В статье рассмотрены два прибора для работы с УФ излучением. Первый прибор предназначен для дезинфекции воды, а второй – для дистанционного мониторинга УФ индекса.
Водородный очиститель воды с УФ облучением
В последние время большую популярность приобрели водородный и ультрафиолетовый методы очистки воды. Эти методы обеззараживания не требует использования реагентов, поэтому не меняют химических свойств воды. Вода с водородом обладает ярко выраженными терапевтическими свойствами, которые подтверждены многочисленными научными исследованиями на человеке и животных. По поводу воды, обогащенной водородом, и по вопросам терапии молекулярным водородом и изучению влияния водородной воды на организм человека опубликовано более 1500 исследований по всему миру, включая Японию, Корею, Китай, Сербию, США, Мексику, Германию, Словакию. Сам по себе молекулярный водород (H2), или двухатомный водород, представляет собой газ без вкуса и запаха. Поэтому водородная вода, насыщенная таким водородом, также не имеет какого-либо запаха. Мало того, химически водород абсолютно инертен. То есть он не вступает в реакцию с другими химическими элементами, а если и вступает, то только при высокой температуре или при высоком давлении. Как доказали научные эксперименты, молекула водорода обладает высоким биохимическим потенциалом, то есть влиянием на биологические и биохимические процессы в нашем теле. Сегодня, судя по исследованиям, более 30% населения Японии и более 20% населения Южной Кореи регулярно употребляют водородную воду. Они употребляют как упакованную водородную воду, так и воду, обогащенную домашними генераторами водорода. Именно благодаря этим странам и началось триумфальное шествие и распространение водородной воды и водородной терапии по всему миру.
Для улучшения свойств водородной воды можно применить дополнительную её очистку, а именно, ультрафиолетовою очистку. Ультрафиолетовая очистка воды – это инновационный метод очистки с помощью ультрафиолетовых волн средней длины 250-270 нм. Принцип работы следующий: ультрафиолетовый облучатель излучает волны, которые проникают через толщу воды, разрушая бактерии, вирусы и патогенные микроорганизмы на уровне ДНК, при этом достигается очень высокое качество обеззараживания. Ультрафиолетовое излучение убивает до 99.9% вредных бактерий и микроорганизмов, в том числе, возбудителей холеры, гепатита, тифа и дизентерии.
Вниманию радиолюбителей предлагается установка очистки воды с применением «покупного» водородного генератора, например H2 SMART 3000, и самодельного УФ облучателя.
Примерная конструкция очистителя изображена на Рисунке 1. Конструкция может быть иной, например, вместо ящика можно использовать обычную кастрюлю или какую либо иную подходящую ёмкость или коробку, то есть всё зависит от фантазии автора.
 |
|
| Рисунок 1. | Примерная конструкция УФ очистителя воды. |
Схема управления УФ светодиодами изображена на Рисунке 2. Схема основана на УФ светодиодах UVCLEAN265FW-5 с рабочей волной излучения 265 нм, током стабилизации 180 мА и падением напряжения 6 В. Для стабилизации тока светодиодов используется токовое зеркало DD311 (DA1, DA2) со 100-кратным умножением входного тока управления. Для задания входного тока токового зеркала используется источники тока на диоднах 1N5304 (VD2, VD3) [1] с номинальным током стабилизации 1.8 мА. Соответственно, номинальный выходной ток токового зеркала составит 180 мА – значение, необходимое для корректной работы применяемых в устройстве УФ светодиодов. Для предотвращения вредного воздействия коротковолнового УФ излучения на глаза человека – конъюнктиву, роговицу, хрусталик и сетчатку используется простейшая автоматика для выключения излучателя при открытии крышки ящика. Хотя наиболее простой способ извлечения очищенной воды – это отключение питания УФ облучателя, но человек может об этом забыть, поэтому, всё-таки, лучше применить автоматическое отключение излучателя. Для этой цели выбран щелевой оптрон BPI-3C1-07-C (VU1). На крышке ящика прикреплён уголок (см. Рисунок 1), который при закрытой крышке ящика преграждает световой поток от светодиода оптрона к фототранзистору; соответственно, фототранзистор закрыт, и на входах управления EN (вывод 5) токовых зеркал DA1 и DA2 «присутствует» логическая единица с уровнем 15 В, вследствие чего токовый выход (вывод 2) открыт. При открытии крышки и, соответственно, удаления уголка, преграждающего световой поток, транзистор оптрона открывается. На входах EN токовых зеркал появляется логический ноль, который отключает выходной токовый вывод от светодиодов.
