CN202522631U

CN202522631U - 一种可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置

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Publication number: CN202522631U
Application number: CN2012201183580U
Authority: CN
Inventors: 孙思宇; 李强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-26

Abstract

本实用新型公开了一种可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置，包括可于紫外线照射下变色的壳体及设置于壳体内的电磁辐射检测电路，所述电磁辐射检测电路包括信号检测放大电路、信号处理电路、以及报警输出电路；其中，所述信号检测放大电路用于检测电磁辐射信号并进行放大，该信号检测放大电路的输出端与信号处理电路的输入端连接；所述信号处理电路用于对放大后的电磁辐射信号运算比较而产生报警触发信号，该信号处理电路的输出端连接报警输出电路的输入端；所述报警输出电路根据接收到的报警触发信号而进行对应的警示输出。

Description

一种可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置。

背景技术

自然界及人类生活环境中存在众多的紫外线辐射源及电磁辐射源。

紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。紫外线强烈作用于皮肤时，可发生光照性皮炎，皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿、眼痛、流泪等；严重的还可引起皮肤癌。紫外线作用于中枢神经系统，可出现头痛、头晕、体温升高等。作用于眼部，可引起结膜炎、角膜炎，还有可能诱发白内障。

电磁辐射作用于人体的后果，是在不知不觉中导致人的精力和体力减退，容易产生白内障、白血病、心血管疾病、大脑机能障碍以及妇女流产和不孕等，甚至会导致人类免疫机能的低下等病变。

现有技术中，已有部分产品具备检测电磁辐射及紫外线辐射的功能，此类产品大多体积庞大，不利于日常携带，且检测效果欠佳。

以申请号为201010265920.8的中国发明专利申请文件所公开的电磁辐射检测装置为例。由于采用9V电源设计，造成电池体积过大，无法实现小型化，故不方便携带，更不能将电路整体缩小至可放入纽扣、饰品等外壳的程度；同时，由于采用9V供电容易造成直流功耗比较大，能量消耗更大，待机时间短；而且，由于电磁线圈不具备检测电场强度的能力，故无法正确的反应低频的电磁辐射，感应精度和一致性较差，工作性能也不够稳定。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，提供一种体积小、能耗少、结果准确的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置，包括可于紫外线照射下变色的壳体及设置于壳体内的电磁辐射检测电路，所述电磁辐射检测电路包括信号检测放大电路、信号处理电路、以及报警输出电路；

其中，所述信号检测放大电路用于检测电磁辐射信号并进行放大，该信号检测放大电路的输出端与信号处理电路的输入端连接；

所述信号处理电路用于对放大后的电磁辐射信号运算比较而产生报警触发信号，该信号处理电路的输出端连接报警输出电路的输入端；

所述报警输出电路根据接收到的报警触发信号而进行对应的警示输出。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述壳体由添加感光粉的塑料制成。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述壳体表面覆盖有感光变色油墨涂层。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，还包括基座，所述壳体安装于该基座上。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述信号处理电路的输入端设置有第二电容器，该第二电容器的另一端依次串联第一反相器、第二反相器、第一二极管、以及第八电阻的一端，同时，该第二电容器的另一端还通过第六电阻连接电源、通过第七电阻接地；所述第八电阻的另一端通过第九电阻接地，同时，该第八电阻的另一端依次串联第三反相器、第四反相器、反向第二二极管、以及第十电阻的一端，所述第八电阻的另一端还通过第三电容器接地；所述第十电阻的另一端依次串联第五反相器、第六反相器、第十二电阻、以及三极管的基极，该三极管的发射极接地、集电极接输出，所述第十电阻的另一端通过第四电容器接地，所述第五反相器还并联有第十一电阻。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述报警输出电路的输入端接三极管的集电极，该输入端通过第十三电阻连接报警灯的一个引脚，所述报警灯的另一个引脚连接电源；在电源与所述报警输出电路的输入端之间还连接有蜂鸣器。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述信号检测放大电路包括天线及双通道运算放大器；其中，所述天线与第一运算放大器的同相端连接，该天线同时通过第一电阻接1伏的直流固定电位；所述第一运算放大器的反相端通过第三电阻接1伏的直流固定电位，在该反相端与输出端之间连接有第二电阻；所述第一运算放大器的输出端依次经过串接第一电容及第四电阻后接入第二运算放大器的反相端，所述第二运算放大器的同相端接1伏的直流固定电位，该第二运算放大器的输出端即为信号检测放大电路的输出端，所述第二运算放大器的输出端与其反相端之间串接有第五电阻。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述天线采用直径为0.5毫米、长度为8厘米的铜线，该铜线外覆绝缘热塑管。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中，所述信号检测放大电路包括天线及第三运算放大器，所述天线经第三二极管而接入第三运算放大器的同相端，该天线同时接1伏的直流固定电位；所述第十四电阻与第五电容器并联后，其一端连接第三运算放大器的同相端，另一端接1伏的直流固定电位；所述第三运算放大器的反相端经过第十六电阻接1伏的直流固定电位；在第三运算放大器的反相端与输出端之间串接有第十五电阻，所述第三运算放大器的输出端即为信号检测放大电路的输出端。

