CN114554654A - 一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器 - Google Patents

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余乐平
路露
徐律
周小芳
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Abstract

本发明提供一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器，包括：紫外感光芯片，包括电性连接的氧化物薄膜和电信号增益运算电路；A/D模块，接收电信号增益运算电路的模拟电信号，并转换为数字信号输出至单片机；单片机，接收A/D模块传输的数字信号后，与预设的参考值进行比较，并发出控制指令给控制模块；控制模块，接收单片机的控制指令后调节紫外光源的电压及温度；还包括电源模块，所述电源模块与所述增益运算电路和单片机连接，为增益运算电路和单片机提供电源。本发明利用氧化物薄膜作为感光元件，在紫外光照射下，由于塞贝克效应感生电压，响应时间在纳秒级，能快速响应紫外光强度，具有响应快、灵敏度高的特点。

Description

一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器
技术领域
本发明属于光电控制器件技术领域，具体涉及一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器。
背景技术
紫外光是电磁波谱中波长从0.40~0.01微米辐射的总称，具有杀菌、医疗的功能，适量的紫外线照射帮助人体合成维生素D，并可以治疗干癣、白斑等皮肤病变，但照射过量会对人体造成副作用或永久的伤害，因此紫外线强度控制器作为一种能够探测紫外线强度的光电器件，具有广阔的应用前景。
传统的真空型紫外控制器由于体积和重量庞大、能耗高、易损坏以及需要在高压低温下工作等缺点，已无法满足其应用的需求。目前研究较多的半导体材料控制器如GaN，SiC等有自身的局限性，如GaN基紫外控制器，GaN在生长的过程中极易造成严重的晶格失配从而导致控制器的光电性能下降；SiC基紫外控制器，由于SiC具有间接带隙，使得控制器灵敏度受到限制。
因此需要开发一种应用于多种场景的紫外线强度控制器。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器，包括紫外光源，还包括：
紫外感光芯片，包括氧化物薄膜和电信号增益运算电路，所述电信号增益运算电路与所述氧化物薄膜电性连接；
A/D模块，与所述电信号增益运算电路电性连接，接收电信号增益运算电路的模拟电信号，并转换为数字信号输出至单片机；
单片机，与所述A/D模块电性连接，接收A/D模块传输的数字信号后，与预设的参考值进行比较，并根据比较结果发出控制指令给控制模块；
控制模块，与所述单片机和紫外光源同时以电性连接，接收单片机的控制指令后调节紫外光源；
还包括电源模块，所述电源模块与所述增益运算电路和单片机连接，为增益运算电路和单片机提供电源。
进一步地，所述氧化物薄膜是TiO2或SnO2材料在倾斜晶体上沉积生长而成的外延薄膜。
进一步地，所述增益运算电路为可编程增益放大器。
进一步地，还包括数据显示模块和LED灯，所述数据显示模块和LED灯均与所述单片机电性连接，单片机接收A/D 模块信号后，将数值信号输送到数据显示模块，使所述数据显示模块显示紫外光强度，并将状态通过LED灯显示。
进一步地，所述电源模块为直流电，电压为5V。
进一步地，所述控制模块通过控制紫外光源的电压及温度来控制紫外线强度。
本发明的技术方案与现有技术相比至少具有以下优点：
（1）利用在倾斜晶体上沉积生长而成的外延简单氧化物薄膜作为感光元件，在紫外光照射下，由于塞贝克效应感生电压，响应时间在纳秒级，能快速响应紫外光强度，具有响应快、灵敏度高的特点；
（2）控制器通过单片机控制，还设有显示模块和LED灯，不仅能显示紫外线强度，而且能通过控制模块调整紫外光源强度的大小，形成闭环控制；
（3）氧化物薄膜与现有基于GaN等半导体材料相比具有可控性高，成本低等特点。
附图说明
图1是本发明实施例的基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器的结构示意图；
图2是本发明实施例的紫外感光芯片增益电路示意图。
附图标记说明：1、紫外感光芯片；2、电源模块；3、单片机；4、数据显示模块；5、LED灯；6、控制模块；7、A/D模块；8、紫外光源。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
此外,在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中央”、“中心”、 “上”、“下”、左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器，如图1所示，包括紫外感光芯片1，电源模块2，单片机3，数据显示模块4，LED灯5，控制模块6、A/D模块7和紫外光源8。