 |
|
| Рисунок 2. | Дистанционный мониторинг УФ индекса. |
В заключение следует отметить, что такой прибор для дезинфекции воды можно использовать и в других приложениях. Например, для дезинфекции продуктов в холодильнике. В этом случае отключение УФ облучателя происходит при открытии двери холодильника с помощью фототранзистора (можно использовать для этих целей и тривиальный оптрон), расположенного около лампочки подсветки, которая включается при открытии холодильника. Питание УФ облучателя производится также от этой лампочки, при этом плата сетевого адаптера помещается в корпус УФ излучателя. Также в УФ облучателе можно применять более мощные УФ светодиоды с током стабилизации до 1 ампера. Максимальный выходной ток токового зеркала DD311 составляет 1 ампер.
Дистанционный мониторинг УФ индекса
Как было сказано выше, интенсивное УФ излучение неблагоприятно влияет на глаза человека, но не только на глаза, оно также влияет и на кожу человека, и на иммунную систему. Умеренное количество ультрафиолета даже полезно, оно способствует выработке витамина D, который препятствует развитию рахита и остеопороза. Но избыточные дозы ультрафиолетового излучения могут привести к острым и хроническим заболеваниям кожи, глаз и иммунной системы. К наиболее тяжелым последствиям относятся онкологические заболевания кожи и катаракта. Следует также отметить, что избыточное облучение ультрафиолетом имеет свойство накапливаться, и последствия могут проявиться через годы или даже десятки лет. Поэтому весьма актуальным является контроль интенсивности УФ излучения.
Для оценки степени опасности УФ излучения международными организациями введено понятие УФ индекса (УФИ или UVI) [2]. УФ индекс – это показатель, характеризующий уровень ультрафиолетового излучения, который принимает значения от нуля и выше. При этом, чем больше значение УФИ, тем выше потенциальная опасность для кожи и глаз человека, и тем меньше времени требуется для причинения вреда здоровью. УФИ рассчитывается интегрированием спектра ультрафиолетового излучения солнца, умноженного на нормировочную кривую для эритемы (ожога кожи). Полученный интеграл делится на 25 мВт для создания удобной шкалы с диапазоном от 0 до 10 УФИ. УФ индекс показывает уровень ультрафиолетового излучения и возможную опасность воздействия солнца. Максимальное значение нормировочной кривой для эритемы принимается на длине волны 297 нм, а затем резко уменьшается по направлению к длинноволновой области спектра.
В Таблице 1 показаны значения УФ индекса, как безопасные, так и опасные для здоровья человека, с рекомендациями по мерам защиты.
| Таблица 1. | Различные значения УФ индекса и рекомендуемые меры защиты | ||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
Не всякий УФ фотодиод годится для измерения УФ индекса. Спектральный фотоотклик УФИ фотодиода должен как можно точнее воспроизводить нормировочную кривую для эритемы.
Кроме того, детектор должен быть нечувствительным к видимой части спектра, так как интенсивность видимого излучения солнца превышает интенсивность излучения солнца в области нормировочной кривой для эритемы в пять раз. Некоторые фирмы, например SGLUX, Roithner Lasertechnik и др. выпускают УФ фотодиоды, которые специально сконструированы для точных измерений УФ индекса. Они имеют чувствительность в видимой области на 10 порядков меньше, чем их чувствительность в области нормировочной кривой для эритемы. Другими словами, для этих фотодиодов видимый свет не является помехой при определении УФИ. Детектор, чувствительность которого в области нормировочной кривой для эритемы меньше чем на 6 порядков превышает его чувствительность в видимой области спектра, не годится для измерения УФИ, даже если его спектральная чувствительность полностью воспроизводит нормировочную кривую для эритемы.
Схема для дистанционного контроля УФИ изображена на Рисунке 3. В схеме измерителя УФ индекса применен фотодиод SG01XL-E5 фирмы SGLUX серии ERYCA, который специально сконструирован для точных измерений УФИ. Ошибка определения индекса составляет менее 3%. Этот фотодиод имеет чувствительность 8 нА/1 УФИ. Ток фотодиода задаёт токовое зеркало DA1 (ALD1107). Токовое зеркало, построенное на сборке идентичных по параметрам p-канальных MOSFET, усиливает ток УФ фотодиода в 3 раза, то есть, после усиления излучению в 1 УФИ будет соответствовать ток 24 нА. Падение напряжения на нагрузочном резисторе RL = R2 + R3 будет прямо пропорционально выходному току токового зеркала. Номинал резистора RL выбирается (по закону Ома) с учётом входного сопротивления ПНЧ AD654, которое составляет 250 МОм, так чтобы одному УФИ соответствовало падение напряжения 100 мВ на резисторе RL. Далее ПНЧ AD654 (DA4) преобразует это напряжение в частоту импульсов с коэффициентом преобразовании 100 мВ/кГц. Это значит, что одному УФИ будет соответствовать частота 1 кГц. Максимальное входное напряжение для ПНЧ AD654 определяется по формуле из технического описания микросхемы:
UВХ_MAX ≤ UПИТ – 4 В.
