人的五官是功用十分复杂、活络的“传感器”。可是人的五官感觉大多只能对外界的信息作“定性”感知,而不能作定量感知。而且有许多物理量人的五官是感觉不到的,例如对视觉可以感知可见光部分,关于频域愈加宽的非可见光谱则无法感觉得到,象红外线和紫外线光谱,人类却是“视若无睹”。凭借红外和紫外线传感器,便可感知到这些不可见光。
紫外线传感器又名紫外光敏管(简称紫外管),是一种运用光电子发射效应的光电管。其特点是只呼应 300nm 以下紫外辐射,具有高活络度、高输 出、高呼应速度等特性,而且抗搅扰才能强 、安稳牢靠 、寿数长 、耗电少,因而在现在的安全防护 、自动化操控方面有比较广泛的运用价值 。
跟着电子计算机的广泛运用,为计算机服务的各类传感技能遭到越来越多的注重。紫外线传感器能查看到人感官察觉不到的紫外线,又能防止日光 、 灯火和其它常见光源的搅扰,对火陷的发现和熄火维护 、特别场所的光电操控都是很有用的 。
现在国内外有运用价值的紫外管可以按阴极形状分为球形、丝形 、平板形结构,均为二极管的电极结构方式,其外壳的形状和资料品种是为运用要求 规划的,从作业状况上看,以电极形状分类进行剖析较适宜些。
这类管子的电极一般是由两根或多根对称的金属丝组成,这是紫外管前期 的一种结构方式,多用纯度高的钨丝或铂丝,间隔较近的平行线是作业区。
因为紫外管彻底赖电极外表的光电子发射效应,然后运用气体倍增取得较 强的信号,其光谱呼应规划取决于阴极资料的逸出功。
在光电子发射进程中,光子的波长越短能量越高,即便量很少也能激起电子战胜逸出功飞出阴极外表 。能量低的光子即便数量许多也不能激起出阴极外表的电子。在紫外管中对阴极资料外表纯度要求十分高,不然就会影响到光谱的规划而失掉运用价值,选用对称的丝状结构是为了工艺处理的便利,尽可能避 免其它物质对电极的污染 。
这类管子的特点是可以在沟通状况下作业,作业电流较大,运用线路简略,可以运用恰当的工艺处理去掉电极外表的杂 质,但视角活络度动摇比较大,作业区简单发生发射不均匀的现象。
为了充沛防止顶级效应,使光电子发射愈加安稳和均匀,需求把作业区域在 阴极上固定,因为紫外管是靠光电子发射和气体倍增来完结光信号转变成 电信号并加以扩展的,一般在电极较近的区域,光发射运用率最高,由此设 计出点式结构球形阴极的紫外管,其结构如图。
不管光子从哪个视点辐射到半球形的阴极上,放电区域总是在接近阳极的半球形极点上 。因为阴极有用面积小,所以管子的作业电流一般小于 0.3mA,但它的视角较宽而且视角活络度比较均匀,特别适合于火情预告 的场所,还可用聚集的办法进步活络度 。
在管内把阳极制成半球形反射面,如美国的耐 540°C 高温的紫外光敏管 。使接遭到的紫外辐射反射到中心的阴极,进步管子的活络度,因为远紫外辐射具有可见光相同的直线传播和反射的效应,如图 2b 聚集型 。
紫外管的活络度取决于阴极上接纳到远紫外辐射的光子的多少,阴极面积越大,接纳概率就越高,然后使阴极上有更多的电子逸出,在外加高压的 电场作用下被加快并与管内气体分子磕碰而使气体分子电离,电离后发生 的电子再与气体分子磕碰,这样循环的运动终究将使管内气体放电 。这种 雪崩式放电的时机取决于阴极上的光电子发射效应 。为了进步活络度,近年来又研发和开展了一种平板形阴极结构的紫外管。
紫外管是冷阴极放电二极管,它和光电管相同运用阴极的光电子发射效应。管内封入了特别气体,作为放电管作业前言。在只对紫外线活络的光 电阴极和阳极之间加电压时,紫外线透过玻壳照耀到阴极上,阴极就要发射 光电子 。
因为电场的作用,光电子被吸向阳极,但输出电流十分弱小 。假如升高外加电压,使电场变得很强,光电子遭到充沛的加快而与管内的气体分子发生磕碰使气体分子电离,气体电离发生的电子再与气体分子磕碰,最终总算引起放电现象,得以取得大的信号电流 。作业在直流电压场合,假如不构成特别的阻尼电路,放电就继续下去 。这些便是紫外管的首要工 作原理,下面就活络度 、视角 、光谱呼应规划 、噪声 、牢靠性几个首要参数进行叙说。