本发明所述可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置与现有技术中的设备相比，对低频和高频电磁辐射都能很好的接收并对是否过大做出正确判断，误报率大幅降低，同时具备提示紫外线辐射的功能。在功能增加、性能提升的基础上，本发明还较已有产品更加节能、更加小型化，而且本发明可设计成纽扣、饰品等形状，可以直接用于服装，在便携性上更是拥有以往产品无法比拟的优势，穿着安装本发明的服装的使用者，可以随时随地了解到身处环境的电磁辐射是否过大，以及所受紫外线辐射的情况。

附图说明

图1为本发明所述可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置的结构剖视图；

图2为本发明所述可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置中电磁辐射检测电路的原理示意图；

图3为本发明中所述电磁辐射检测电路中信号检测放大电路的结构示意图；

图4为本发明中所述电磁辐射检测电路中信号检测放大电路的另一结构示意图；

图5为本发明中所述电磁辐射检测电路中信号处理电路及报警输出电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明所述的可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置，是将电磁辐射检测功能与紫外线辐射检测功能进行整合，具体是以壳体来检测紫外线辐射，而以壳体内的电磁辐射检测电路来检测电磁辐射。如图1所示，所述电磁辐射检测电路位于外壳内，该外壳可于紫外线照射下变色，以此来警示存在紫外线辐射。该壳体可采用现有技术中已有的加工方法进行制造，例如，壳体采用PS塑料材料，在其中添加感光粉，感光粉的添加量为塑胶料的1％。注塑加工时用白蜡油将塑胶料润湿，白蜡油添加量为塑胶料的2％。然后再将感光粉加入到塑胶料里面搅匀，若分散不良可加入适量分散剂。在注塑以及加工的全过程中温度不超过220℃，使感光粉不会在加工过程中分解、变性。在加工过程中按感光粉添加量10％的比例添加UV吸收剂配料，以增强抗光疲乏性。当壳体暴露在阳光下时，紫外线的能量能将感光粉中分子的分子键打开，使它从低能阶跳到高能阶。即从不可见光跳到可见光，从而使壳体产生颜色的变化，紫外线越强颜色变化越大。当失去紫外线照射后，感光分子键关闭，壳体即回复到原来的颜色。又或者，通过在壳体表面印刷感光变色油墨，即通过在壳体表面覆盖感光变色油墨涂层的方法而使壳体能够在紫外线照射时进行变色。

本发明中，所述壳体既可独立存在，也可安装于基座上。所述壳体与基座既可卡合，也可螺纹连接，以连接牢固且便于拆卸为宜。

本发明所述电磁辐射检测电路可由信号检测放大电路、信号处理电路、以及报警输出电路三部分组成。如图2所示，所述信号检测放大电路用于检测电磁辐射信号并进行放大，该信号检测放大电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，以将放大后的电磁辐射信号发送至信号处理电路。所述信号处理电路对放大后的电磁辐射信号进行运算比较，从而产生报警触发信号。该信号处理电路的输出端连接报警输出电路的输入端，以将报警触发信号发送至报警输出电路。所述报警输出电路根据接收到的报警触发信号而进行对应的报警输出。

具体而言，如图3所示，所述信号检测放大电路包括天线及双通道运算放大器；其中，所述天线与第一运算放大器1的同相端连接，该天线同时通过第一电阻R1接1伏的直流固定电位；所述第一运算放大器1的反相端通过第三电阻R3接1伏的直流固定电位，在该反相端与输出端之间连接有第二电阻R2；所述第一运算放大器1的输出端依次经过串接第一电容C1及第四电阻R4后接入第二运算放大器2的反相端，所述第二运算放大器2的同相端接1伏的直流固定电位，该第二运算放大器2的输出端即为信号检测放大电路的输出端，所述第二运算放大器2的输出端与其反相端之间串接有第五电阻R5。

