При мониторинге погоды обычно обращают внимание на такие важные факторы, как температура окружающей среды, атмосферное давление, скорость ветра, вероятность осадков. Но не менее важен уровень ультрафиолетового излучения. Как известно, его избыточные дозы могут привести к острым и хроническим заболеваниям кожи, глаз и иммунной системы. К наиболее тяжёлым последствиям относятся онкологические заболевания кожи и катаракта.
Следует иметь в виду, что переоблучение ультрафиолетом имеет свойство накапливаться: последствия могут проявиться через годы или даже десятки лет.
Для оценки степени опасности УФ-излучения введено понятие УФ-индекса (УФИ или UVI) - показателя, характеризующего уровень ультрафиолетового излучения, который принимает значения от нуля и выше. Чем больше УФИ, тем выше потенциальная опасность для кожи и глаз человека и тем меньше продолжительность облучения, причиняющая вред здоровью. УФИ рассчитывается интегрированием спектра ультрафиолетового излучения солнца, умноженного на нормировочную кривую для эритемы (ожога кожи). Значение этого интеграла делят на 25 мВт/м2 для создания удобной шкалы в интервале от 0 до 10 и более. Максимальное значение нормировочная кривая имеет при длине волны 297 нм, а затем оно резко уменьшается по направлению к длинноволновой части спектра.
УФИ - важное средство повышения осведомлённости населения о риске чрезмерно длительного пребывания в зоне ультрафиолетового облучения. Его повышенное значение предупреждает о необходимости применения солнцезащитных средств. В таблице указаны значения УФИ, при которых, согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) [1], требуются или не требуются меры защиты.
Таблица
УФИ | Уровень опасности | Меры защиты |
1 | Безопасно | Не требуются |
2 | ||
3 | Невысокий | В полуденные часы оставайтесь в тени. Носите одежду с рукавами и шляпу. Пользуйтесь солнцезащитным кремом |
4 | ||
5 | ||
6 | Высокий | |
7 | ||
8 | Очень высокий | Полуденные часы пережидайте внутри помещения. Вне помещения оставайтесь в тени. Обязательно носите одежду с длинными рукавами, шляпу, пользуйтесь солнцезащитным кремом |
9 | ||
10 | ||
>11 | Экстремальный |
Для измерения УФИ обычно используют фотодиодные датчики. Но не всякий фотодиод для этого годится. Спектральная характеристика фотодиода должна как можно точнее воспроизводить нормировочную кривую для эритемы. Кроме того, он должен быть нечувствительным к видимой части спектра излучения Солнца, поскольку её интенсивность во много раз больше, чем в области нормировочной кривой для эритемы. У специально сконструированных для измерения УФИ фотодиодов чувствительность к видимому свету ослаблена на несколько порядков. При измерении УФИ видимый свет для них не помеха.
В предлагаемом вниманию читателей измерителе УФИ использован один из таких фотодиодов GUVA-S12SD [2]. Он достаточно "слеп" к излучению видимого спектра, а в диапазоне длин волн 240...370 нм имеет чувствительность 26 нА на единицу УФИ, относительно недорог и распространён.
Схема предлагаемого измерителя УФИ изображена на рисунке. В отличие от рекомендованной изготовителем фотодиода работы в короткозамкнутом фотовольтаическом режиме, реализованной, например, в [3], здесь он работает в фотодиодном режиме при обратном напряжении около 5 В. Это возможно, поскольку чувствительность (отношение фототока к вызвавшей его интенсивности облучения) в этих режимах одинакова [4]. Линейность преобразования интенсивности облучения в фототок сохраняется при УФИ от 0 до 15.
Рис. Схема измерителя УФИ
"Токовое зеркало" с трёхкратным отражением тока, построенное на сборке идентичных по параметрам р-канальных полевых транзисторов ALD1107 (DA1), усиливает фототок в три раза. Падение напряжения на резисторе R1 прямо пропорционально значению УФИ. Для исключения необходимости подборки этого резистора он должен иметь предельное отклонение от номинала не более ±0,5 %. На резисторе указанного на схеме сопротивления падает напряжение 10 мВ на каждую единицу УФИ. Его измеряет встраиваемый цифровой милливольтметр PV1 с пределом измерения 199,9 мВ.
Для питания прибора использован блок, аналогичный тому, схема которого изображена в [5] на рис. 3. Благодаря этому прибор можно питать как от сети переменного тока, так и от гальванического элемента напряжением 1,5 В. Это позволяет пользоваться им как в стационарных, так и в полевых условиях.
Фотодиод GUVA-S12SD можно заменить более точным, но менее чувствительным фотодиодом SG01XL-E5 [6]. Сопротивление резистора R1 в этом случае нужно увеличить до 417 кОм.
Литература
1. UV Index. - URL: http://www.who.int/ uv/intersunprogramme/activities/uvjndex/ en/index.html (27.12.16).
2. GUVA-S12SD UV-B Sensor. - URL: https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/ 1918guva.pdf (27.12.16).
3. Hareendran T. K. GUVA-S12SD UV Sensor Module & Circuit. - URL: http://www. electroschematics.com/11509/guva-s12sd -uv-sensor-module-circuit/ (07.01.17).
4. Основные характеристики и параметры фотодиодов. - URL: http://megapredmet. ru/1 -72250.html (07.01.17).
5. Корнев А. Измерители концентрации угарного газа. - Радио, 2017, № 3, с. 36, 37.
6. SG01XL-E5 (ERYCA_science) high precision UV-Index photodiode. - URL: http:// www.scitec.uk.com/uvphotodiodes/datash eets/sg01xl-e5.pdf (11.01.17).
Автор: А. Корнев, г. Одесса, Украина