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Title:
DEVICE FOR MEASURING ULTRAVIOLET RADIATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/059551
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for measuring ultraviolet rays, comprising a housing (12, 13, 14) wherein a sensor (3) is arranged and is connected to an upstream filter. Said filter is permeable to ultraviolet radiation and is impermeable for radiation having a different wavelength. The sensor (3) is, therefore, only impinged upon by ultraviolet radiation which is to be measured. The sensor (3) converts the radiant intensity of the ultraviolet rays into electric energy. The device comprises a dome (1) which is transparent with respect to radiation and a diffuser (2) which is arranged downstream from the dome (1). The sensor (3) is disposed behind the diffuser and comprises an active area of approximately 0.005 mm?2¿ - approximately 0.3 mm?2¿, preferably of approximately 0.01 mm?2¿ - approximately 0.055 mm?2¿.

Inventors:
HAAS THOMAS R (DE)
KONRAD DANIEL (CH)
Application Number:
PCT/CH2002/000022
Publication Date:
August 01, 2002
Filing Date:
January 15, 2002
Export Citation:
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Assignee:
B SYS GMBH (CH)
HAAS THOMAS R (DE)
KONRAD DANIEL (CH)
International Classes:
G01J1/04; G01J1/42; (IPC1-7): G01J1/42; G01J1/04
Foreign References:
US5497004A1996-03-05
US5117744A1992-06-02
US5107123A1992-04-21
US5331168A1994-07-19
DE19509576C11996-10-02
DE4413421C11995-09-14
Attorney, Agent or Firm:
A. BRAUN BRAUN HÉRITIER ESCHMANN AG (Basel, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Messung von ultravioletter Strahlung, mit einem Gehäuse (12,13,14), in welchem ein Sensor (3) angeordnet ist, dem ein Filter vorgeschaltet ist, welches für die ultraviolette Strahlung durchlässig und für Strahlung einer anderen Wellenlänge undurchlässig ist, sodass der Sensor (3) nur von der zu messenden ultravioletten Strahlung beaufschlagt wird und die Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlung in einen elektrischen Strom wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine für die Strahlung transparente Kuppel (1) sowie einen der Kuppel (1) nachgeordneten Diffusor (2) aufweist, hinter welchem der Sensor (3) angeordnet ist, der eine aktive Fläche im Bereich von etwa 0.005 mm2 bis etwa 0.3 mm2 aufweist, vorzugsweise im Bereich von etwa 0.01 mm2 bis etwa 0.055 mm2.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dem Sensor (3) nachgeschalteten StromSpannungs Wandler (OpAmpl, R5, R6, R7, R8) mit abgeschirmten Eingängen und einen diesem StromSpannungsWandler nachgeschalteten Verstärker (OpAmp2, R12, Ri3, R14, C5, C6, C7) aufweist, wobei einerseits der Ausgang des StromSpannungsWandlers und andererseits eine Spannungsquelle (Uadj, Rg, R10, Rll) mit dem Eingang des Verstärkers verbunden ist, und wobei die von dieser Spannungsquelle dem Eingang des Verstärkers eingeprägte Gleichspannung wesentlich grösser ist als die OffsetSpannung des Verstärkers und auch wesentlich grösser als die Amplitude eines mittelwertfreien Wechselsignals, z. B. Rauschen, welches am Eingang des Verstärkers dem Ausgangssignal des StromSpannungsWandlers überlagert wird, und dass dem Verstärker ein AnalogDigitalWandler (IC1) nachgeschaltet ist, welcher das Ausgangssignal des Verstärkers innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums mehrfach abtastet und aus den Abtastwerten einen Mittelwert bildet als repräsentative Grösse für die gemessene Intensität der ultravioletten Strahlung.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Kuppel (1) ausser dem Sensor (3), der die Intensität der Strahlung in einen elektrischen Strom wandelt, zusätzlich noch mindestens drei Ortungs Sensoren vorgesehen sind, die in Bezug auf eine senkrecht zur Fläche des Sensors stehende Achse (N) in unterschiedlichen azimutalen Positionen angeordnet sind derart, dass die aktiven Flächen der OrtungsSensoren in Richtung auf die Kuppel (1) zuweisen und einen spitzen Elevationswinkel mit dieser Achse (N) einschliessen, sodass mit Hilfe dieser mindestens drei Ortungssensoren der Elevationswinkel der einfallenden Strahlung bestimmt werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (IC1) vorgesehen sind zum Gewichten des Mittelwerts, der die repräsentative Grösse für die Intensität der Strahlung darstellt, wobei die Mittel zum Gewichten des Mittelwerts den Mittelwert in Abhängigkeit des ermittelten Elevationswinkels gewichten.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (RT) aufweist zur Messung der Temperatur des Gehäuseinnenraums und zur Wandlung der gemessenen Temperatur in eine für die Temperatur repräsentative elektrische Grösse.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kommunikationseinheit (42,42a) umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit als separate Einheit (42a) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Grossflächenanzeige (43a) umfasst, auf welcher die Strahlungsintensität und/oder die Temperatur angezeigt werden, und/oder die pro Zeiteinheit zu erwartende Strahlungsdosis und/oder die Uhrzeit.
Description:
Vorrichtung zur Messung von ultravioletter Strahlung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von ultravioletter Strahlung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Vorrichtungen zur Messung von ultravioletter Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, sind seit einiger Zeit bekannt. Eine derartige Vorrichtung ist vom Prinzip her beispielsweise in der US-A-5,946,641 beschrieben, wo es aber vornehmlich um die Signalverarbeitung geht. Bei der dort offenbarten Vorrichtung wird ein"quasi-intelligenter" Sensorkopf mit einer Basiseinheit verbunden. Der Sensorkopf weist einen Speicher auf, in welchem spezifische Informationen über den jeweiligen Sensorkopf enthalten sind sowie Gerätetreiber und Auswertealgorithmen, welche beim Einsetzen des Sensorkopfs in den Speicher der Basiseinheit geladen werden. Somit ist es möglich, mit ein-und derselben Basiseinheit verschiedene Sensorköpfe zu betreiben, ohne dass die"Treiber"und Auswertealgorithmen für eine Reihe von verschiedenen Sensorköpfen in der Basiseinheit gespeichert werden müssen, wodurch auch neu entwickelte Sensorköpfe, die zum Zeitpunkt der Entwicklung der Basiseinheit noch nicht existiert haben, mit der"alten" Basiseinheit verwendet werden können.

