一种自适应宽量程高精度紫外光度计的制作方法

本发明涉及紫外光功率测量技术领域，具体来说是涉及一种自适应宽量程高精度紫外光度计。

背景技术：

紫外线是波长为100～400nm的电磁波。它又分为：近紫外线uva，远紫外线uvb和超短紫外线uvc。其中短波紫外线uvc在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收，不能达到地球表面。通常紫外灯管所产生的或检测仪器所检测的紫外线均为uva和uvb。

紫外光度计检测的原理是根据紫外线特定波长，选择特异性光敏元件制作接受元件，当受光器受到紫外线照射时，把光信号转变为电信号，通过放大传输，在紫外辐照计仪表上以电信号或数字信号显示出来。

与本发明专利最为接近的已有技术是由大连理工大学的姜绍君、何英昊、马彧同志于2013年在《仪表技术与传感器》期刊上发表的文章“基于紫外光电二极管的火焰检测器”，其技术方案包括紫外光电探测器1、电流转电压模块2、反相放大模块3、主控模块4和上位机5。该技术方案对信号仅做放大处理，量程范围窄，且在紫外光较微弱时，难以获得较高的分辨率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种能够大大提高检测的量程，同时可检测紫外光功率和参数的自适应宽量程高精度紫外光度计。

为了达到本发明的目的，技术方案如下：

一种自适应宽量程高精度紫外光度计，其特征在于，包括紫外光电探测器、信号调理模块、偏置调节模块、放大倍数调节模块、模数转换模块、主控制器模块和段码液晶屏，所述信号调理模块与紫外光电探测器连接，用以将紫外光电探测器传输的微弱电流信号转换为微弱电压信号并进行调节放大，所述信号调理模块的输出端通过模拟电压信号线将电压信号传输至模数转换模块进行采集，所述模数转换模块通过spi总线与主控制器模块连接，所述主控制器模块通过偏置控制线经偏置调节模块与信号调理模块连接，所述主控制器模块通过放大倍数控制线经放大倍数调节模块与信号调理模块连接，在所述段码液晶屏上显示经主控制模块对数据进行分析得出的紫外光功率和能量参数。

作为优选的技术方案，所述信号调理模块由电流转电压模块、放大模块、校准调节模块和第一低通滤波器构成，所述电流转电压模块的信号输入端与紫外光电探测器连接，用以将微弱电流信号转换为微弱电压信号，所述电流转电压模块的信号输出端将微弱电压信号依次传输至放大模块和校准调节模块进行放大和微调，处理后的电压信号进入第一低通滤波器，所述第一低通滤波器的输出端通过模拟电压信号线将电压信号传输至模数转换模块进行采集。

作为优选的技术方案，所述模数转换模块由基准电压源、第二低通滤波器和24位模数转换芯片构成，所述基准电压源通过第二低通滤波器与24位模数转换芯片连接，所述24位模数转换芯片一侧的信号采集端通过模拟电压信号线与信号调理模块连接，另一侧通过spi总线与主控制模块连接。

作为优选的技术方案，所述主控制器模块包括微处理器、以及与微处理器连接的晶振、复位电路、按键和模式指示灯，所述模数转换模块通过spi总线与微处理器连接，所述微处理器通过偏置控制线经偏置调节模块与信号调理模块连接，所述微处理器通过放大倍数控制线经放大倍数调节模块与信号调理模块连接，在所述段码液晶屏上显示经微处理器对数据进行分析得出的紫外光功率和能量参数。

作为优选的技术方案，所述偏置调节模块由依次连接的第一模拟量开关、第一电阻网络、和可调基准源构成，所述可调基准源与信号调理模块连接，所述第一模拟量开关的一侧连接偏置控制线。

作为优选的技术方案，所述放大倍数调节模块由第二电阻网络和第二模拟量开关构成，所述第二模拟量开关经第二电阻网络与信号调理模块连接，所述第二模拟量开关的一侧连接放大倍数控制线。