紫外感光芯片1，包括氧化物薄膜和电信号增益运算电路，所述电信号增益运算电路与所述氧化物薄膜电性连接；其中氧化物薄膜为TiO2材料首先采用固相法，经1200℃烧结形成多晶靶材，然后通过激光沉积方法，在倾斜晶体A12O3单晶（0001）面上沉积生长而成的外延薄膜，沉积薄膜时的衬底温度为750℃，薄膜的生长氧压为0.5Pa, 沉积时间为30分钟。再通过原位退火，退火温度为750℃，退火氧压为30Pa；增益运算电路及其与紫外感光芯片的连接关系如图2所示，采用单端模式可编程增益放大器，可以通过调整R2阻值，调整增益大小。
A/D模块7，采用ADC0809数模转化芯片，与所述电信号增益运算电路电性连接，接收电信号增益运算电路的模拟电信号，并转换为数字信号输出至单片机3；
根据塞贝克效应，该氧化物外延薄膜是由众多热电堆叠加而成，当紫外光照射薄膜表面时众多的热电堆将形成一个温度梯度并产生横向电压。电压在增益运算电路中被放大，输入到A/D模块；
单片机3，采用51系列AT89S52单片机，与所述A/D模块7电性连接，接收A/D模块7传输的数字信号后，与预设的参考值进行比较，并发出控制指令给控制模块6；
控制模块6，与所述单片机3和紫外光源8同时以电性连接，接收单片机3的控制指令后调节紫外光源8的电压及温度，以调整紫外线强度，实现闭环控制；
还包括电源模块2，为5V的直流电源，所述电源模块2与所述增益运算电路和单片机3连接，为增益运算电路和单片机3提供电源；
还包括数据显示模块4和LED灯5，数据显示模块4，采用LCD1602液晶显示紫外光强度；所述数据显示模块4和LED灯5均与所述单片机3电性连接，单片机3接收A/D 模块7信号后，将数值信号输送到数据显示模块4，并将状态通过LED灯5显示。
实施例2
一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器，结构与实施例1相似，包括紫外感光芯片1，电源模块2，单片机3，数据显示模块4，LED灯5，控制模块6、A/D模块7和紫外光源8。
紫外感光芯片1包含SnO2薄膜和增益运算电路。SnO2薄膜，首先采用固相法，经1050℃烧结形成多晶靶材，然后通过激光沉积方法，在倾斜晶体A12O3单晶（0001）面上沉积生长而成的外延薄膜，沉积薄膜时的衬底温度为750℃，薄膜的生长氧压为0.5Pa, 沉积时间为15分钟。再通过原位退火，退火温度为750℃，退火氧压为30Pa，退火时间为30分钟。
增益运算电路如实施例1。
A/D模块7，与实施例1相似，采用ADC0809数模转化芯片，与所述电信号增益运算电路电性连接，接收电信号增益运算电路的模拟电信号，并转换为数字信号输出至单片机3；
根据塞贝克效应，该氧化物外延薄膜是由众多热电堆叠加而成，当紫外光照射薄膜表面时众多的热电堆将形成一个温度梯度并产生横向电压。电压在增益运算电路中被放大，输入到A/D模块；
单片机3，采用51系列STC89C52单片机，与所述A/D模块7电性连接，接收A/D模块7传输的数字信号后，与预设的参考值进行比较，并发出控制指令给控制模块6；
控制模块6，与所述单片机3和紫外光源8同时以电性连接，接收单片机3的控制指令后调节紫外光源8的电压及温度，以调整紫外线强度，实现闭环控制；
还包括电源模块2，为5V的直流电源，所述电源模块2与所述增益运算电路和单片机3连接，为增益运算电路和单片机3提供电源；
还包括数据显示模块4和LED灯5，数据显示模块4，采用LCD1602液晶显示紫外光强度；所述数据显示模块4和LED灯5均与所述单片机3电性连接，单片机3接收A/D 模块7信号后，将数值信号输送到数据显示模块4，并将状态通过LED灯5显示。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于氧化物薄膜光电效应的紫外线强度控制器，包括紫外光源，其特征在于，还包括：
紫外感光芯片，包括氧化物薄膜和电信号增益运算电路，所述电信号增益运算电路与所述氧化物薄膜电性连接；
A/D模块，与所述电信号增益运算电路电性连接，接收电信号增益运算电路的模拟电信号，并转换为数字信号输出至单片机；
单片机，与所述A/D模块电性连接，接收A/D模块传输的数字信号后，与预设的参考值进行比较，并根据比较结果发出控制指令给控制模块；
控制模块，与所述单片机和紫外光源同时以电性连接，接收单片机的控制指令后调节紫外光源；
还包括电源模块，所述电源模块与所述增益运算电路和单片机连接，为增益运算电路和单片机提供电源。
2.根据权利要求1所述的紫外线强度控制器，其特征在于，所述氧化物薄膜是TiO2或SnO2材料在倾斜晶体上沉积生长而成的外延薄膜。
3.根据权利要求1所述的紫外线强度控制器，其特征在于，所述增益运算电路为可编程增益放大器。
4.根据权利要求1所述的紫外线强度控制器，其特征在于，还包括数据显示模块和LED灯，所述数据显示模块和LED灯均与所述单片机电性连接，单片机接收A/D 模块信号后，将数值信号输送到数据显示模块，使所述数据显示模块显示紫外光强度，并将状态通过LED灯显示。
5.根据权利要求1所述的紫外线强度控制器，其特征在于，所述电源模块为直流电，电压为5V。
6.根据权利要求1所述的紫外线强度控制器，其特征在于，所述控制模块通过控制紫外光源的电压及温度来控制紫外线强度。
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