Eine weitere Vorrichtung zur Messung ultravioletter Strahlung ist aus der US-A-4,485,306 bekannt. Auch dort steht nicht der konstruktive Aufbau der Vorrichtung, sondern die Signalverarbeitung im Vordergrund. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung erfolgt eine Verstärkung der Signale, wobei die Verstärkung abhängig ist von der Intensität des ultravioletten Anteils der Sonnenstrahlung und damit abhängig von der Grösse des entsprechenden

elektrischen Signals, das von einem Photosensor durch diese Intensität erzeugt wird. So werden niedrige Intensitäten und dementsprechend kleine elektrische Signale stärker verstärkt als hohe Intensitäten und dementsprechend grosse elektrische Signale (sogenannter"spread-out-amplifier"). Die verschieden verstärkten Signale werden von einem Fensterkomparator in bestimmte Stufen eingeteilt, für die dann beispielsweise ein maximaler Zeitraum für eine Exposition der Haut im Sonnenlicht empfohlen wird.

Die bei den bekannten Vorrichtungen verwendeten Sensoren haben eine vergleichsweise grosse aktive Fläche, typischerweise deutlich grösser als 1 mm2. Das liegt daran, dass Sensoren mit kleineren aktiven Flächen besonders kritisch für solche Anwendungen sind, weil das von Ihnen erzeugte Ausgangssignal (typischerweise ein elektrischer Strom) so klein ist, dass man es mit herkömmlichen Methoden aufgrund von Störpotentialen nicht weiterverarbeiten kann.

