Датчик ультрафиолетового излучения
Полезная модель относится к дозиметрии УФ излучения используемой для защиты кожи. Технической задачей решаемой полезной модели является создание дифференциального датчика ультрафиолетового излучения, который позволяет уточнить измерения актиничной дозы. Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый датчик ультрафиолетового излучения содержит подложку 1 из кварцевого стекла, с нанесенной на нее пленкой диоксида титана 2, на которую, в свою очередь, нанесены пленочные встречно-штырьевые электроды 3, каждый последующий элемент отделен от предыдущего воздушным промежутком 4. Достигаемым техническим результатом является увеличение точности измерения актиничной дозы путем учета зависимости спектральной плотности потока излучения источника Ee (
) от длины волны.
Полезная модель относится к дозиметрии УФ излучения используемой для защиты кожи человека. Установлено, что в диапазоне длин волн от 320 до 400 нм (диапазон (UVC) основными биологическими воздействиями являются пигментационное и эритемное.
Для человека результирующий биологический эффект облучения естественным или искусственным УФ излучением определяется двумя параметрами: относительной эффективностью излучения S() и спектральной плотностью потока излучения источника Ee(). По этой причине, доза облучения, порождающая фотобиологическое воздействие (ультрафиолетовую эритему и пигментацию), может быть определена с помощью дозиметра личного пользования.
Согласно Техническому Отчету Международной Комиссии по Освещению (CIE) облучение может быть связано с результирующим биологическим эффектом мощностью актиничной дозы (плотностью потока излучения):
где относительная эффективность излучения S() порождает своеобразный биологический эффект в некоторой области длин волн и нормируется к единице для фиксированной длины волны.
В патенте RU2168716 описано устройство, изготовленное на пластине из фотолюминесцентного стекла Pb2 O5, легированного оксидами Tb 2O5 и Се2O 3. Данное изобретение относится к люминесцентному анализу и касается сенсора УФ излучения. Однако в этом устройстве измерение спектральной плотности потока излучения источника E e() в интервале от 280 до 400 нм выполняется интегрально, что приводит к искажению актиничной дозы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является датчик ультрафиолетового излучения, опубликованный в журнале J.Vac. Sci. Technol. A 2003, V.21, N.6, Р.1877-1882 (Wenjie Zhang, Ying Li, Shenglong Zhu, Fuhui Wang Fe-doped photocatalytic TiO 2 film prepared by pulsed dc reactive magnetron sputtering). Датчик выполнен в виде тонкой пленки диоксида титана TiO 2 легированной железом Fe нанесенной
на подложку из кварцевого стекла. Однако в нем спектральная плотность потока излучения источника Ее() также измеряется интегрально.
Технической задачей решаемой полезной модели является создание дифференциального датчика ультрафиолетового излучения, который позволяет уточнить измерения актиничной дозы.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый датчик ультрафиолетового излучения, также как и известный, содержит подложку из кварцевого стекла с нанесенной на нее пленкой диоксида титана TiO 2 легированной железом Fе, но, в отличие от известного, пленка выполнена в виде последовательно расположенных элементов, изолированных друг от друга воздушными промежутками, а содержание железа увеличивается от элемента к элементу на 0.2% в диапазоне от 0 до 2%, а на поверхности элементов нанесены пленочные встречно-штырьевые электроды.
Достигаемым техническим результатом является увеличение точности измерения актиничной дозы путем учета зависимости спектральной плотности потока излучения источника Е е() от длины волны УФ излучения в интервале от 320 до 400 нм. Датчик устроен таким образом, что длинноволновый край фоточувствительности каждого последующего элемента сдвинут относительно предыдущего в длинноволновую область на 8-10 нм, что достигается изменением его степени легирования на 0.2%. При попадании на датчик УФ излучения в соседних элементах, край фоточувствительности которых сдвинут на 10 нм, фототоки будут отличаться на величину, пропорциональную спектральной плотности источника излучения в этой области. Тогда определяя сигнал между всеми парами элементов можно измерить спектральную плотность потока излучения источника E e() в интервале от 320 до 400 нм с шагом 8-10 нм.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
Фиг.1 - графики относительной эффективности, иллюстрирующие спектральную плотность потока Солнца на поверхности океана и спектральную плотность потока Солнца измеренную интегрально (измеренную известным датчиком);
Фиг.2 - графики относительной эффективности, иллюстрирующие спектральную плотность потока Солнца на поверхности океана и спектральную плотность потока Солнца измеренную дифференциально (измеренную предлагаемым датчиком);
Фиг.3 - вид сверху конструкции предлагаемого датчика;
Фиг.4 - вид сбоку конструкции предлагаемого датчика.
На фиг.1 видно, что в коротковолновой части (320-340 нм) относительной эффективности спектральная плотность потока Солнца измеренная интегрально 2 превышает действительную спектральную плотность потока Солнца на поверхности океана 1, а длинноволновой части (340-400 нм) данные измерения наоборот занижены. Это искажение актиничной дозы приводит к ошибочному определению допустимого времени воздействия УФ излучения на человека.
На фиг.2 видно, что спектральная плотность потока Солнца измеренная дифференциально 2 более точно соответствует действительной спектральной плотности потока Солнца на поверхности океана 1.
Предлагаемый датчик ультрафиолетового излучения (фиг.3 и 4) содержит подложку 1 из кварцевого стекла, с нанесенной на нее пленкой 2 диоксида титана, на которую, в свою очередь, нанесены пленочные встречно-штырьевые электроды 3, каждый последующий элемент отделен от предыдущего воздушным промежутком 4, а содержание железа увеличивается от элемента к элементу на 0.2% в диапазоне от 0 до 2%.
Одним из возможных вариантов получения описанной структуры могут быть: получение пленки диоксида титана и ее легирование железом - методом реактивного распыления титановой мишени с закрепленными на ней пластинками железа. Концентрация примеси в полученной пленке будет пропорциональна отношению площадей поверхностей материалов; нанесение встречно-штырьевых электродов - методом вакуумного испарения; создание разделяющих воздушных промежутков - методом маскирования.
Таким образом, вышеописанная методика работы устройства показывает, что измерение спектральной плотности потока излучения источника Ee() проводится дифференциально, а не интегрально, что позволяет увеличить точность измерения актиничной дозы.
Датчик ультрафиолетового излучения, содержащий подложку из кварцевого стекла, на которую нанесена пленка диоксида титана легированная атомами железа, отличающийся тем, что пленка диоксида титана выполнена в виде последовательно расположенных элементов, изолированных друг от друга воздушным промежутком, а содержание железа увеличивается от элемента к элементу на 0,2% в диапазоне от 0 до 2%, а на поверхности элементов нанесены пленочные встречно-штырьевые электроды.
