation

Info

Publication number: UA5630U
Application number: UA20040706095U
Authority: UA
Inventors: Леонід Павлович Гальчинецький; Леонид Павлович Гальчинецкий; Борис Вікторович Гриньов; Борис Викторович Гринев; Володимир Діомидович Рижиков; Владимир Диомидович Рыжиков
Original assignee: Інститут Сцинтиляційних Матеріалів Національної Академії Наук України; Институт Сцинтиляционных Материалов Национальной Академии Наук Украины
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2005-03-15

Abstract

The proposed personal device for measuring intensity of biologically active ultraviolet radiation contains an ultraviolet radiation receiver, a measuring and displaying unit, and dispersive element that is arranged at the radiation-sensitive input of the receiver. The receiver contains a filter for isolating biologically active ultraviolet radiation and a photodetector based on solid solution ZnSe1-xTex, where 0.002 , x 0.05.

Description

Корисна модель має відношення до фотометрії а саме до фотометрів, які містять електричні детектори випромінювання, і може бути використана для вимірювання та контролю ультрафіолетового випромінювання (УФ) у місцях праці та відпочинку людини, а також у лікарських установах з метою визначення інтенсивності та накопичення дози УФ випромінювання.The utility model relates to photometry, namely to photometers that contain electrical radiation detectors, and can be used to measure and monitor ultraviolet (UV) radiation in human workplaces and recreation areas, as well as in medical facilities to determine the intensity and accumulation of UV dose. radiation.

УФ випромінювання є важливим фактором навколишнього середовища, який суттєво впливає на стан здоров'я . В області спектра від 200 до 400нм Уф випромінювання має найбільшу біологічну активність та може, в залежності від довжини хвилі, інтенсивності та тривалості, впливати на людину як шкідливо, так і корисно. За біологічно активною дією ця область поділяється на такі діапазони: А-діапазон (х2320нм), В-діапазон (280-7-«З20нм), С-діапазон (Х«28О0нм). Для зменшення фактора ризику, пов'язаного з впливом УФ випромінювання, необхідним є точне вимірювання та контроль інтенсивності та накопиченої дози Уф випромінювання у згаданих спектральних діапазонах.UV radiation is an important environmental factor that significantly affects health. In the range of the spectrum from 200 to 400 nm, UV radiation has the greatest biological activity and, depending on the wavelength, intensity and duration, can affect a person both harmfully and beneficially. According to the biologically active effect, this area is divided into the following ranges: A-range (x2320nm), B-range (280-7-320nm), C-range (X-28O0nm). To reduce the risk factor associated with exposure to UV radiation, it is necessary to accurately measure and control the intensity and accumulated dose of UV radiation in the mentioned spectral ranges.

Відомий персональний пристрій для вимірювання біологічно активного УФ випромінювання (патент СШАA well-known personal device for measuring biologically active UV radiation (US patent

Ме5497004, (50191/42, й0285/02, 1996) (1). Пристрій містить приймач ультрафіолетового випромінювання, що складається зі світлофільтра та фотодетектора, розсіювальний елемент, розміщений перед приймачем за ходом падіння ультрафіолетового випромінювання. Крім того, пристрій має розміщений перед розсіювальним елементом купол із кварцового скла. При цьому світлофільтр виконаний таким, що виділяє одночасно весь діапазон біологічно активного ультрафіолетового випромінювання. Фотодетектор виконаний з карбіду кремнію, а розсіювальний елемент виконаний з кварцового скла. Розсіювальний елемент дозволяє більш рівномірно розподілити УФ випромінювання, яке потрапляє на поверхню світлофільтра.Me5497004, (50191/42, y0285/02, 1996) (1). The device contains a receiver of ultraviolet radiation, consisting of a light filter and a photodetector, a scattering element placed in front of the receiver along the path of the fall of ultraviolet radiation. In addition, the device has a quartz glass dome placed in front of the scattering element. At the same time, the light filter is made in such a way that it simultaneously emits the entire range of biologically active ultraviolet radiation. The photodetector is made of silicon carbide, and the scattering element is made of quartz glass. The scattering element allows for a more uniform distribution of UV radiation that falls on the surface of the light filter.