Deshalb hat man bisher auf Sensoren mit vergleichsweise grossen aktiven Flächen zurückgegriffen, weil man mit ihnen Signale erhält, die mit herkömmlichen Signalverarbeitungsmethoden weiterverarbeitet werden können.

Allerdings sind dadurch die Vorrichtungen von der Kostenseite her erheblich aufwendiger.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine weniger aufwendige Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die aber trotzdem präzise Messungen der Strahlungsintensität im Bereich der ultravioletten Strahlung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs charakterisiert ist. Besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Insbesondere weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine für die Strahlung transparente Kuppel sowie einen der Kuppel nachgeordneten Diffusor auf, hinter welchem der Sensor angeordnet ist. Die Kuppel hat den Vorteil, dass durch die Kuppel das Licht aus allen Richtungen mehr oder weniger senkrecht durchtreten und den Sensor beaufschlagen kann, sodass es allenfalls zu wenigen Reflexionen an der Oberfläche kommt, im Unterschied zu den häufig eingesetzten ebenen transparenten Schutzflächen vor dem Sensor. Der Sensor weist eine aktive Fläche im Bereich von etwa 0.005 mm2 bis etwa 0.3 mm2 auf, vorzugsweise im Bereich von etwa 0.01 mm2 bis etwa 0.055 mm2. Es werden also Sensoren verwendet mit einer sehr kleinen aktiven Fläche, die bis anhin aufgrund ihres dementsprechend kleinen elektrischen Ausgangssignals (typischerweise ein Strom) nicht eingesetzt worden sind, wie oben bereits erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung weist ferner einen dem Sensor nachgeschalteten Strom- Spannungs-Wandler mit (potentialmässig) abgeschirmten Eingängen und einen diesem Strom-Spannungs-Wandler nachgeschalteten Verstärker auf. Die Abschirmung verhindert das Auftreten von Störpotentialen im Bereich des Eingangs des Strom-Spannungs-Wandlers, sodass das ohnehin kleine elektrische Ausgangssignal (hier : der Strom) des Sensors- typischerweise eine Photodiode, z. B. aus Siliziumkarbid- nicht durch Störpotentiale bzw. Störströme (die beispielsweise durch das Material der Platine fliessen können) verfälscht wird.

Der Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers einerseits und eine externe Spannungsquelle andererseits sind mit dem Eingang des Verstärkers verbunden. Die von dieser externen Spannungsquelle dem Eingang des Verstärkers eingeprägte Gleichspannung ist wesentlich grösser als die Offset-

Spannung des Verstärkers, aber natürlich nicht so gross, dass sie den Verstärkerausgang in die Sättigung treibt (sonst wäre ja keine Messung mehr möglich). Sie ist aber so gross, dass die Offset-Spannung des Verstärkers den Verstärker nicht in einen inakzeptablen Betriebszustand bringen kann. Die von der Spannungsquelle eingeprägte Gleichspannung ist auch wesentlich grösser als die Amplitude eines mittelwertfreien Wechselsignals, z. B. Rauschen, welches am Eingang des Verstärkers dem Ausgangssignal des Strom-Spannungs-Wandlers überlagert wird. Die Funktion des mittelwertfreien Wechselsignals wird weiter unten noch erläutert werden. Man kann sich aber vorstellen, dass durch die Überlagerung des Wechselsignals am Eingang das Ausgangssignal des Verstärkers zu bestimmten Zeitpunkten grösser ist als das verstärkte Ausgangssignal des Strom- Spannungs-Wandlers und zu anderen Zeitpunkten kleiner ist als dieses.

Dem Verstärker ist ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet, welcher das Ausgangssignal des Verstärkers innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums mehrfach abtastet und aus den Abtastwerten einen Mittelwert bildet als repräsentative Grösse für die gemessene Intensität der ultravioletten Strahlung.

Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, Sensoren mit einer sehr kleinen aktiven Fläche zu verwenden, die bis anhin nicht verwendet werden konnten, weil ihr Ausgangssignal (z. B. Photostrom) zu klein war, um es mit konventionellen Signalverarbeitungsmethoden weiter zu verarbeiten.

Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung sind hinter der Kuppel ausser dem Sensor, der die Intensität der UV-Strahlung in einen elektrischen Strom wandelt, zusätzlich noch mindestens drei Ortungs-Sensoren

vorgesehen. Diese Ortungs-Sensoren sind in Bezug auf eine senkrecht zur Fläche des (UV-Intensitäts-) Sensors stehende Achse (Normale) in unterschiedlichen azimutalen Positionen angeordnet, und zwar derart, dass die aktiven Flächen der Ortungs-Sensoren in Richtung auf die Kuppel zuweisen und einen spitzen Elevationswinkel mit der Achse einschliessen.

Mit Hilfe dieser mindestens drei Ortungs-Sensoren kann der Elevationswinkel der einfallenden Strahlung bestimmt werden, etwas salopper gesprochen, kann man damit die (Einfalls-) Richtung des Lichts bestimmen, was sonst nicht möglich wäre, weil der hinter dem Diffusor angeordnete Sensor einen Strom erzeugt, welcher der summarischen Intensität des gesamten Lichts hinter dem Diffusor entspricht. Der Sensor kann aber nicht feststellen, aus welcher Richtung das Licht kommt. Mit Hilfe der mindestens drei Ortungs-Sensoren ist dies aber möglich.

Bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels sind Mittel vorgesehen zum Gewichten des Mittelwerts, der die repräsentative Grösse für die Intensität der Strahlung darstellt, wobei die Mittel zum Gewichten des Mittelwerts den Mittelwert in Abhängigkeit des ermittelten Elevationswinkels gewichten. Die"Richtungsinformation", die mit Hilfe der Ortungs-Sensoren gewonnen wird, wird also hier speziell dazu ausgenutzt, um das Signal für die Intensität der ultravioletten Strahlung zu gewichten. Dies ist insofern von Vorteil, als mehr oder weniger senkrecht einfallende Strahlung-also Strahlung, die im wesentlichen parallel zu der Normalen auf die Oberfläche des (UV-Intensitäts-) Sensors einfällt-stärker auf die Haut des Menschen wirkt als Strahlung, die unter einem wesentlich von dieser Richtung abweichenden Winkel einfällt. Beispielsweise ist die Wirkung des UV-Lichts auf die Haut des Menschen am frühen Morgen oder am späten Nachmittag deutlich schwächer als am Mittag (gleiche Intensität vorausgesetzt).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung weist eine Einrichtung auf zur Messung der Temperatur des Gehäuseinnenraums und zur Wandlung des Messergebnisses in eine für diese Temperatur repräsentative elektrische Grösse. Dies hat beispielsweise für wissenschaftliche Anwendungen eine Bedeutung, bei denen man wissen möchte, bei welcher Innenraumtemperatur die Messung durchgeführt wurde. Andererseits ist es so, dass dann, wenn man keine besonderen Massnahmen unternimmt, um die Innenraumtemperatur auf einem anderen Level zu halten als die Umgebungstemperatur (z. B. durch Heizen oder Kühlen), die Innenraumtemperatur im wesentlichen mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt. Auch diese Temperatur ist bei bestimmten Einsatzgebieten (z. B. für eine Anzeige auf einem Grossbildschirm in einem Schwimmbad oder für eine Anzeige auf einem Grossbildschirm an einer Skistation) durchaus von Interesse.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst eine Kommunikationseinheit, die beispielsweise als Platine ausgebildet sein kann, die im Gehäuseinnenraum angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationseinheit integraler Bestandteil der Vorrichtung und es ist kein weiteres Gerät für eine Übertragung der Messergebnisse erforderlich.