因为日常环境下的低频电磁辐射主要是电场，而高频电磁辐射才是磁场，简易线圈虽然可以检测高频磁场，但是对于低频电场无效。且简易线圈的精度和一致性也非常差。而天线则既可以接收高频信号，同时对于低频也能够通过耦合产生采样信号。因此，本实施例中，采用单根直径0.5mm、长度8cm的铜线作为天线，实际上采用其他直径类似长度的导线也是有效的。在实际装配中，还可使用绝缘热缩管将天线包裹起来，以防止短路。

所述信号检测放大电路由两级放大电路组成，对于高频第一级的放大电路也可以兼做高频检波电路。两级运放采用的是一颗双通道的集成运算放大器，这样既可以提高电路集成度，也可以增加电路工作的稳定性。本实施例中，对于这一颗集成运算放大器应有如下要求：即低功耗，两通道，最低工作电压小于等于3V，单位增益带宽大于5kHz，该集成运算放大器采用3V纽扣电池供电。

本实施例中采用的两级放大结构是这样的，第一级采用负反馈正向电压放大的结构，R3＝3k，R2＝220k，放大倍数为70左右。而第二级放大电路则是采用的反向放大的结构，R4＝10k，R5＝1M，放大倍数100倍左右。运放的共模电平为3V，电源通过两个电阻产生的一个1v的直流固定电位，并采用大电容稳压。

对于信号检测放大电路的结构，还可如图4所示，将高频感应部分和低频感应部分分开设计，虽然如此设计的集成度不如前述图3所示的那样，但是可以把高频和低频的电磁辐射区分开来，而对应的报警输出电路则可设置两种不同颜色的指示灯来分别提示高频的电磁辐射和低频的电磁辐射。

如图4所示，为高频电磁辐射信号检测放大电路，所述信号检测放大电路包括天线及第三运算放大器3，所述天线经第三二极管D3而接入第三运算放大器3的同相端，该天线同时接1伏的直流固定电位；所述第十四电阻R14与第五电容器C5并联后，其一端连接第三运算放大器3的同相端，另一端接1伏的直流固定电位；所述第三运算放大器3的反相端经过第十六电阻R16接1伏的直流固定电位；在第三运算放大器3的反相端与输出端之间串接有第十五电阻R15，所述第三运算放大器3的输出端即为信号检测放大电路的输出端。本实施例中采用了一级采样放大，也可如图3所示加入二级放大。

所述电磁辐射信号经过放大后，会输送到信号处理电路，输入的方式是通过电容和电阻的滤波网络。具体而言，如图5所示，所述信号处理电路的输入端设置有第二电容器C2，该第二电容器C2的另一端依次串联第一反相器11、第二反相器12、第一二极管D1、以及第八电阻R8的一端，同时，该第二电容器C2的另一端还通过第六电阻R6连接电源VCC、通过第七电阻R7接地；所述第八电阻R8的另一端通过第九电阻R9接地，同时，该第八电阻R8的另一端依次串联第三反相器13、第四反相器14、反向第二二极管D2、以及第十电阻R10的一端，所述第八电阻R8的另一端还通过第三电容器C3接地；所述第十电阻R10的另一端依次串联第五反相器15、第六反相器16、第十二电阻R12、以及三极管31的基极，该三极管31的发射极接地、集电极接输出，所述第十电阻R10的另一端通过第四电容器C4接地，所述第五反相器15还并联有第十一电阻R11。本实施例中，六个反相器是采用一颗集成电路芯片，而且反相器具有施密特触发器的特性。这样设计的效果一是为了增加集成度，二是为了使电路工作更加稳定，不易出现误翻转。

在环境电磁辐射比较弱的环境中，由于输入位置有隔直通交的电容C2，所以反相器11的输入电压由两个电阻决定，因为R6＝30M，R7＝10M，所以反相器11的输入电平为0.75V，也就是低电位。那么反相器13的输入也是低电位，反相器14输出低电位。反相器15、反相器16、R11和C4组成一个振荡电路，但是由于R10和D2形成放电通路，所以振荡电路无法启动，即npn三极管基极上低电压，所以不导通，无法输出报警触发信号，所述报警输出电路不启动。

