技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型紫外光能測量檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用電流轉(zhuǎn)頻率方式實(shí)現(xiàn)紫外光能檢測的超低功耗紫外光度計(jì)。

背景技術(shù)：

目前在印刷行業(yè)，光固化技術(shù)是一種較為先進(jìn)的新技術(shù)，光固化技術(shù)又主要以紫外線光固化（Ultra-violet）為主，簡稱UV固化，其余還有紅外光、可見光固化等。提高紫外線光固化效率經(jīng)常要使用到紫外光度計(jì)。紫外光固化印刷油墨作為UV固化材料中的一大組成部分，在包裝印刷行業(yè)和印刷電路行業(yè)中得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，已遍及膠印、凸印、凹印、網(wǎng)印及噴墨印刷等應(yīng)刷領(lǐng)域。

對UV固化來說：UV能量(mJ/cm²)= UV強(qiáng)度(mW/cm²)*曝光時(shí)間(s)；因此對UV強(qiáng)度和曝光時(shí)間的精確控制，就能夠精確控制UV能量。由于UV光源會(huì)隨著時(shí)間衰減，為了控制固化過程的UV能量一致，需要用紫外光度計(jì)監(jiān)控UV固化過程的UV能量值。

從紫外光度計(jì)的續(xù)航能力和成本角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一種采用電流轉(zhuǎn)頻率方式實(shí)現(xiàn)紫外光能檢測的超低功耗紫外光度計(jì)，可以同時(shí)對紫外光照度值和能量值進(jìn)行監(jiān)控。

與本實(shí)用新型專利最為接近的已有技術(shù)是由深圳市林上科技有限公司的刁雄輝同志于2013年申請并于2014年公開的專利“紫外能量計(jì)”，公告號(hào)為CN203587218U，其技術(shù)方案框架如圖1所示：包括紫外探測器26、溫度探測器27、信號(hào)放大電路1、A/D轉(zhuǎn)換模塊2、單片機(jī)3、存儲(chǔ)模塊4和液晶顯示器28。

該紫外采集裝置使用A/D轉(zhuǎn)換模塊，在功耗上難以降低，并且整個(gè)裝置使用的電路復(fù)雜度高，且芯片成本高，使得該裝置在電池供電情況下續(xù)航能力低，且性價(jià)比難以提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種超低功耗紫外光檢測裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超低功耗紫外光檢測裝置，包括傳感器模塊、電流轉(zhuǎn)頻率模塊、主控制器模塊和顯示模塊，所述傳感器模塊的輸出端連接電流轉(zhuǎn)頻率模塊的輸入端，所述電流轉(zhuǎn)頻率模塊的輸出端連接主控制器模塊的輸入端，所述主控制器模塊的輸出端連接顯示模塊；其中，

所述電流轉(zhuǎn)頻率模塊由模擬信號(hào)線、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、頻率信號(hào)輸出線和放電回路組成；

所述模擬信號(hào)線一端連接傳感器模塊的輸出端，另一端分別與施密特觸發(fā)器和放電回路的輸入端相連接；

所述施密特觸發(fā)器的輸出端與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端相連接，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)；

所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端連接頻率信號(hào)輸出線，用于傳輸頻率信號(hào)；

所述頻率信號(hào)輸出線分別連接主控制器模塊的輸入端和放電回路的開關(guān)控制端。

進(jìn)一步的，所述傳感器模塊由光電二極管、積分模塊、補(bǔ)償電阻和模擬信號(hào)線組成，所述光電二極管的輸出端與積分模塊的輸入端相連接，用于輸出模擬電壓信號(hào)，所述積分模塊的輸出端連接模擬信號(hào)線，用于傳輸模擬電壓信號(hào)給電流轉(zhuǎn)頻率模塊，所述積分模塊的補(bǔ)償端連接補(bǔ)償電阻的一端，所述補(bǔ)償電阻的另一端接信號(hào)地，用于補(bǔ)償積分模塊放電時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述主控制器模塊由頻率信號(hào)輸出線、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、低功耗MCU、程序燒錄口、顯示位選控制線和顯示段選控制線組成，所述頻率信號(hào)輸出線連接低功耗MCU的信號(hào)輸入端，所述顯示位選控制線和顯示段選控制線分別連接低功耗MCU的信號(hào)輸出端，所述復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和程序燒錄口分別連接低功耗MCU的輸入端。

進(jìn)一步的，所述顯示模塊由顯示位選控制線、顯示段選控制線、偏壓電路、位信號(hào)線、段信號(hào)線和段碼液晶屏組成，所述顯示位選控制線和顯示段選控制線分別與偏壓電路的輸入端相連接，所述偏壓電路的輸出端通過位信號(hào)線和段信號(hào)線連接段碼液晶屏，用于輸出偏壓控制信號(hào)給段碼液晶屏。

進(jìn)一步的，所述放電回路的放電端連接信號(hào)地。

本實(shí)用新型的有益效果是:

本實(shí)用新型提供了外部紫外光能量與數(shù)字量顯示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鏈，本實(shí)用新型裝置在功耗上有了十分明顯的改善，采用400mAh電池供電，其續(xù)航能力長達(dá)2年；使用電流轉(zhuǎn)頻率方式來采集電流輸出型傳感器輸出信號(hào)，相比電流轉(zhuǎn)電壓方式，大大減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度；由于無需使用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，降低了裝置的成本；誤差小于1%，滿足印刷機(jī)、曝光機(jī)等設(shè)備的要求。