紫外管的活络度可以体现为输出脉冲和输出电压两种方式,不同的线路和丈量规范得出不同的数据 。一般需求确认的有:规范紫外辐射光源 、距 离 、 线路 、 丈量仪器四项。
在各种结构的紫外管中,平板形阴极的活络度最高,特别是远间隔勘探体现得最显着,球形阴极结构的噪声很低,因而仍能有用地差异较远处的紫外辐射。
为了进步活络度,也可以选用外表处理的铝式涂有氧化镁的金属做聚 焦镜,把涣散的光子聚集到阴极上,进步光发射几率 。也可以在探头正面用透紫资料凸透镜聚集 。
靠线路进步活络度会使噪声信号一起上升,因而有必要在出产工艺上尽量确保既要活络度高又要下降本底噪声 。用输出电压来差异管子的活络度常适用于熄火维护中的运用,一 般距一 烛光 20CM 处有 10~30 伏的输出,输出 电压的安稳可以使监控器作业更牢靠。紫外光敏管在运用进程中活络度的衰减很小,在寿数 1 万小时内很少会发现活络度大幅度下降的现象,因而在火情报警中有火不报的现象不会发生。
在较大空间的火情报警中视角活络度很重要,因电极形状的差异体现在不 同视点的活络度不同 。
在丝状阴极的直流作业状况下 ,(图 4a)笔直阴极的 30~60° 活络度最高,阐明该区域的电子在场强的作用下最简单逸出阴极外表。
因为充气压力和极间隔 离 pd 值小干放电所需求的最小阴极间隔,阴极和阳极最近处光发射反而削减 。沿电极平行方 向,角活络曲线呈对称改变 。
正对管子 0° 时最高,但只要最高活络度的 60%,假如管子作业在沟通状况,在另一个电极上会呈现相同的活络区,呈对称双叶图形 。丝状阴极的 视角活络度均匀性较塞对空间较大的紫外勘探有较强的视点不同 。
球状阳极在正面 160° 内有比较均匀的活络 度,当紫外源笔直阳极方向运动时,因为阳极对幅射的遮挡而呈现低谷区 。
在水平阳极方向滚动时,在 60° 时因为没有阳极的遮拦 而呈现顶峰区。正面 160° 圆锥面体现在 60% 以上的活络度。所以说球状阴极比较适合于较大 面积的火陷勘探 。
平板形阴极的视角活络度体现得均匀对称,基本上没有什么低谷区(图 4c)。这是因为阴极面积较大,精细的网状阳极在阴极上构成均匀的遮挡状况,在 160° 的视角规划内构成适当均匀的活络度曲线,很适合于大视角的火情监测。
紫外管可以体现为对日光不反响的“日光盲”状况,这对它在特别场所的 运用是十分必要的 。
一般阴极资料的逸出功决议光谱长波长截止端,管壳或窗口资料决议短波 长截止端 。如融熔石英为 165nm,透紫玻璃为 185nm, 但相同的电极资料和处理工艺并不能确保光谱波长截止端彻底相同,这是因为最终的阴极外表纯度不一致所构成的 。
在球状阴极中因为资料纯度高和防止了顶级效应,它的截止波长一般在 245nm 以内,阴极面积越小,其截止波长越简单操控,但面积太小会下降 活络度 。
平板阴极的光谱规划也可以操控在 245nm,但因为阴极面积大,活络度高,在长波长端的噪声水平也相应增大 。
用光规划宽的管子将地上太阳光和单色光进行比较,证明即便在夏日激烈 日光照耀下也没有发现低于 280nm 的辐射。
紫外管能将光信号转变成电信号,它自身也有本底和环境噪声 。因为宇 宙射线或管内已被激起的亚稳状况电子跃迁,多在频频的脉冲中发生假的计数,所以即便在彻底黑私自也会呈现少数噪声信号,仅仅时刻间隔较长。质量差的管子噪声信号将上升,有时会和信号相差不远而构成整机误报,有 些严峻的可体现为在可见光下自激而无法运用,因而紫外管有必要经过长时刻(几 百 小时)老化处理才干确保运用的安全牢靠 。
球状阴极因为阴极有用面积小而使本底得到按捺,加上光谱规划窄,所以管子的本底噪声很低,一般几个小 时才有一次 。平板阴极的噪声较高,约 每分钟 1 一 4 次,但因为它活络度特高,信噪比依然很大,弱小的紫外线和噪声能很显着区域分开来 。