Проте цей пристрій не дає можливості визначати внесок кожного з біологічно активних діапазонів УФ випромінювання, що обумовлює низьку достовірність та інформативність вимірюваних параметрів. Наявність купола та виконання його і розсіювального елемента з кварцового скла веде до викривлення реального спектра випромінювання, яке проходить крізь нього та падає на приймач. Відбувається це внаслідок дисперсії випромінювання та інших оптико-геометричних дефектів, пов'язаних із заломленням та відбиттям. Викривлення реального спектра також веде до зниження достовірності вимірювань та інформативності пристрою.However, this device does not provide an opportunity to determine the contribution of each of the biologically active ranges of UV radiation, which causes low reliability and informativeness of the measured parameters. The presence of the dome and the implementation of it and the dispersing element made of quartz glass leads to the distortion of the real spectrum of radiation that passes through it and falls on the receiver. This happens as a result of radiation dispersion and other optical-geometrical defects associated with refraction and reflection. Distortion of the real spectrum also leads to a decrease in the reliability of measurements and the informativeness of the device.

Крім того, фотодетектор із карбіду кремнію має нерівномірну чутливість в області біологічно активного УФ випромінювання, особливо у діапазонах А та С, що обумовлює низку достовірність вимірювань та інформативність пристрою. Похибка вимірювань фотодетектора з карбіду кремнію з часом, під впливом УФ випромінювання, зростає, що також веде до низької достовірності результатів вимірювань.In addition, the silicon carbide photodetector has uneven sensitivity in the area of biologically active UV radiation, especially in the A and C ranges, which causes low measurement reliability and informativeness of the device. The measurement error of the silicon carbide photodetector increases over time under the influence of UV radiation, which also leads to low reliability of the measurement results.

Відомий персональний пристрій для вимірювання біологічно активного ультрафіолетового випромінювання (патент України Ме55388, (5019/1000, (50191/42, 2003) |2)Ї. Пристрій містить приймач ультрафіолетового випромінювання, що складається зі світлофільтра, який виділяє кожний з діапазону біологічно активного ультрафіолетового випромінювання, та фотодетектора, у якому використаний твердий розчин складу 7пзеч1-хТех, де 0,002«х:0,05, а також вимірювально-індикаторий блок.A known personal device for measuring biologically active ultraviolet radiation (Ukrainian patent Me55388, (5019/1000, (50191/42, 2003) |2)І. The device contains an ultraviolet radiation receiver consisting of a light filter that emits each of the range of biologically active ultraviolet radiation, and a photodetector, which uses a solid solution of the composition 7pzech1-xTeh, where 0.002"x:0.05, as well as a measuring and indicating unit.

Завдяки виконанню світлофільтра, який виділяє кожний з діапазонів біологічно активного ультрафіолетового випромінювання, можливо визначати реальний внесок кожного з біологічно активних діапазонів до загального спектра УФ випромінювання і, отже, більш точно визначити характер та ступінь впливу УФ випромінювання на людський організм під час опромінення. Використання у фотодетекторі твердого розчину згаданого складу, що має високу чутливість в області біологічно активного УФ випромінювання, дозволяє вимірювати інтенсивність та накопичену дозу випромінювання з більш високою достовірністю. Інформативність такого пристрою буде досить високою.Thanks to the performance of a light filter that isolates each of the ranges of biologically active ultraviolet radiation, it is possible to determine the real contribution of each of the biologically active ranges to the total spectrum of UV radiation and, therefore, to more accurately determine the nature and extent of the impact of UV radiation on the human body during exposure. The use in the photodetector of a solid solution of the mentioned composition, which has a high sensitivity in the field of biologically active UV radiation, allows measuring the intensity and accumulated dose of radiation with higher reliability. The informativeness of such a device will be quite high.

Проте результати вимірювань за допомогою такого пристрою суттєво залежать від кута падіння УФ випромінювання на приймач. При змінені кута падіння внаслідок дисперсії викривляється інтенсивність та спектрHowever, the results of measurements using such a device significantly depend on the angle of incidence of UV radiation on the receiver. When the angle of incidence is changed due to dispersion, the intensity and spectrum are distorted

УФ випромінювання, яке попадає крізь світлофільтр на чутливу поверхню фотодетектора. Ця кутова залежність інтенсивності та спектра УФ випромінювання у рівній мірі має відношення як до прямого випромінювання, так і до випромінювання, відбитого від різних поверхонь. Це веде до того, що показання пристрою неадекватно відображають характер впливу УФ випромінювання на людину, тобто згадана залежність обмежує достовірності вимірювань та інформативність пристрою.UV radiation that falls through the light filter onto the sensitive surface of the photodetector. This angular dependence of the intensity and spectrum of UV radiation is equally relevant both to direct radiation and to radiation reflected from various surfaces. This leads to the fact that the readings of the device inadequately reflect the nature of the effect of UV radiation on a person, that is, the mentioned dependence limits the reliability of measurements and the informativeness of the device.