附圖說明

圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3是圖2中傳感器模塊5的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖4是圖2中電流轉(zhuǎn)頻率模塊6的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖5是圖2中主控制器模塊7的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖6是圖2中顯示模塊8的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖中標(biāo)號(hào)說明：1、信號(hào)放大電路，2、A/D轉(zhuǎn)換模塊，3、單片機(jī)，4、存儲(chǔ)模塊，5、傳感器模塊，6、電流轉(zhuǎn)頻率模塊，7、主控制器模塊，8、顯示模塊，9、光電二極管，10、積分模塊，11、補(bǔ)償電阻，12、模擬信號(hào)線，13、施密特觸發(fā)器，14、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，15、頻率信號(hào)輸出線，16、放電回路，17、時(shí)鐘模塊，18、低功耗MCU，19、程序燒錄口，20、顯示位選控制線，21、顯示段選控制線，22、偏壓電路，23、位信號(hào)線，24、段信號(hào)線，25、段碼液晶屏，26、紫外探測器，27、溫度探測器，28、液晶顯示器，29、復(fù)位模塊。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

如圖2和圖4所示，一種超低功耗紫外光檢測裝置，包括傳感器模塊5、電流轉(zhuǎn)頻率模塊6、主控制器模塊7和顯示模塊8，所述傳感器模塊5的輸出端連接電流轉(zhuǎn)頻率模塊6的輸入端，所述電流轉(zhuǎn)頻率模塊6的輸出端連接主控制器模塊7的輸入端，所述主控制器模塊7的輸出端連接顯示模塊8；其中，

所述電流轉(zhuǎn)頻率模塊6由模擬信號(hào)線12、施密特觸發(fā)器13、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14、頻率信號(hào)輸出線15和放電回路16組成；

所述模擬信號(hào)線12一端連接傳感器模塊5的輸出端，另一端分別與施密特觸發(fā)器13和放電回路16的輸入端相連接；

所述施密特觸發(fā)器13的輸出端與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14的輸入端相連接，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)；

所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14的輸出端連接頻率信號(hào)輸出線15，用于傳輸頻率信號(hào)；

所述頻率信號(hào)輸出線15分別連接主控制器模塊7的輸入端和放電回路16的開關(guān)控制端。

如圖3所示，所述傳感器模塊5由光電二極管9、積分模塊10、補(bǔ)償電阻11和模擬信號(hào)線12組成，所述光電二極管9的輸出端與積分模塊10的輸入端相連接，用于輸出模擬電壓信號(hào)，所述積分模塊10的輸出端連接模擬信號(hào)線12，用于傳輸模擬電壓信號(hào)給電流轉(zhuǎn)頻率模塊6，所述積分模塊10的補(bǔ)償端連接補(bǔ)償電阻11的一端，所述補(bǔ)償電阻11的另一端接信號(hào)地，用于補(bǔ)償積分模塊10放電時(shí)間。

如圖5所示，所述主控制器模塊7由頻率信號(hào)輸出線15、復(fù)位模塊29、時(shí)鐘模塊17、低功耗MCU18、程序燒錄口19、顯示位選控制線20和顯示段選控制線21組成，所述頻率信號(hào)輸出線15連接低功耗MCU18的信號(hào)輸入端，所述顯示位選控制線20和顯示段選控制線21分別連接低功耗MCU18的信號(hào)輸出端，所述復(fù)位模塊29、時(shí)鐘模塊17和程序燒錄口19分別連接低功耗MCU18的輸入端。

如圖6所示，所述顯示模塊8由顯示位選控制線20、顯示段選控制線21、偏壓電路22、位信號(hào)線23、段信號(hào)線24和段碼液晶屏25組成，所述顯示位選控制線20和顯示段選控制線21分別與偏壓電路22的輸入端相連接，所述偏壓電路22的輸出端通過位信號(hào)線23和段信號(hào)線24連接段碼液晶屏25，在本實(shí)施例中，用于輸出1/3偏壓控制信號(hào)給段碼液晶屏25。

所述放電回路16的放電端連接信號(hào)地。

在本實(shí)施例中：

光電二極管9采用HSUVV-T10GD；

施密特觸發(fā)器13采用HCF4093；

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14采用CD4047；

放電回路16采用HEF4007；

低功耗MCU采用MSP430G2553；

段碼液晶屏采用GDC04520R。

本實(shí)用新型工作過程及原理

本實(shí)用新型中光電二極管9接收到紫外光后輸出與光強(qiáng)成正比的電流，通過積分模塊10將電流轉(zhuǎn)換為持續(xù)上升的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)達(dá)到閾值后施密特觸發(fā)器13輸出反轉(zhuǎn)，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14輸出固定時(shí)長的高電平觸發(fā)放電回路16，放完電后啟動(dòng)下一次采集，補(bǔ)償電阻11用于補(bǔ)償放電時(shí)間中的紫外光能量損失。

模擬電壓信號(hào)的上升至施密特觸發(fā)器13的閾值的時(shí)間與電流大小成正比關(guān)系，可以得到施密特觸發(fā)器13兩次信號(hào)反轉(zhuǎn)的時(shí)間與光電二極管9的電流大小成正比。具體分析如下：

由光電二極管9的特性可得：

（1），

由積分電路特性可得：

（2），

綜合式（1）和式（2）得出：

，

其中，P為紫外光強(qiáng)，C為積分模塊電容值，t為兩次脈沖間隔時(shí)間，E為紫外光能量，k為光電二極管9靈敏度，低功耗MCU18通過測量兩次脈沖間隔時(shí)間可以得到紫外光強(qiáng)，通過測量脈沖次數(shù)可以得到紫外光能量，然后利用1/4duty、1/3bias方式驅(qū)動(dòng)段碼液晶屏25顯示。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。