经过对于电容电阻滤波网络的精确设计，在环境电磁辐射超过安全界限之后，采样信号达到一定幅度，这样可以使得反相器11的输入超过翻转阈值，于是在采样信号的驱动下，反相器11和反相器12开始周期翻转。而由于R9》R8，所以反相器13的输入为高电位，那么R10和D2组成的放电通路失效。反相器15、反相器16、R11和C4组成的振荡电路开始启动，振荡频率由R11和C4决定，三极管31的基极电压也以此频率周期变化，三极管周期性导通和关闭，于是输出报警触发信号，所述报警输出电路被启动。

仍如图5所示，所述报警输出电路的输入端接三极管31的集电极，该输入端通过第十三电阻R13连接报警灯的一个引脚，所述报警灯的另一个引脚连接电源VCC；在电源与所述报警输出电路的输入端之间还连接有蜂鸣器。

本发明所述可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置与现有技术中的设备相比，对低频和高频电磁辐射都能很好的接收并对是否过大做出正确判断，误报率大幅降低，同时具备提示紫外线辐射的功能。

在功能增加、性能提升的基础上，本发明还较已有产品更加节能，工作电流为100uA，在采用CR3032纽扣电池的情况下，能够在不关机的情况下，连续工作7个月以上而不用更换电池，这与已有产品使用5号干电池，且连续使用时间最长只有3～6周相比，有了巨大的提高。

与已有产品相比，本发明更加小型化，电路板面积可以做到9cm²以下。而且本发明可设计成纽扣、饰品等形状，可以直接用于服装，在便携性上更是拥有以往产品无法比拟的优势，穿着安装本发明的服装的使用者，可以随时随地了解到身处环境的电磁辐射是否过大，以及所受紫外线辐射的情况。

同时，本发明在开机状态下为自动运行，在电磁辐射过大的情况下发出警报音，紫外辐射较大的情况下壳体颜色变深。除使用者可以选择有声/静音模式外，不须人为调节，使用简单方便易懂。

本发明采用双体式设计，分为基座部分与包含检测电路的主体部分。两部分间通过螺纹连接，方便使用者拆装，避免了服装清洗时有可能破坏电路的问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种可检测电磁辐射及紫外线辐射的装置，包括可于紫外线照射下变色的壳体及设置于壳体内的电磁辐射检测电路，其特征在于，所述电磁辐射检测电路包括信号检测放大电路、信号处理电路、以及报警输出电路；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体由添加感光粉的塑料制成。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体表面覆盖有感光变色油墨涂层。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括基座，所述壳体安装于该基座上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路的输入端设置有第二电容器，该第二电容器的另一端依次串联第一反相器、第二反相器、第一二极管、以及第八电阻的一端，同时，该第二电容器的另一端还通过第六电阻连接电源、通过第七电阻接地；所述第八电阻的另一端通过第九电阻接地，同时，该第八电阻的另一端依次串联第三反相器、第四反相器、反向第二二极管、以及第十电阻的一端，所述第八电阻的另一端还通过第三电容器接地；所述第十电阻的另一端依次串联第五反相器、第六反相器、第十二电阻、以及三极管的基极，该三极管的发射极接地、集电极接输出，所述第十电阻的另一端通过第四电容器接地，所述第五反相器还并联有第十一电阻。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述报警输出电路的输入端接三极管的集电极，该输入端通过第十三电阻连接报警灯的一个引脚，所述报警灯的另一个引脚连接电源；在电源与所述报警输出电路的输入端之间还连接有蜂鸣器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号检测放大电路包括天线及双通道运算放大器；其中，所述天线与第一运算放大器的同相端连接，该天线同时通过第一电阻接1伏的直流固定电位；所述第一运算放大器的反相端通过第三电阻接1伏的直流固定电位，在该反相端与输出端之间连接有第二电阻；所述第一运算放大器的输出端依次经过串接第一电容及第四电阻后接入第二运算放大器的反相端，所述第二运算放大器的同相端接1伏的直流固定电位，该第二运算放大器的输出端即为信号检测放大电路的输出端，所述第二运算放大器的输出端与其反相端之间串接有第五电阻。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述天线采用直径为0.5毫米、长度为8厘米的铜线，该铜线外覆绝缘热塑管。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号检测放大电路包括天线及第三运算放大器，所述天线经第三二极管而接入第三运算放大器的同相端，该天线同时接1伏的直流固定电位；所述第十四电阻与第五电容器并联后，其一端连接第三运算放大器的同相端，另一端接1伏的直流固定电位；所述第三运算放大器的反相端经过第十六电阻接1伏的直流固定电位；在第三运算放大器的反相端与输出端之间串接有第十五电阻，所述第三运算放大器的输出端即为信号检测放大电路的输出端。