一、紫外辐射强度测量的意义

国际照明委员会( CIE)将太阳光谱中的紫外线（200nm-400nm）按照它的波长范围划分为近紫外线UV -A（320nm-400nm）、远紫外线UV -B（280nm-320nm）和超短紫外线UV -C(200nm-280nm)。到达地面的太阳紫外线中长波紫外线UV-A占的比例约在96%左右，适量的接收UV -A的照射对身体有益，可以促进维生素D的吸收，特别对儿童的佝偻病和成人的骨质疏松症有益，而且UV -A可以使皮肤变黑显得健康，这也是欧美人热衷于日光浴的原因。到达地面的UV -B比例约为3%左右，对皮肤的伤害主要表现在晒伤、发红，长期照射可能导致皮肤癌，也会导致眼睛罹患白内障及抑制免疫系统功能等方面的疾病。上述三个波段中的超短紫外线UV -C，能量最强，对皮肤的损害最大，但是由于臭氧层的存在，几乎都被吸收，所以目前对于太阳紫外辐射强度的测量主要集中于对UV -A和UV -B的测量。

基于紫外线对人类的益处和危害，展开紫外辐射强度的测量，根据测量结果及时趋利避害，国内外也开展了很多研究。但目前在本科专业开展紫外辐射强度测量的实验几乎空白，因此本文研究基于51单片机知识层面涉及传感技术、光学和电学的太阳紫外线实时测量系统的实验设计具有较强的现实意义。二、系统框图和硬件设计原理

系统的整体设计包含以下模块，分别为：紫外信号采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、微处理器模块和显示模块。系统的方框图如图1所示：

1．单片机处理模块。

本系统的核心部件一单片机选用常用的51单片机。在这里选择ATMEL公司的AT89S51单片机，此单片机是典型通用的51单片机，有4KB的Flash ROM，4个并行I/O，一个全双工的UART，与AT89C51相比增加了ISP在线编程的功能，方便了程序的调试。

2．紫外信号采集和放大模块。

需要测量的太阳紫外线辐射波长范围是280～400nm，包括太阳直射以及天空散射在内的2π球面度立体角范围内的太阳光谱辐射，在地面上测量到的太阳紫外辐射，其中太阳直射的部分只占很少，绝大部分是空气中大量的微小颗粒等散射、反射和折射形成的。本系统利用日本hamamatsu公司的紫外传感器G5842实现对紫外光的采集，它基于光电二极管的原理，只对波长为260nm-400nm的光波响应，这个范围基本包括了能到达地面的所有紫外线，价格相对合理，而且体积小。G5842不用电源直接供电，而是利用光电效应把紫外辐射转化为微小电流的形式输出。其光谱响应曲线如图2所示：

电流电压转换包含两级运放，首先第一级运放采用电流一电压转化器。把微小电流转化为电压，并且放大10万倍。二级运放是一个电压跟随器，用于隔离前后电路之间的相互影响，两极运放都采用TI公司的TLC271，TLC271是一款可编程，低功耗，而且兼有低漂移的输入失调电压和高输入阻抗的高性价比运放，并建有偏置选择功能和简单的外围电路。

3.A/D转换。

采用TI公司8位逐次逼近型串行A/D转换芯片TLC549进行模拟信号到数字信号的转换。该芯片有一个模拟输入端口，3态的数据串行输出接口可以方便的和微处理器或外围设备连接。TLC549是8位的A/D转换芯片，3-6V宽工作电压范围，最大转换时间为17 u s。TLC549仅仅使用输入／输出时钟(I/O CLOCK)和芯片选择(CS)输入作数据控制，节省系统资源。

三、软件设计

系统的软件设计包含数据采集、换算和显示三个部分。程序的流程图如图3，由于传感器输出的是电流信号，经过A/D转换后得到了放大的电压信号，不同的光照得到的是不同的电压值，因此各个电压值对应的光强是多少，必须通过专业的光强计来校准。本实验使用的是台湾泰纳公司生产的TN2340紫外光强计。

四、实验结果

利用本系统进行实地测量，与标准仪器(使用台湾TN2340)的结果进行对比，结果如表1所示：

由表中可以看出，此次测量本系统的误差最大为2.06%，最小为0.06%，可以比较准确的对太阳的紫外光强进行测量，较好的完成了本实验的任务。五、小结

由于化学污染导致臭氧量的不断减小，使得对于紫外线的研究成为了永恒的课题。因此对电子类和光电子类专业开展有关紫外线测量的实验具有较强的现实意义。本实验的知识涵盖了传感器、光学、模拟电子学、数字电子学、单片机原理等五大部分，是对学生所学习的理论知识的综合运用，对提高学生的动手能力以及理解理论知识和运用理论知识的能力都有很大帮助。通过实验数据，可以看出本系统能够实时的对紫外线进行测量，测量误差较小。

基金项目：华南农业大学理学院教改课题(LXJG0901)。

（作者单位：华南农业大学理学院应用物理系）