В основу корисної моделі поставлена задача створити такий персональний пристрій для вимірювання біологічно активного УФ випромінювання, який у порівнянні із пристроєм, обраним як прототип, дозволяв би підвищити достовірність вимірюваних результатів та інформативність пристрою.The basis of a useful model is the task of creating such a personal device for measuring biologically active UV radiation, which, in comparison with the device chosen as a prototype, would allow to increase the reliability of the measured results and the informativeness of the device.

Поставлена задача вирішується у персональному пристрої для вимірювання біологічно активного ультрафіолетового випромінювання, який містить приймач ультрафіолетового випромінювання, що складається зі світлофільтра, який виділяє кожний з діапазону біологічно активного ультрафіолетового випромінювання, та фотодетектора, у якому використаний твердий розчин складу 2п5еї-хТех, де 0,002«хе0,05, а також вимірювально- індикаторий блок, згідно з корисною моделлю, перед приймачем, за ходом падіння ультрафіолетового випромінювання, розміщений розсіювальний елемент. Для досягнення більш високого результату розсіювальний елемент виконаний з тефлону.The task is solved in a personal device for measuring biologically active ultraviolet radiation, which contains an ultraviolet radiation receiver, consisting of a light filter that emits each of the ranges of biologically active ultraviolet radiation, and a photodetector, which uses a solid solution of the composition 2p5ei-xTech, where 0.002" xe0.05, as well as a measuring and indicating unit, according to the useful model, a scattering element is placed in front of the receiver, following the course of the fall of ultraviolet radiation. To achieve a higher result, the scattering element is made of Teflon.

У такому пристрої завдяки розсіювальному елементу відбувається більш рівномірний розподіл УФ випромінювання, яке потрапляє на поверхню світлофільтра. Розсіювальний елемент дозволяє розсіювати не тільки світло безпосередньо від джерела УФ випрмінювання, яке попадає на нього під різними кутами, а й відбите від різних поверхонь світло. Не викривлений спектр УФ випромінювання потрапляє до світлофільтра, який виділяє кожний з діапазонів біологічно активного ультрафіолетового випромінювання, та визначає більш реальний внесок кожного з біологічно активних діапазонів до загального спектра УФ випромінювання, ніж у разі відсутності розсіювального елемента. Далі випромінювання кожного з діапазонів потрапляє на фотодетектор, у якому використаний твердий розчин складу 7п5еї-хТех, де 0,002-сх«0,05, що має високу чутливість в області біологічно активного УФ випромінювання та дозволяє вимірювати інтенсивність та накопичену дозу випромінювання кожного з діапазонів із більш високою достовірністю. Це дає можливість більш точно визначити характер та ступінь впливу УФ випромінювання на людський організм під час опромінення, що обумовлює високу інформативність пристрою.In such a device, thanks to the scattering element, there is a more uniform distribution of UV radiation that falls on the surface of the light filter. The scattering element allows scattering not only the light directly from the source of UV radiation, which falls on it at different angles, but also the light reflected from various surfaces. The undistorted spectrum of UV radiation enters the light filter, which isolates each of the ranges of biologically active ultraviolet radiation, and determines a more real contribution of each of the biologically active ranges to the total spectrum of UV radiation, than in the absence of a scattering element. Next, the radiation of each of the ranges falls on the photodetector, which uses a solid solution of the composition 7p5ei-xTeh, where 0.002-xx«0.05, which has high sensitivity in the area of biologically active UV radiation and allows measuring the intensity and accumulated radiation dose of each of the ranges with higher reliability. This makes it possible to more accurately determine the nature and extent of the impact of UV radiation on the human body during exposure, which determines the high informativeness of the device.

На кресленні (Фіг) зображена блок-схема запропонованого персонального пристрою для вимірювання біологічно активного УФ випромінювання.The drawing (Fig) shows a block diagram of the proposed personal device for measuring biologically active UV radiation.

Пристрій містить приймач УФ випромінювання, який складається із світлофільтра 1, виконаного з набору елементів 2, кожний з яких виділяє один з діапазонів (А, В або С) біологічно активного УФ випромінювання, та фото-детектора 3, у якому використаний твердий розчин складу, наприклад, 7пбеозвТеоог- Перед приймачем, за ходом падіння ультрафіолетового випромінювання, розміщений розсіювальний елемент 4, наприклад із тефлону.The device contains a UV radiation receiver, which consists of a light filter 1, made of a set of elements 2, each of which emits one of the ranges (A, B or C) of biologically active UV radiation, and a photo detector 3, in which a solid solution of the composition is used, for example, 7pbeozvTeoog- In front of the receiver, along the course of the fall of ultraviolet radiation, a scattering element 4, for example, made of Teflon, is placed.