In einer Weiterbildung kann die Kommunikationseinheit aber auch als separate Einheit ausgebildet sein, so dass der Kunde entweder nur das Messgerät (mit einer Schnittstelle) erwerben kann, oder ein Messgerät mit einer Kommunikations- einheit, in welcher z. B. die entsprechenden Protokolle für eine Datenübertragung gespeichert sein können, sodass die von der Schnittstelle des Messgeräts kommenden Daten mit den jeweils gewünschten Protokollen für die Datenübertragung (z. B. TCP/IP) umgesetzt werden, oder auch ein komplettes

System umfassend Messgerät, Kommunikationseinheit und Anzeige. Die Anzeige kann beispielsweise eine Grossflächenanzeige sein, auf welcher die Strahlungsintensität und/oder die Temperatur angezeigt werden, und/oder die pro Zeiteinheit zu erwartende Strahlungsdosis, Und/oder die Uhrzeit, und/oder vieles Weitere mehr.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Hilfe der Zeichnung. Es zeigen : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Schnitt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel von wesentlichen Teilen der elektronischen Schaltung, mit welcher die Signale des Sensors verarbeitet werden, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung der einstellbaren Spannung Uadj, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung der Referenzspannung Ures t sowie Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Übersichtsdarstellung.

In Fig. 1 erkennt man ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung in Schnittdarstellung. Zu erkennen sind eine Kuppel 1, welche beispielsweise aus

Quarzglas bestehen kann und welche in einem ringförmigen Kuppelflansch 10 eingefasst ist, beispielsweise mit Hilfe eines beständigen Klebstoffs. Der Kuppelflansch 10 wird von einem Anpressring 11 an Ort und Stelle gehalten. Gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in den Gehäuseinnenraum, welcher von den Gehäuseteilen 12,13,14 begrenzt wird, sind jeweils Dichtungsringe 15 in Form von O-Ringen vorgesehen.

In Richtung der eintretenden Strahlung betrachtet ist ein Diffusor 2 der Kuppel 1 nachgeordnet. Weiterhin in Richtung der eintretenden Strahlung betrachtet ist hinter dem Diffusor 2 ein Sensor 3 angeordnet, der z. B. als Photodiode ausgebildet sein kann. Der Sensor 3 wandelt die Intensität des vom Diffusor 2 kommenden Lichts in einen elektrischen Strom um, welcher das Signal darstellt, dessen weitere Bearbeitung weiter unten noch detaillierter beschrieben wird.

Dem Sensor 3 ist ein Filter vorgeschaltet, welches hier nicht separat dargestellt ist und beispielsweise Bestandteil des Sensors 3 sein kann. Dieses Filter ist für die zu messende ultraviolette Strahlung durchlässig und für Strahlung einer anderen Wellenlänge undurchlässig. Der Sensor 3 weist eine aktive Fläche auf im Bereich von etwa 0.005 mm2 bis etwa 0.3 mm2, vorzugsweise im Bereich von etwa 0.01 mm2 bis etwa 0.055 mm2. Ganz speziell kann die aktive Fläche des Sensors 3 etwa 0.022 mm2 oder 0.055 mm2 betragen.

Weiterhin erkennt man in Fig. 1 noch drei Platinen 40, 41,42.

Auf der Platine 40 befindet sich die elektronische Schaltung, mit welcher das vom Sensor 3 erzeugte Signal verarbeitet wird. Diese Schaltung wird weiter unten noch erläutert werden. Auf der Platine 41 befindet sich eine optionale Heizung für Anwendungen, bei denen z. B. die Bedingung gelten soll, dass beispielsweise bei Raumtemperatur gemessen werden soll, die Umgebungstemperatur

aber erheblich niedriger ist. Auf der Platine 42 befindet sich eine Kommunikationseinheit, welche bei diesem Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil der Vorrichtung ist, die aber auch als separate Einheit ausgebildet sein kann, wie weiter unten noch erläutert werden wird.