本发明的有益效果为：可拓展紫外光度计的量程范围，检测范围更广、精度更高，可同时检测紫外光功率和能量参数。

附图说明

图1为本发明一种自适应宽量程高精度紫外光度计的结构示意框图；

图2为图1中信号调理模块的结构示意框图；

图3为图1中模数转换模块的结构示意框图；

图4为图1中主控制器模块的结构示意框图；

图5为图1中偏置调节模块的结构示意框图；

图6为图1中放大倍数调节模块的结构示意框图。

图中：1-紫外光电控制器；2-电流转电压模块；6-信号调理模块；7-偏置调节模块；8-放大倍数调节模块；9-模数转换模块；10-主控制器模块；11-段码液晶屏；12-放大模块；13-校准调节模块；14-第一低通滤波器；15-模拟电压信号线；16-第一电阻网络；17-第一模拟量开关；18-放大倍数控制线；19-可调基准源；20-偏置控制线；21-基准电压源；22-24位模数转换芯片；23-第二低通滤波器；24-spi总线；25-晶振；26-复位电路；27-位处理器；28-按键；29-模式指示灯；30-第二电阻网络；31-第二模拟量开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特性能易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参看图1～6，一种自适应宽量程高精度紫外光度计，包括紫外光电探测器1、信号调理模块6、偏置调节模块7、放大倍数调节模块8、模数转换模块9、主控制器模块10和段码液晶屏11，信号调理模块6与紫外光电探测器1连接，用以将紫外光电探测器1传输的微弱电流信号转换为微弱电压信号并进行调节放大，信号调理模块6的输出端通过模拟电压信号线15将电压信号传输至模数转换模块9进行采集，模数转换模块9通过spi总线24与主控制器模块10连接，主控制器模块10通过偏置控制线20经偏置调节模块7与信号调理模块6连接，主控制器模块10通过放大倍数控制线18经放大倍数调节模块8与信号调理模块6连接，在段码液晶屏11上显示经主控制模块10对数据进行分析得出的紫外光功率和能量参数。

在本实施例中，信号调理模块6由电流转电压模块2、放大模块12、校准调节模块13和第一低通滤波器14构成，电流转电压模块2的信号输入端与紫外光电探测器1连接，用以将微弱电流信号转换为微弱电压信号，电流转电压模块2的信号输出端将微弱电压信号依次传输至放大模块12和校准调节模块13进行放大和微调，处理后的电压信号进入第一低通滤波器14，第一低通滤波器14的输出端通过模拟电压信号线15将电压信号传输至模数转换模块9进行采集。

在本实施例中，模数转换模块9由基准电压源21、第二低通滤波器23和24位模数转换芯片22构成，基准电压源21通过第二低通滤波器23与24位模数转换芯片22连接，24位模数转换芯片22一侧的信号采集端通过模拟电压信号线15与信号调理模块6连接，另一侧通过spi总线24与主控制模块10连接。

在本实施例中，主控制器模块10包括微处理器27、以及与微处理器27连接的晶振25、复位电路26、按键28和模式指示灯29，模数转换模块9通过spi总线24与微处理器27连接，微处理器27通过偏置控制线20经偏置调节模块7与信号调理模块6连接，微处理器27通过放大倍数控制线18经放大倍数调节模块8与信号调理模块6连接，在段码液晶屏11上显示经微处理器27对数据进行分析得出的紫外光功率和能量参数。

在本实施例中，偏置调节模块7由依次连接的第一模拟量开关17、第一电阻网络16、和可调基准源19构成，可调基准源19与信号调理模块6连接，第一模拟量开关17的一侧连接偏置控制线20。

在本实施例中，放大倍数调节模块8由第二电阻网络30和第二模拟量开关31构成，第二模拟量开关31经第二电阻网络30与信号调理模块6连接，第二模拟量开关31的一侧连接放大倍数控制线18。

本实施例的工作原理为：紫外光电探测器1输出的电流信号经过电流转电压模块2后转换为毫伏级的微弱电压信号，然后通过信号调理模块放大为0-3.3v的电压信号，由模数转换模块9将模拟信号转换为数字信号，微处理器27对数据进行分析得出紫外光的功率、能量等参数通过段码液晶屏11显示。

当紫外光功率较弱时，微处理器27通过放大倍数控制线18调整放大模块12的放大倍数，使得模拟电压信号尽可能接近3.3v。这样可使紫外光度计在较低紫外光强下也能有很高的分辨率，以此来拓展紫外光度计的最低量程范围。

当紫外光功率较强时，微处理器27通过偏置控制线20调节放大模块12的偏置电压，使模拟信号衰减，然后微处理器27计算时，会将偏置电压等效转换为紫外光功率与采集结果相加，得出实际紫外光功率值。有效拓宽了紫外光度计的最大量程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。