维权声明:本文为sc360xp原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。
前言 荧光,是一种光致发光的冷发光现象。当某些物质内部的原子经某种波长的光(通常是紫外线或X射线)照射,原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道,从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等,吸收光能后进入激发态,恢复到基态时,能量会以光的形式释放,产生荧光。很多荧光物质一旦停止照射,发光现象也随之消失;有一些物质在照射光撤去后仍能较长时间发光,这种现象称为余辉(例如,有的钟表指示表盘)。在家庭中,观看物质荧光,常常用到紫光灯管验钞器或紫光LED电筒。随着颜色传感器的问世,数字荧光剂检测笔应运而生,使得定量观察物质荧光,非常方便快捷。下面解析一只上市不久的数字荧光剂检测笔,学习掌握其结构原理,能夠更好地使用。
一、仪器概况
仪器外观VSON牌,超便携式:
技术指标:
仪器前端的检测窗口,内有颜色传感器、紫光LED、白光LED(电筒照明功能):
仪器后部的显示窗口,采用红LED显示器:
仪器使用一节5号电池,相当省电:
仪器工作模式该检测笔有三种工作模式:数字检测模式、紫光电筒模式、白光电筒模式。
工作示意图如下,将被测物体表面紧贴检测窗口,按下检测按钮保持1秒钟,即可从尾部的数显窗读出数值;
若要用紫光电筒模式(例如,照射纸币的荧光防伪标识),长按第二个按钮,发出紫光,松开按钮即关闭:
要用白光电筒模式,短按第二个按钮,发出白光,再按一下即可关闭:
二、拆解从电池仓两端拆下两颗固定螺丝:
很容易取下底盖,看见内部电路板:
再拆下主板上两颗固定螺丝:
取下主板:
观察窗这端的情况:
检测窗这端的情况:
三、主要元件及功能主板上元件分布:
电路板前端,有检测窗组件、两只操作微动按钮:
电路板后端,有两路1.5伏DC-DC升压电路,其电源管理IC分别是U2、U3。U2的型号33-1a(3.3V/1A);U3的型号3036(6V);分别为单片机U1供电和LED组件供电。D1、D2是肖特基二极管(型号SS14 1A/40V),C1、C2、C7是电源滤波电容,L1、L2是续流电感:
电路板中间的U1,是合泰公司(HOLTEK)HT66F0185单片机,该单片机是一款内置EEPROM A/D型具有8 位高性能精简指令集的Flash 单片机。内建8/12/16MHz振荡器,无需外部元件,多达26 个双向I/O 口,软件控制6个SCOM/SSEG口和18 个SSEG口1/3 bias LCD驱动,可编程输入/输出口源电流用于LED,可直推动LED / LCD不须外挂限流电阻或三极管,大幅简化产品应用零件及降低成本。该系列单片机广泛应用于各种产品中,例如电子测量仪器、环境监控、手持式测量工具、家庭应用、电子控制工具、马达控制等方面。
电路板上紧挨MCU的Q1、Q2、Q3 采用P沟道场效应管,型号A1SHB,20V/2.3A/1.25W,分别驱动紫光LED及白光LED。
这是检测窗口的光窗片:
由于普通玻璃对紫外线衰减很大,而紫外线能透过石英玻璃,所以
光窗片是采用石英材料制作的。紫外线的穿透能力,不是人们想象中那么高,含铅玻璃、塑料、纸片等都会大幅减低其照射强度。所以仪器在使用前,应用医用酒精纱布擦拭光窗片,清除油渍、手汗及灰尘,以免影响紫外线穿透率及照射强度,造成检测误差大。
检测窗内的元件:
这是颜色传感器:
这颗颜色传感器是美国TAOS公司推出的可编程彩色光/频率转换器,型号TCS230:
相关知识:TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装,在单一芯片上集成有8X8=64个光电二极管。其中16个光电二极管带有红色滤波器;16个光电二极管带有绿色滤波器;16个光电二极管带有蓝色滤波器,其余16个不带有任何滤波器,可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的,能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性,从而增加颜色识别的精确度;另一方面,相同颜色的16个光电二极管是并联连接的,均匀分布在二极管阵列中,可以消除颜色的位置误差。工作时,通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器,该传感器的典型输出频率范围从2Hz-500kHz,用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子,或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围,提高了它的适应能力。
TCS230把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上,同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器,是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器,TCS230的输出数字量信号,可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入,因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接,由于输出的是数字量,并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度,因而不再需要A/D转换电路,使电路变得更简单。
正是由于采用了这颗新型的传感器,大大简化了本仪器的电路结构。TCS230的引脚和功能框图如下:
检测端的紫外LED,采用2835紫外灯珠:
检测端的白光LED,采用2835正白光灯珠:
这是仪器数值显示端,采用
GS-16171CR1-A LED数码显示组件:
数值显示窗口的红色滤光片,使观看效果更好:
根据拆机情况,绘出仪器电路原理框图:
仪器工作原理:开机后,1.5V电源经DC-DC电路转换为3.3V(为MCU供电)及6V(为LED及有关电路供电)。长按1秒检测按钮,单片机接通紫外LED,紫外光照射到被测物体表面,反射回的荧光被颜色传感器接收,将荧光强弱转换为不同频率信号,送入单片机按照内置固化程序分析处理,结果由LED显示器显示;长按电筒模式按钮,单片机接通紫外LED,此时颜色传感器不工作,单纯进入紫光电筒模式,再按一下即关断;短按电筒模式按钮,单片机接通白光LED,进入白光电筒模式,松开按钮,就关断;2分钟不工作,机器自动断电,节约电池。
四、使用情况检测妇婴纸巾:
检测纺织品:
检测墙纸:
检测人民币的情况,不同的位置,荧光值不同:
用紫光灯电筒模式,观察人民币的情况:
结束语 新型颜色传感器的运用,使得荧光剂检测光度计仪器的电路设计大大简化。仪器工作更稳定,测量更精准,故障率更低,体积进一步缩小,便于携带和现场检测使用,成本降低,更容易进入家庭,有益于提高人们生活质量。经过实际使用,该荧光剂检测笔准确度较低,只适用于家庭普通判断。