UV-Strahlung

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Ich habe ja im Thread https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,1631.0.html schon angekündigt, dass ich noch ein Vorschlag für ein leicht kalibrierbares Messgerätchen mit Arduino posten werde, mit dem man die Strahlungsleistung einer UV-C LED mit 275nm ganz brauchbar messen kann, weil es im Sommer bei klarem Himmel so grob neben einer amtlichen UV-Messstation einfach kalibrierbar ist. Die amtlichen Messstationen zeigen den UV-Index ist, welcher der Strahlungsleistung im erythemwirksamen (Sonnenbrand-wirksamen) UV-Spektrum entspricht, das vom UV-B bis in den UV-C Bereich reicht. Die Strahlungsleistung erhält man, wenn man den UV-Index mit 25mW/m^2 multipliziert.

Nun gibt es etliche Breakout-Boards für den Arduino und andere Mikrocontroller, die einen UV-Sensor enthalten. Viele nutzen die UVA-Photodiode GUVA-S12SD der koreanischen Firma Genuv. Dieser Sensor hat aber den Nachteil, dass er auch auf die UV-A Strahlung sensitiv ist, die vor allem im Sonnenlicht die dominierende Strahlungsleistung ausmacht. Will man nur den Anteil des Spektrums messen, der unterhalb von 320nm liegt, dann eignet sich die UVB-Photodiode GUVB-S11SD, die bis 240nm runter, also tief in den UV-C Bereich hinein noch empfindlich ist. Dabei zeigt die Empfindlichkeit bei 275nm, wo viele UV-C LEDs mit ihrer Peak-Wellenlänge liegen, nur einen wenig geringeren Wert als bei dem Teil der spektralen Empfindlichkeit, die im UV-B Bereich liegt. Man kann, da das Gehäuse dasselbe ist, daher die UVA-Photodiode GUVA-S12SD gegen die GUVB-S11SD einfach austauschen.

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Allerdings liefert die GUVB-S11SD Diode deutlich weniger Photostrom. Man muss daher auch die Verstärkung auf dem Breakout-Board durch eine Umbestückung ändern. Unter den Breakout Boards habe ich mich für das von Seeedstudio entschieden, welches unter der Bezeichnung ,,Grove - GUVA-S12D UV Sensor, Version V1.1" vertrieben wird. Es ist von vielen Lieferanden erhältlich, kostet weniger als 15Euro und kann mit noch erträglichem Aufwand umbestückt werden, da es nicht allzu eng aufgebaut ist. Die GUVB-S11SD Diode bekommt man derzeit bei Digikey für 4.67Euro.

Die Verstärkerschaltung der neueren Version V1.1 ist von einer klassischen Transimpedanz-Verstärkerschaltung (TIA) abgeleitet, die den 2-fach CMOS OP OPA2333 von Texas Instruments verwendet. Im Rückkopplungszweig hat man einen 1MOhm Widerstand was eine Wandlung von 1nA auf 1mV macht. Dann geht aber die Rückkopplung zusätzlich noch über einen Spannungsteiler aus 3.3kOhm zu 1kOhm vom Ausgang ab, so dass die Verstärkung noch einmal um den Faktor 4 steigt. Im Original-Breakout ist der zweite OP im Gehäuse als reiner Bufferverstärker mit Verstärkung 1 ausgelegt, d.h. R6 ist nicht bestückt und R5 ist mit 0 Ohm bestückt.  Das reicht für die UV-A Photodiode, die bei einem UV-Index von 10 etwa 300nA Photostrom liefert. Für die UV-B Diode reicht die Verstärkung jedoch nicht aus, um beim gleichen UV-Index dieselbe Ausgangsspannung zu erreichen. Daher bietet es sich an R5 und R6 so zu ändern, dass bei gleichem UV-Index in etwa dieselbe Ausgangsspannung erreicht wird. Für R6 von 1kOhm ergibt das in etwa eine R5 von 18kOhm. Es zeigt sich dann auch, dass man so bei direkter Bestrahlung mit einer Oslon UV3636 UV-C Led mit 275nm Wellenlänge und ca. 15mW Strahlungsleistung in etwa 3cm Entfernung den Vollausschlag von knapp 5V am Ausgang erreicht. Der OP ist am Gehäuse noch mit 100nF geblockt und der Feedbackwiderstand von 1Meg ist mit einem 100nF überbrückt, was dem Frequenzgang einen extremen Tiefpasscharakter gibt, so dass eine Verstärkung des Signals praktisch nur für DC-Signale möglich ist. Damit wird das höherfrequente Rauschen massiv unterdrückt. R4 ist hier nicht aufgeführt, Dieser Widerstand bleibt auf dem Board unbestückt.
   
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Die Bauteil-Indizes sind hier so gewählt wie auf dem Grove Breakout Board, so dass man sich beim Umbestücken auch daran orientieren kann.

Hier ist nun ein Foto des Grove Breakout Board am Arduino gezeigt, man sieht nach der Umbestückung kaum einen Unterschied zum Original. Neben dem Anschluss von Vcc und Gnd muss noch das gelbe Kabel welches als ,,Sig" bezeichnet wird an einen Analog Eingang angeschlossen werden (hier A0). Das weiße Kabel des mit dem Breakout Board mitgelieferten Kabels ist unbelegt, es ist nur aus mechanischen Gründen im Nachbarpin A1 eingesteckt und hat keine Bedeutung. Zum Auslesen des Sensors kann die Funktion analogRead(A0) verwendet werden. Am Besten man orientiert sich an den mitgelieferten Beispielen des Arduino unter ,,01.Basics", da gibt es das Beispiel ReadAnalogVoltage, das man direkt zum Auslesen verwenden kann. 

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[Flipflop]

https://m.youtube.com/shorts/OH8sRogVc_0

https://www.codecheck.info/news/Was-Sonneneinstrahlung-mit-dir-macht-siehst-du-hier-131198

 

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Ja, das Bild des Truckers ging um die Welt. Aber man muss sagen, er hat vermutlich vor allem nur UV-A abbekommen - glücklicherweise - vermutlich war die Fensterscheibe als UV-B Filter meistens dazwischen. Der UV-A Strahlung wird die Zerstörung der Collagen Fasern zugeschrieben und damit erreicht man eine schnelle Hautalterung. Das ist ja auch der Haupt-Nebeneffekt in den Solarien.

Die UV-A Bräunung ist dagegen von kürzerer Dauer als die von UV-B. Daher könnte das Video eher einen UV-B Effekt zeigen mit viel langanhaltender Pigmentbildung. Das UV-B ist dann aber eher das mit den arg bösen Effekten in der Epidermis, also DNA-Schäden und dadurch Melanombildung usw. Zu den UV-B Effekten gibts daher auch jede Menge krassere Schockerbilder im Internet. Allerdings denke ich die ganz harten Schockerbilder sind deswegen nicht so gut, weil sie dann keiner mehr anschauen will. Von daher ist das Truckerbild schon ziemlich cool! 

[Flipflop]

Burdick UV-Lampe patentiert von Peter Cooper Hewitt

Habe mir nicht alles auf dem Kanal angesehen, hat auch solche Videos mit Röntgenstrahlen. Manche sind interessant aber der Strahlenschutz ist sicher nicht zeitgemäss.

https://m.youtube.com/watch?v=hkYfN7Iv3UI