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2011年6月29日 (水)

秋月電子のデジタルUV(紫外線量)計キット(K-00068)の製作(G5842の受光面写真含む)

 秋月電子のデジタルUV(紫外線量)計キット(K-00068)を製作した。
 2011年6月現在1キット2700円。店頭では006P9V電池込み(だったと思う)。

【1.製作に必要な道具、部品】
 電子工作用の半田こて、半田、ラジオペンチ、ニッパ、ワイヤーストリッパー、カッターナイフ程度特別な工具は不要。100mVが正確に測定出来るテスターなど測定器(調整に使う)。
 ※マイコンの書き換えなどは無い。
 キットなので、追加で必要な部品はない。
 但し、太陽光線などの強い紫外線と照明などの弱い紫外線を双方測定したい場合は、感度切り替えスイッチがあるとよい。私は秋月電子で売られている4個100円の小型スライドスイッチSS12D01G4(1回路2接点)を切り替えスイッチに使用した。

【2.パッケージ】
 部品は、プラスチック製のケースの中に入っている。
 110627
 電圧計のキットに測定の為のセンサが追加されたようなパッケージになっている。そこで、下記、【8.電圧計として完成時の注意】を先に読むべし。

【3.部品一式】
 110627_2

【4.使用されているフォトダイオードについて】
 センサは、浜松ホトニクス製の短波長タイプのGaAsPフォトダイオードG5842。
110627_3
 秋月電子では、このフォトダイオード単体でも売っている。その為、1000円と書かれた袋に入っている。
 この袋の中に仕様書も入っているが、メーカのHPからダウンロード出来る。他に感度切り替え用抵抗2本(27KΩと270KΩ)付属。
G5842仕様へのリンク(リンクが切れた場合は、浜松ホトニクスのトップページからG5842を検索すればヒットすると思う。製造中止場合は出てこないかも)

 仕様書によれば、足を除いた大きさは、4×3.4mm。受光面は0.8×0.8mm。
 浜松フォトニクスでは、内部反射防止に黒遮光を行っている場合がある。但し、黒遮光は青波長以下で劣化する為、別手法を盛り込んでいる可能性もあるがこの点は不明。
 センサを上から覗いた写真が次の写真。
 Jenga3
 中央部に受光面らしきものが見える。
 黒遮光ならば、全面真っ黒のような気もするが、そうはなっていないようである。
 フィルタカバーの反射防止コーティングくらいだけかも。

【5.ソケット】
 ICのICL7136と液晶用にソケットが用意されている。どちらもそのままは使えない。自ら追加工が必要である。
110627_4
 下は、加工後の写真。左がIC用、右が液晶用。ニッパで切って、カッターで削る。ヤスリで仕上げてもよい。
110627_5

【6.ジャンパーが必要】
 ジャンパーが必要と言ってもキットに含まれる抵抗を切って使えばよし。
 取り付け前にラジオペンチで、ピシっと折り目をつけると気持ちがよい。
 110627_6

【7.部品を取り付ける】
 最初は、電圧計の説明書に従って製作する。
 基本的には、付属の説明書に従って、取り付ければ苦労はない。ソケットをつけてからだと取り付け難い部品なども説明書の支持通りに行えば、問題なく製作が進められる。
 部品面の写真
 110627_7

 半田面の写真
110627_8

【8.電圧計として完成時の注意】
 電圧計として製作が終わった段階で、正しく動作するがチェックしたくなる。
 キット製作経験があれば、次のステップへ進む前にチェックは常識だろう。
 但し、注意が必要である。
 この電圧計は、+/-200mVまでしか測定出来ないのである。
 乾電池1.5Vとかの電圧を測定すると1とかー1とか表示され、おかしい?ってことになる。おかしいで済めばよいが、最悪破損につながる。私は、おかしいで済んだ(ICにダメージが入っている可能性は否定できない)。
 電圧計キットとして、このようなミスはまずないと思うが、このようなニコイチ的なキットには注意したい。作り方だけではなく、仕様も読む!。

【9.シールド板】
 ICの入力バイアス電流が低いので、測定端子のCOMとシールド板と接続せよと記載がある。アルミ箔のようなシールドはキットに付属しているが、私はたまたま手元にあった薄い鉄板を利用した。
 シールドが不十分だと説明書のトラブルシュートによれば、外遊ノイズの影響で最下位の電圧が安定しない現象が出るようだ。私は上記の手法の為か、そのようなことはなかった。 

【10.強い紫外線と照明などの弱い紫外線の感度切り替え】
 半田面に2つ抵抗を並べるのに抵抗があったので(パターンの上に部品を置きたくない)、部品面に1個、半田面に1個とした。
 感度切り替えの小型スライドスイッチは、冒頭に記したSS12D01G4を使用。
 Dvc00018

【11.電圧を紫外線量に換算するには】
 考え方は、説明書によれば、
①1cm2当たりの紫外線量を1mWとする。
②G5842の受光面積は、0.8mm×0.8mm=0.64mm2。
③受光面に当たる紫外線の量は、0.64mm2×1mW/1cm2=0.64×10^(-5)W。
④感度は60mA/Wなので出力電流は、
 0.64××10^(-5)W×60mA/W=3.84×10^(-4)mA。
⑤感度切り替え抵抗との関係
太陽光モード時の場合27KΩ
 27×(10^3)×3.84×10^(-4)mA=10.368mV≒10mV
弱い紫外線モード時の場合270KΩ
 270×(10^3)×3.84×10^(-4)mA=103.68mV≒100mV
である。
⑥ まとめ
 このキットの場合は、紫外線量1mW/cm2が太陽光モード時10mVで、弱い紫外線モード時が100mVになる。
 液晶の表示は、 
 太陽光モード時は、表示値の1/10が紫外線量、
 弱い紫外線モード時は、1/100が紫外線量、
と考えればよい。

【12.紫外線の実測】
① 太陽光を測定
110629_14
 263mV=26.3mW/cm2

② 太陽光を付属のケース経由で測定
110629_15
 190mV=19.0mW/cm2
 無色透明なプラスチックの板1枚でも30%近く紫外線カット。
 プラスチックは、庭に転がしておいたジョウロが紫外線でボロボロになる例が示すように、紫外線を吸収しやすい傾向にある。

③ 日陰を測定
110629_16
 10mV=1.0mW/cm2
 この計測時の日陰は、木陰。
 日焼けが気になる人は、日陰を歩きましょう。

※光がない場合は、ゼロ(ー000)を表示した。少なくとも太陽光モード時では、40W程度蛍光灯ではゼロになる。

【13.所感】
 気象観測に使う?ような精度はないだろうが、個人が目安として使うには十分だと思う。
 今回は、日傘の効果を測定しなかったが、機会あれば計測したい。  
 ケースの大きさは12cm×9cm3cm以下。
 基板サイズは、説明書によれば72mm×47mmなので、ケースは大きめ。006Pの9V積層電池込みでもかなり余裕がある。
 より小型のケースを探すのもいいかも。

 今後は、たまに持ち歩いて、測定結果をブログへ記す予定。

※2011年6月30日追記
次のブログを追記。
日傘の効果、反射光の影響など。
日傘の効果、反射光の影響を秋月電子のデジタルUV(紫外線量)計キット(K-00068)を使って数値的に評価して見る


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