Das zu messende ultraviolette Licht tritt durch die Kuppel 1 ein. Aufgrund der geometrischen Gestalt der Kuppel treten kaum Reflexionen auf, egal aus welcher Richtung das Licht einfällt. Das Licht trifft auf den Diffusor 2 auf, welcher es streut und für eine gleichmässige Verteilung der Intensität sorgt. Der Sensor 3"sieht"also nur, dass der Diffusor 2 heller oder dunkler wird, je nach der Menge des eintretenden Lichts. Er kann auch nicht lokalisieren, aus welcher Richtung das Licht kommt.

Zu diesem Zweck erkennt man in Fig. 1 noch eine Bohrung 16, in welcher ein Ortungs-Sensor (nicht dargestellt) angeordnet sein kann, dessen aktive Fläche in Richtung der Kuppel 1 weist. In der gleichen azimutalen Ebene, in welcher die Bohrung 16 vorgesehen ist, sind noch mindestens zwei weitere Bohrungen vorgesehen, die aber aufgrund der Schnitt- darstellung nicht zu erkennen sind. Die Positionen der Bohrungen 16 können in der azimutalen Ebene gleichmässig verteilt (also jeweils winkelmässig um 120° versetzt) angeordnet sein, aber auch andere Anordnungen sind möglich.

Mit Hilfe der Ortungs-Sensoren in den Bohrungen 16 ist es möglich, festzustellen, aus welcher Richtung (unter welchem Elevationswinkel-das ist der Winkel den das einfallende Licht mit der Normalen N auf den Sensor 3 einschliesst) wie viel Licht einfällt. Dies mit dem Sensor 3 festzustellen ist nicht möglich. Je nachdem, aus welcher Richtung wie viel Licht einfällt (also in Abhängigkeit vom Elevationswinkel), kann die ermittelte Intensität des Lichts noch gewichtet werden (weil senkrecht auftreffendes Licht einer bestimmten Intensität eben auf der Haut eine stärkere Wirkung

hervorruft als unter einem Winkel schräg auftreffendes Licht der gleichen Intensität).

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung dargestellt, mit welcher das von dem Sensor 3 erzeugte elektrische Signal ausgewertet wird. In Fig. 3 ist eine"Schaltung"dargestellt (Widerstände RI, R2 sowie Kondensatoren C1 und C2), mit welcher aus einer allgemeiner.

Versorgungsspannung Uo über einen Spannungsteiler und Tiefpass eine Spannung Uref gewonnen wird, die an anderer Stelle in der Schaltung gemäss Fig. 2 benötigt wird.

Weiterhin ist in Fig. 4 ist eine"Schaltung"dargestellt (Widerstand R3, Kondensatoren C3, C4), mit welcher über einen Tiefpass aus einer pulsweiten-modulierten Spannung UPWM eine einstellbare Spannung Uadj gewonnen wird, die an anderer Stelle in der Schaltung gemäss Fig. 2 gewonnen wird.

In Fig. 2 erkennt man zunächst einen Strom-Spannungswandler, der einen Operationsverstärker OpAmpl und seine zugehörige Beschaltung umfasst, nämlich den Eingangswiderstand Rs an seinem"plus"-Eingang, den Ausgangswiderstand R8, sowie die beiden Widerstände R6, R7 im Gegenkopplungszweig. Am"minus"- Eingang des Operationsverstärkers OpAmpl liegt der Sensor 3 (z. B. eine Photodiode) an, welchen den von der UV-Strahlung hervorgerufenen Strom einprägt.