管内充有氢气在放电中有净化电极的作用,在熄火维护的运用进程中,长时刻 地放电并没有进步多少噪声,能牢靠地运转 1 万小时。管子的不正确运用将扩展噪声而缩短运用寿数,因而对紫外传感器运用线路有严厉的要求 。一 般以阴极作业区辉光布满而均匀作业电流较小的尖脉冲为最佳状况,线路 中管子有必要有满意的平息时刻(一 般 为 5~10ms ) 以使管内气体有满意的消电离时刻,这一 般由运用线路中 R 一 C 阻尼电路决议 。大电流小辉光面会使阴极区部分发生污染,扩展噪声和运用寿数削减 。
紫外管是真空密封的,气压 、 温度 、 湿度等气候要素对它的运用影响较 小 。150~200°C 运用会使管子玻壳 、 引线上的有害物质因为热运动而蒸散到电极上去,使光谱规划有所扩展,但放电对电极的净化,使它仍能满 足火陷监控的要求,总寿数将有所下降 。激烈的振荡或许冲击也会对个 别紫外 管参数构成影响,这是因为在工艺处理中使阴极有害的物质从头回到阴极上,构成了光谱规划扩展 。紫外管中的工艺处理要求极为严厉,应尽量削减污染 。
紫外管可以较长时刻的寄存,经 8 年以上寄存的管子,参数只要少数的改变,仍不影响运用 。从结构上看,球状阴极的参数比较简单操控,因为它的放 电区域小而且安稳 。
紫外线nm 辐射的总称。依据波长的不同,一般把紫外线分为 A、B、C 三个波段,详细如下:UVA 为 400~315 nm,UVB 为 315~280 nm,UVC 为 280~100 nm。对应不同波长,详细运用有所不同。在 UVLED 商场运用中,UV-A 占有最大商场份额,高达 90%。其最首要的运用商场为固化,涉及到美甲、牙齿、油墨印刷等范畴。除此之外,UV-A 也导入商业照明,可以使白色衣物看起来更皎白。至于 UV-B 和 UV-C 则首要运用于灭菌、消毒,医学光照疗法等,其间 UV-B 以医疗为主、UV-C 则是灭菌消毒。此外,UV LED 从纸钞辨认,运用到光树脂硬化、捕虫、印刷,并朝灭菌、消毒等商场开展生物医疗、防伪判定、空气净化、数据存储及军事航空范畴,以特种照明为主。
UVA 波段的典型运用为紫外固化和 UV 喷墨打印,代表波长为 395nm、365nm,UV LED 光固化运用包含在显示屏、电子医疗、外表等职业的 UV 胶黏剂固化;建材、家具、家电、轿车等职业的 UV 涂料固化;印刷、包装等职业的 UV 油墨固化…… 其间,紫外 LED 饰面板职业已成为一大热门,最大的优势是可制作出零甲醛的环保板材,且节能 90%,产量大,耐硬币刮擦,归纳效益经济等长处。这标明 UV LED 固化商场是一个全方位和全周期的运用产品商场。
手机元件安装(相机镜头、听筒、话筒,外壳,液晶模组,触摸屏涂层等),硬盘磁头安装(金线固定,轴承,线圈,芯片粘接等),DVD / 数码相机(透镜,镜头粘接,电路板加固),马达及元件安装(导线,线圈固定,线圈结尾固定,PTC / NTC 元件粘接,维护变压器磁芯),半导体芯片(防湿润维护涂层,晶元掩膜,晶元污染查验,紫外胶带的曝光,晶元抛光查看),传感器出产(气体传感器,光电传感器,光纤传感器,光电编码器等)。
元件(电容,电感,各种插件,螺丝,芯片等)固定,防潮灌封和中心电路、芯片维护,抗氧化涂层维护,电路板保型(角)涂层,地线,飞线,线圈固定,波峰焊通孔掩膜。
紫外光固化树脂首要由低聚物、交联剂、稀释剂、光敏剂及其它特定助剂组成。它是用紫外光照耀高分子树脂,使之发生交联反响而瞬间固化。在 UV LED 紫外线光固化机的照耀下,紫外光固化树脂固化时刻底子不需求 10 秒那么长的时刻,基本上 1.2 秒就可以固化,比传统的 UV 汞灯火固化机在速度上快许多。一起热量方面也比 UV 汞灯的抱负。经过对紫外光固化树脂各成分的不同分配,可制得满意不同要求和用处的产品。现在,紫外光固化树脂首要用于木地板涂层、塑料涂层(如 PVC 装饰板)、光敏油墨(如塑料袋的印刷)、电子产品涂层(符号及电路板印刷)、印刷上光(如纸张、扑克牌上光)、金属零部件(如摩托车零部件)涂层、光纤涂层、光刻胶及精细零部件的涂层等
