DE4317405A1 - Persönliches UV-Dosimeter - Google Patents

Description

Das persönliche UV-Meter mißt die Bestrahlungsstärke mit Hilfe eines integralen Meßverfahrens. Die Bestrahlungsstärke wird entsprechend der durch die CIE (Commission Internationale d L′ Eclairage) für das UV-Erythem für den menschlichen Körper festgelegten relativen spektralen Wirkungsfunktion bewertet. Als Quellen für die Bestrahlung sind sowohl die natürliche Sonnenstrahlung als auch künstliche UV-Strahlungsquellen möglich.

Im Bild 1 ist das Übersichtsschema und im Bild 2 ein Schaltbild für eine Beispiellösung dargestellt.

Der Sensor (1) ist ein optoelektronischer Empfänger auf Basis von Siliziumkarbid ohne Diffusor und ohne optischen Filter. Die relative spektrale Empfindlichkeit des Sensors (Siliziumkarbid- Chip) und die Beeinflussung durch die optischen Eigenschaften des Gehäuses (Kunstharz) ist im Bild 3 dargestellt.

Das elektrische Signal des UV-Sensors (1) wird durch den Operationsverstärker (2) verstärkt und einem Analogeingang eines Einchipmikroprozessors (3) oder einer Schaltungsanordnung gleicher Funktionalität (Mikroprozessor und A/D-Wandler) zugeführt. Die Anzeige der Bestrahlungsstärke auf dem Display (4) erfolgt nach der Signalverarbeitung durch den Mikroprozessor (3) unter Berücksichtigung des Strahlungsspektrums der UV- Quelle.

Beim Erreichen von durch den Mikroprozessor erfaßten oder errechneten Grenzwerten kann ein akustisches Signal am Signalgeber (5) ausgegeben werden. Die Tastatur (6) dient zur Auswahl der Anzeigefunktionen und der Verarbeitungsalgorithmen.

Im Mikrorechner ist eine Echtzeituhr implementiert.

Durch Berechnung des Produkts aus Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsdauer wird im Mikroprozessor (3) die Dosis (photobiologisch wirksame Bestrahlung) ermittelt und im Display (4) angezeigt.

Aus der gemessenen und bewerteten erythemwirksamen Bestrahlungsstärke der Globalstrahlung oder einer künstlichen UV-Strahlungsquelle, der Aufenthaltsdauer und dem Wert der minimalen erythemwirksamen Dosis (MED) für den menschlichen Körper [2] wird sowohl die zulässige Verweildauer (Prognosewert) ermittelt und angezeigt, als auch die verbleibende Restzeit errechnet und angezeigt. Über die gesamte Meßzeit erfolgt eine intensitätsabhängige Aktualisierung der Restzeit. Erreicht der Anzeigewert der Restzeit den Wert 0, wird über den Signalgeber (5) ein akustisches Warnsignal zum Abbruch der Bestrahlung ausgegeben. Bei der Berechnung finden Berücksichtigung:

• - mindestens auf 4 Hauttypen bezogene MED-Werte [1]
• - eine Korrektur dieser Werte in Abhängigkeit von den eingebbaren Werten für die individuelle Empfindlichkeit ge­ genüber UV-Strahlung und
• - der Vorbräunungsgrad.

In die Rechnung einbezogen werden die getrennt eingebbaren aber auch rechnerisch verknüpften Lichtschutzfaktoren eines angewandten Sonnenschutzmittels LSF nach DIN 67501 sowie SPF nach US-Norm.

Als Display (4) kann ein Monitor, eine LED-, LCD- oder Floureszenz-Punktmatrix- oder Charakter-Anzeige Anwendung finden (Beispiel im Bild 2).

Die Messung der Bestrahlungsstärke ist dadurch charakterisiert, daß bei einer Positionierung des Gerätes ohne Abschattung des Sensors das Gerät der Sonne nicht nachgeführt werden muß, da der Sensor einen Öffnungswinkel größer als 150° aufweist. Die spektrale Empfindlichkeit des Sensors ist nicht vom Lichtauffallwinkel abhängig, da der Sensor ohne zusätzliche UV- Durchlaß-Filter (Interferenzfilter) eingesetzt wird. Durch geeignete Abstimmung von Verstärkung des Operationsverstärkers (2), Empfindlichkeit des Sensors (1) sowie nicht vorhandener filterbedingter Dämpfung wird mit einer optisch aktiven Sensorfläche wesentlich unter 0,01 mm² gearbeitet.

Sensor und das Fehlen von Interferenzfiltern und Diffusoren ermöglichen bei großen Öffnungswinkeln kostengünstige Lösungen.

Da allen Interferenzfiltern gemeinsam ist, daß die Wellenlänge der größten Transmission vom Auffallwinkel der Strahlung abhängt, müssen solche Anordnungen von telezentrischen Strahlengängen (parallelen Bündeln) oder zumindest von Bündeln mit geringem Öffnungswinkel durchsetzt werden. Dieser Sachverhalt stellt die grundsätzliche Funktionsfähigkeit bisheriger Lösungen von UV-Dosimetern mit Interferenzfiltern für den Einsatz als persönliches Meßgerät ohne exakte Nachführung des Gerätes bezüglich der Strahlungsquelle in Frage. Nicht bzw. stark fehlerhaft werden somit außerdem auch bei bisherigen Lösungen die Streustrahlungen erfaßt. Die vorgestellte Anordnung beseitigt beide Nachteile.

Relevanter Stand der Technik

radio fernsehen elektronik 41 (1992) 8 S. 565 f [1] DIN 5050
[2] UV-Strahlung Loseblattsammlung Fachverband für Strahlen­ schutz e.V.

FS-9259/3-AKNIR, Sept. 1992.

[3] Schutz des Menschen bei Sonnenbestrahlung und bei Anwen­ dung von UV-Bestrahlungsgeräten. Empfehlung der Strahlen­ schutzkommission, BRD, Bundesanzeiger 144-90

Zum Stand der Technik herangezogene Patentschriften

DE 34 29 541
US 4,535,244
US 3,710,115
US 3,917,948
US 4,428,050

Claims (2)

1. Verfahren und Schaltung zur Messung der Bestrahlungsstärke, zur Ermittlung der Dosis und der zulässigen Aufenthaltsdauer des Menschen unter Sonneneinstrahlung und künstlichen UV-Quellen dadurch gekennzeichnet, daß eine vom UV-strahlungsempfindlichen Sensor (Siliziumkarbid) (1) ohne Vorschaltung eines UV-Durchlaß­ filters aufgenommene Strahlungsleistung mit Hilfe eines thermisch- und driftkompensierten Verstärkers (2) und anschließender A/D-Wandlung unter Berücksichtigung der individuellen biologischen Eigenschaften des Menschen und der Eigenschaften der eventuell verwendeten Sonnenschutzmittel eine Prognose der zulässigen Verweildauer des Menschen unter der UV- Quelle erstellt wird und bei Erreichung des Endes der Verweildauer ein Warnsignal abgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines besonders großen Öffnungswinkels das Gehäuse des UV-strahlungsempfindlichen Sensors (1) derart mechanisch ausgebildet ist, daß die Chipfläche möglichst nahe an der Gehäuseoberfläche außerhalb des Brennpunktes und innerhalb der einfachen Brennweite im Gehäuse positioniert ist.