Da die Signale vom Sensor 3 sehr klein sein können, können sie auch entsprechend leicht verfälscht werden durch unerwünschte Ströme. Selbst kleine Ströme, die durch das isolierende Material der Platine fliessen können, können schon Verfälschungen bewirken. Um dies zu verhindern, sind die Eingänge des Operationsverstärkers OpAmpl potentialmässig abgeschirmt, was in der Praxis durch eine Leiterbahn erfolgen kann, die um die Eingänge des Operationsverstärkers OpAmpl herum geführt ist (in Fig. 2 strichliert dargestellt) und die ziemlich genau auf dem

gleichen Potential (hier : Uref) liegt wie die Eingänge des Operationsverstärkers OpAmpl. Da in einen Operations- verstärker hinein praktisch kein Strom fliesst, andererseits aber die Spannung Uref vor dem Eingangswiderstand Rs eingeprägt wird, liegt das Potential des"plus"-Eingangs von OpAmpl ebenfalls etwa auf dem Potential Uref. Da andererseits die Eingangsspannung zwischen dem"plus"-Eingang und dem "minus"-Eingang eines Operationsverstärkers ebenfalls praktisch sehr klein ist, liegt auch der"minus"-Eingang von OpAmpl etwa auf dem Potential Uref. Um diese Eingänge herum liegt aber nun die Leiterbahn, die ebenfalls auf dem Potential Uref liegt, sodass praktisch auch kein kleiner Strom mehr fliessen kann, der von dem Sensor 3 hervorgerufenen Strom verfälschen kann.

Das Ausgangssignal des Strom-Spannungs-Wandlers wird einem dem Strom-Spannungswandler nachgeschalteten Verstärker zugeführt. Dieser umfasst den Operationsverstärker OpAmp2 sowie dessen zugehörige Beschaltung mit den Eingangswiderstand R12 an seinem"minus"-Eingang, die Widerstände Rg, Rjo, Rji am seinem"plus"-Eingang, den Ausgangswiderstand R14 und die Kondensatoren C6 und C7, sowie im Gegenkopplungszweig den Widerstand R13 und den Kondensator Ci3.

Am"plus"-Eingang des Operationsverstärkers OpAmp2 wird dem Ausgangssignal des Strom-Spannungswandlers eine einstellbare Spannung Uadj überlagert, die im Normalfall eine Gleichspannung ist und aus einer pulweiten-modulierten Spannung UPWM gewonnen werden kann, wie oben bereits beschrieben. Die Spannung Uadj ist wesentlich grösser als eine allfällige Offset-Spannung des Verstärkers OpAmp2, sodass das Einprägen der Spannung Uadj einen definierten Arbeitspunkt des Operationsverstärkers OpAmp2 zur Folge hat und der Operationsverstärker OpAmp2 durch eine allfällige Offset-Spannung des Operationsverstärkers OpAmp2 nicht in

einen inakzeptablen Betriebszustand gelangen kann.

Ausserdem ist die Spannung Uadj auch wesentlich grösser als die Amplitude eines mittelwertfreien Wechselsignals, welches ebenfalls am"plus"-Eingang des Operationsverstärkers OpAmp2 eingeprägt wird. Für dieses mittelwertfreie Wechselsignal wird üblicherweise das Rauschen verwendet, sofern es genügend stark ausgeprägt ist. Der Zweck der Überlagerung dieses mittelwertfreien Wechselsignals wird weiter unten noch erläutert, an dieser Stelle soll nur noch erwähnt werden, dass bei nicht genügend starkem Rauschen auch alternativ mittels der Spannung Uadj ein mittelwertfreier Wechselanteil am Eingang des Operationsverstärkers OpAmp2 eingeprägt werden kann, nämlich durch entsprechende Einstellung der pulsweiten-modulierten Spannung UpwM.

Wird nun von der UV-Strahlung in dem Sensor 3 ein Strom hervorgerufen, so wird dieser zunächst mit Hilfe des Strom- Spannungs-Wandlers in eine Spannung umgesetzt und anschliessend mit Hilfe des Verstärkers verstärkt. Dabei wird dem vom Strom-Spannungs-Wandler kommenden Signal ein mittelwertfreies Wechselsignal überlagert, noch bevor eine Verstärkung erfolgt. Das Signal am Ausgang des Verstärkers ist also je nach der momentanen Grösse des Wechselsignals zu manchen Zeitpunkten grösser als das Signal, welches dem durch die UV-Strahlung hervorgerufenen Signal entspricht und zu anderen Zeitpunkten kleiner. Gemittelt entspricht es jedoch dem Signal, welches dem durch die UV-Strahlung hervorgerufenen Signal entspricht, weil das Wechselsignal ja mittelwertfrei ist.