Фотодетектор З підключений до вимірювально-індикаторного блоку, який включає послідовно з'єднані перетворювач 5 "струм-напруга", що виконаний на інтегральному операційному підсилювачі, підстроювальний елемент 6, аналого-дифровий перетворювач (АЦП) 7, мікропроцесор 8, рідинокриста-левий індикатор 9.The photodetector C is connected to the measuring and indicating unit, which includes a series-connected current-voltage converter 5, made on an integrated operational amplifier, an adjusting element 6, an analog-to-digital converter (ADC) 7, a microprocessor 8, a liquid crystal indicator 9.

Пристрій працює так.The device works like this.

УФ випромінювання крізь розсіювальний елемент 4, у якому відбувається рівномірний розподіл УФ випромінювання, і далі крізь елементи 2 світлофільтра потрапляє на фотодетектор 3, який перетворює оптичнеUV radiation passes through the dispersing element 4, in which the uniform distribution of UV radiation occurs, and further through the elements 2 of the light filter, it enters the photodetector 3, which converts the optical

УФ випромінювання відповідного діапазону (А, В, та С) в електричний струм, пропорційно інтенсивності (потужності дози) цього випромінювання. Струмів сигнал від фотодетектора З надходить до входу перетворювача 5. Далі напруга, пропорційно інтенсивності УФ випромінювання, подається крізь підстроювальний елемент 6 на вхід АЦП 7. З останнього створені імпульси подаються на вхід мікропроцесора 8, який оброблює сигнал та виводить інформацію щодо інтенсивності та накопиченої дози на рідинокри-сталевий індикатор 9, на якому відображаються результати вимірювань у відповідному діапазоні УФ випромінювання.UV radiation of the corresponding range (A, B, and C) into an electric current, proportional to the intensity (dose rate) of this radiation. The current signal from the photodetector C enters the input of the converter 5. Next, the voltage, proportional to the intensity of UV radiation, is fed through the adjusting element 6 to the input of the ADC 7. The generated pulses are fed from the latter to the input of the microprocessor 8, which processes the signal and outputs information about the intensity and the accumulated dose on the liquid crystal-steel indicator 9, which displays the results of measurements in the corresponding range of UV radiation.

Як показали дослідження залежності чутливості фотодетектора від кута падіння УФ випромінювання, у відомому пристрою (2| при зміненні кута падіння від 07" (відносно нормалі до поверхні детектора) до 4-45" чутливість змінюється у 5 разів, у той час як у запропонованому пристрою при такому ж зміненні кута падіння чутливість фотодетектора змінюється лише на 2095, що свідчить при високу достовірність вимірюваних результатів та інформативність пристрою у цілому.As shown by studies of the dependence of the sensitivity of the photodetector on the angle of incidence of UV radiation, in the known device (2| when the angle of incidence changes from 07" (relative to the normal to the surface of the detector) to 4-45"), the sensitivity changes by a factor of 5, while in the proposed device with the same change in the angle of incidence, the sensitivity of the photodetector changes by only 2095, which testifies to the high reliability of the measured results and the informativeness of the device as a whole.

Таким чином, запропонований персональний пристрій для вимірювання біологічно активного УФ випромінювання дозволяє вимірювати інтенсивність та накопичену дозу УФ випромінювання з більш високою достовірністю, що обумовлює більш високу інформативність, ніж пристрій, обраний як прототип. : | | У | І : Що жккякн Гн нняThus, the proposed personal device for measuring biologically active UV radiation allows measuring the intensity and accumulated dose of UV radiation with higher reliability, which leads to higher informativeness than the device chosen as a prototype. : | | In | I: What the hell is wrong

В ПЕ и Ел и и ни ВIn PE and El and and we V

І: : | і легеня 00 Меееееевя інки зрддджжжжиті пллжтютєєєєєєтийAnd: : | and lungs 00

Фіг.Fig.

Claims

1. A personal device for measuring biologically active ultraviolet radiation, which contains an ultraviolet radiation receiver, consisting of a light filter that emits each of the ranges of biologically active ultraviolet radiation, and a photodetector, which uses a solid solution of the composition 7pvbei1-xTech, where 0002 x x x 005, as well as a measuring and indicating unit, which differs in that a scattering element is placed in front of the receiver, following the course of the fall of ultraviolet radiation.

2. Personal device according to item I, which differs in that the scattering element is made of Teflon.