То есть, при 5-вольтовым питании ПНЧ (UПИТ = 5 В) максимальное входное напряжение составит 1 В, что позволит измерять уровень УФИ до значения 10. Этого вполне достаточно для определения очень высокого уровня УФ излучения.
 |
|
| Рисунок 3. | Схема управления УФ светодиодами. |
Коэффициент преобразования ПНЧ определяется номиналами элементов R4, C4. Расчёт номиналов этих элементов производится с помощью формулы:
Чтобы исключить настройку прибора, резисторы R2 – R4 и конденсатор С4 должны иметь допуск по номиналу не более 1%.
Для передачи информации об уровне УФ излучения используется радиоканал с частотой передачи 433.92 МГц. Для чего применяется радиопередающий модуль RT2-433 (DA6) компании Telecontrolli с резонатором на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и встроенной антенной.
В измерителе УФИ имеется дополнительный выход подключения встраиваемого милливольтметра для случая использования измерителя УФИ в «носимом» варианте. В этом случае передатчик из схемы можно исключить. Для согласования входа милливольтметра с высокоомным выходом токового зеркала DA1 применяется истоковый повторитель на сборке DA5 (ALD1116) идентичных по параметрам n-канальных MOSFET. Входное сопротивление транзисторов сборки составляет 1014 Ом, что позволяет использовать эти транзисторы в истоковых повторителях с большим входным сопротивлением.
Измеритель УФИ питается от двух пальчиковых батареек (GB1). Импульсный преобразователь DA3 повышает напряжение батареек до 5 В для обеспечения питанием прибора в целом. Супервизор RST529L (DA2) отслеживает разряд батареи до 2.3 В. Индикатор разряда батареи – светодиод HL1.
Следует отметить, что измеритель УФИ в «носимом» варианте можно использовать для тестирования УФ очков. Для этого вначале измеряется интенсивность внешнего УФ излучения, затем УФ фотодиод прикрывается линзами очков, и опять измеряется интенсивность УФ излучения через линзу очков. По разности показателей измерений можно судить об эффективности УФ очков.
Схема приёмной части дистанционного мониторинга УФИ изображена на Рисунке 4. В схеме применятся модуль приёмника RLP434A. Для измерения выходной частоты приёмника и, соответственно, УФИ используется аналоговый частотомер. Схема частотомера основана на ПНЧ LM331 (DA2), включённом по схеме обратного преобразования – частоты в напряжение. Выходное напряжение частотомера соответствует уровню УФИ. Нелинейность преобразования такого частотомера не превышает 0.06%. Для измерения выходного напряжения частотомера используется 3½ разрядный встраиваемый цифровой вольтметр SM3D-DV20 (PV1).
 |
|
| Рисунок 4. | Приёмник дистанционного измерителя УФИ. |
Питание приёмной части измерителя УФИ осуществляется от бесперебойного источника питания. В «штатном» режиме приёмник питается от сетевого адаптера 12 В. В случае отключения внешнего энергоснабжения питание осуществляется от 6-вольтовой батарейки GB1. Импульсный преобразователь LT1073-12 (DA3) повышает напряжение батареи до 12 В, которое используется для питания приёмника в целом. При отсутствии сетевого напряжения и, соответственно, «висящем в воздухе» затворе транзистора VT1 этот транзистор представляет собой короткозамкнутый контакт (исток и сток закорочены). В этом случае транзистор VT2 будет открыт, следовательно, питание приёмника будет осуществляться от батарейки.
При появлении сетевого напряжения транзистор VT1 «раскорачивается», а транзистор VT2 закрывается. Супервизор PST529C отслеживает разряд батарейки до 4.5 В. Индикатор разряда – светодиод HL1. Питание модуля приёмника 5 В обеспечивает параметрический стабилизатор VD1.
Купить AD654 на РадиоЛоцман.Цены