Mittels eines Analog-Digital-Wandlers, der Bestandteil des Bausteins IC1 ist, werden beispielsweise fünf digitale Messwerte pro Sekunde ermittelt und diese fünf digitalen Messwerte werden gemittelt. Zur Bestimmung eines einzigen digitalen Messwerts wiederum wird das analoge Ausgangssignal

des Verstärkers beispielsweise einhundertzwanzig Mal abgetastet und digitalisiert. Aufgrund der Tatsache, dass dem von der UV-Strahlung hervorgerufenen Signal noch das Wechselsignal überlagert ist, ergeben sich bei der Abtastung durchaus verschiedene Abtastwerte, die entsprechend digitalisiert werden. Die einhundertzwanzig digitalisierten Abtastwerte werden gemittelt und ergeben so einen einzigen Messwert. Ein solcher Messwert stellt bereits eine repräsentative Grösse für die Intensität der UV-Strahlung dar.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nun dann, wenn auf diese Weise fünf Messwerte bestimmt worden sind, diese fünf Messwerte erneut gemittelt und dieser Mittelwert stellt dann ein noch charkateristischeres Mass für die Intensität der UV-Strahlung dar.

Diese Grösse wird dann von dem Baustein IC1 in Form eines Ausgangssignals ausgegeben, welches beispielsweise eine bestimmte Frequenz sein kann oder auch eine andere Grösse, welche dann charakteristisch für die Intensität der UV- Strahlung ist. Diese Grösse kann dann beispielsweise von der Kommunikationseinheit mit entsprechenden Protokollen umgesetzt und an eine Anzeige weitergegeben werden, beispielsweise an eine Grossflächenanzeige.

Wie bereits erwähnt, kann die Kommunikationseinheit in Form der Platine 42 integraler Bestandteil der Vorrichtung sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, sie kann aber auch als separate Einheit 42a ausgebildet sein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist die eigentliche Messeinrichtung weniger aufwendig und die Kommunikations- einheit kann beispielsweise an einem anderen Ort aufgestellt werden als die Messeinrichtung, der besser zum Aufstellen der Kommunikationseinheit geeignet ist. Die Anzeige, die in

Fig. 5 als Grossflächenanzeige 43a ausgebildet ist, kann ebenfalls an einem beliebigen anderen Ort aufgestellt werden, kann aber im Grunde auch integraler Bestandteil der Vorrichtung sein, dann aber natürlich nicht als Grossflächenanzeige.

Erwähnenswert an der Schaltung in Fig. 2 ist noch, dass eine Einrichtung zur Messung der Temperatur im Gehäuseinnenraum (siehe auch Platine 41 in Fig. 1) vorhanden sein kann. Die entsprechenden Schaltungsteile der Schaltung in Fig. 2 sollen hier nicht im einzelnen erläutert werden, vom Prinzip her ändert aber ein Widerstand RT in Abhängigkeit von der Temperatur im Gehäuseinnenraum seinen Widerstand. Diese Änderung des Widerstandes äussert sich in einer Änderung des Signals an dem entsprechenden Pin des Bausteins IC1. Die Änderung dieses Signals kann vom Baustein IC1 detektiert werden und in ein entsprechendes Signal umgesetzt werden, welches dann zu einer entsprechenden Anzeige der Temperatur im Gehäuseinnenraum auf der Anzeige führt. Die gemessene Temperatur kann auch zur Kompensation von Drift (z. B. des Nullpunkts oder der Verstärkung des Operationsverstärkers oder des Sensorelements selbst) dienen, wobei dann zweckmässigerweise jeweils die gesamte Messstrecke kompensiert wird.