UVB 波段的一个重要运用则是皮肤病医治,即紫外光疗运用。科学家发现波长在 310nm 左右的紫外线对皮肤有激烈的黑斑效应,可以加快皮肤的推陈出新,进步皮肤的成长力,然后可以有用医治白癜风、玫瑰糠疹、多形性日光疹、缓慢光化性皮炎、光线性痒疹等光照性皮肤病,因而在医疗职业,紫外光疗现在得到了越来越多的运用。
比较于传统光源,UV-LED 的谱线纯洁,可以最大程度上确保医治作用。UVB 波段也可以运用于健康保健范畴,经过 UVB 波段的照耀可以引起人体机体的光化学和光电反响,使皮肤发生多种活性物质,现在被运用于调理高档神经功用、改进睡觉、下降血压等方面。
此外,已有研讨标明 UVB 波段可以加快某些叶类蔬菜(如红生菜)中多酚类物质的发生,这些多酚类物质被声称具有抗癌、抗癌分散和抗癌骤变等性质。
UV 胶水粘接使医疗器械的经济自动化安装更简单。现在,先进的 LED UV 光源体系,能几秒钟固化没有溶剂的紫外胶水,以及点胶体系,使医疗器械安装进程构成一致和重复性的粘接的一种有用和经济性的办法。
UV 光源的最优化和操控对制作牢靠的医疗器械十分重要。运用紫外固化胶水提供有许多优势,比方更低的能量需求,节约固化时刻和方位,进步出产率,更简单自动化。
UV 胶水一般用来粘接和密封医疗器械,这些医疗器械需求十分高的质量和最好的牢靠性。UV 胶水固化典型运用在医疗器械安装,比方需求粘接 1) 不同的资料 (或是机械特性不相同) 2) 资料不满意厚,不能运用焊接办法 3)预先出产子件。
UVC 波段的紫外线因为波长短,能量高,可以在短时刻内损坏微生物机体 (细菌、病毒、芽孢等病原体) 细胞中的 DNA (脱氧核糖核酸) 或 RNA (核糖核酸) 的分子结构,细胞无法再生,细菌病毒损失自我仿制的才能,因而 UVC 波段产品可以广泛运用于如水、空气等的灭菌消毒。
因为 UV-LED 具有体积小等长处,可以配套作为成套 UV(紫外线)灭菌设备的光源,适用于各式外形结构、各种原料的大批量产品流水化作业的包装前工艺;配套作为室内空气灭菌机的 UV(紫外线)光源:适用于家用、公共场所等室内空气灭菌消毒;运用于消毒柜、微波炉等各种家用电器。
现在商场上有的深紫外运用产品包含 LED 深紫外便携式消毒器、LED 深紫外牙刷灭菌器、深紫外 LED 隐形眼镜清洗灭菌器、空气类灭菌、洁清水类灭菌、食物以及物体外表灭菌类。跟着公民安全卫生认识的进步,这些产品的需求将大幅度进步,然后发明较大规划的商场。
紫外线火焰勘探器是紫外火焰勘探器的俗称。紫外火焰勘探器是经过勘探物质焚烧所发生的紫外线来勘探火灾的,除了紫外火焰勘探器之外,商场上还有红外火焰勘探器,也便是术语是线型光束感烟火灾勘探器。紫外火焰勘探器适用于火灾发生时易发生明火的场所,对发生火灾时有激烈的火焰辐射或无阴燃阶段的场所均可选用紫外火焰勘探器,火焰勘探紫外线传感器需求传感器自身耐高温且活络度高。
高压设备因为绝缘缺点会发生电弧放电,放电时会随同有很多的光辐射,其间含有丰厚的紫外光,经过检测电弧放电发生的紫外光辐射,可以判别高压电力设备的安全运转状况。紫外成像是一种有用的电弧放电检测办法,形象直观,而且具有杰出的检测定位才能,可是紫外光的信号比较弱小在检测上面还有一些难度。
紫外线辨认技能首要是运用荧光或紫外线传感器检测纸币的荧光印记防伪标志及纸币的哑光反响。此类辨认技能可以辨认大部分假币(如洗刷、漂白、张贴等纸币)。此技能开展最早,最为老练,运用最为遍及。它不仅在 ATM 机的存款辨认时用到,还在点钞机、验钞机等金融机具上用到。一般情况下运用荧光及紫光对纸币进行全方位的反射、透射检测。依据纸币与其它纸张对紫外线的不同吸收率和反射率进行辨别,辨其真伪。对有荧光印记的纸币还能进行定量的辨别。
跟着机电一体化新技能的开展,紫外线传感器的功能将会得到进一步的完善,其检测成果将会更准确,检测间隔将会更长,动态检测功能更好,因而,紫外线传感器的运用远景将会愈加宽广。