專利名稱：使用可見光傳感器的uv輻射儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一 方面涉及通過操縱來自檢測在可見光譜內(nèi)的光的傳感 器的信號來確定在可見光譜外的輻射水平。
背景技術(shù)：
」
公眾已經(jīng)越來越意識到來自過度暴露在陽光下而引起的皮膚癌 的風(fēng)險。得到廣泛接受的是，該風(fēng)險在于過度暴露于紫外線(uv)
范圍的輻射之中， 一般將紫外線范圍考慮為在8xl0"Hz到大約 3.4xlO"Hz之間。地球的臭氧層吸收了來自太陽的絕大多數(shù)UV光， 所以，大多數(shù)UV光決不會達(dá)到地表。人類無法很好地看到UV光， 角膜一般性地吸收較短波長的UV輻射，而眼部晶狀體(eye lens )強(qiáng) 烈地吸收超過300 nm的波長。因此，我們察覺到的自己正暴露于其 中的由陽光引起的輻射量，僅代表了全部輻射的一部分，即可見光語 ( 一般是3.84xlO"Hz到7.69x10'6Hz或455-780 nm)。由于地王求的 臭氧層的變化，該變化跨越地球隨著時間而廣泛改變，可見光譜不是 UV光暴露狀況的良好指示器，也不是隨之發(fā)生的皮膚癌風(fēng)險的良好 指示器。
公開號為2004/0155199 Al的美國專利描述了一種移動UV強(qiáng)度 指示器，該指示器安裝在車輛或便攜物品上。UV強(qiáng)度指示器包括UV 檢測器和諸如顯示器或報警器的指示器，并且通過在顯示器上進(jìn)行標(biāo) 記或使警報器發(fā)聲來報警在UV輻射下的過度暴露。該公開沒有提供 UV強(qiáng)度指示器的特定例子，但卻展示出認(rèn)識到對UV輻射的便攜監(jiān) 視器的需要。
已經(jīng)有報道宣稱日本公司Macnica已開發(fā)出用于蜂窩電話手機(jī)的 非常小的UV檢測器，蜂窩電話手機(jī)可以作為UV監(jiān)視服務(wù)的一部分。Macnica的傳感器對在270-410 nm之間的UV光敏感，并且據(jù)報道， 其對可見光幾乎不具有敏感性。
盡管建立了對精確地監(jiān)控或測量UV光的需要時，上述方案看起 來對此任務(wù)不是最適宜的。典型地，當(dāng)前可用的UV傳感器由碳化硅 制造，而且是相對昂貴的組件。在現(xiàn)有技術(shù)中，需要的是可由較廉價 的硬件組件執(zhí)行的監(jiān)控或測量UV光的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)所描述的這些教導(dǎo)的示例性的以及并非限制本發(fā)明的實施 方式，克服了前述以及其他問題，并實現(xiàn)了其他優(yōu)點。
根據(jù)一個實施方式，本發(fā)明是用于量化輻照度的方法，其中輻照 度是輻射強(qiáng)度。在此方法中，感測在第一輻射頻帶中的輻照度。濾波 在第 一輻射頻帶中的輻照度，其中所述濾波是在第二輻射頻帶中的輻 照度的函數(shù)，以及感測經(jīng)濾波的輻照度。通過合并所感測的輻照度與 所感測的經(jīng)濾波的輻照度，計算在第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度。
根據(jù)另一個實施方式，本發(fā)明是具有第一傳感器的設(shè)備，所述第 一傳感器具有用于提供在第 一輻射頻帶內(nèi)的輻照度的參考信號的輸 出。所述設(shè)備進(jìn)一步具有在光學(xué)上串聯(lián)的濾波器和第二傳感器，光學(xué) 上串聯(lián)意味著在傳感器處被感測的輻射必須首先通過該濾波器。第二 傳感器具有用于提供在第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信號的 輸出，以及該濾波器操作以根據(jù)在第二頻帶中的輻照度的函數(shù)濾波在 第一頻帶中的輻照度。該設(shè)備進(jìn)一步具有處理器，該處理器具有耦合 到第 一 和第二傳感器的輸出的輸入，用于從參考信號和經(jīng)濾波的信號 中確定在第二輻射頻帶中的輻照度。
根據(jù)另一個實施方式，本發(fā)明是一種設(shè)備，其具有用于測量在第 一輻射頻帶中的輻照度的裝置，用于根據(jù)在第二頻帶中的輻照度的函 數(shù)而濾波在第一頻帶中的輻照度的裝置，以及通過比較在第一頻帶中 使用濾波裝置和不使用濾波裝置所測量的輻照度來解析在第二頻帶 中的輻照度的裝置。在一方面，本實施方式使用兩個用于測量輻照度
的裝置，其中之一是用于測量已經(jīng)通過了濾波裝置的輻照度的裝置。 在此特定方面，用于解析輻照度的裝置比較來自兩個單獨的用于測量 的裝置的輸出。
根據(jù)另 一 個實施方式，本發(fā)明是有形地物化在信息承載介質(zhì)上并 可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行的機(jī)器可讀指令的程序，該程序用來實現(xiàn)針 對于量化在第 一 輻射頻帶中的輻照度的動作。所述動作包括接收參考 信號和在第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信號，訪問信,包-承載介 質(zhì)以獲得至少一個與增益直接相關(guān)的值，通過該增益，從在第一輻射 頻帶中的輻照度變換所述參考信號，以及繼而使用所述增益、所述參 考信號和所述經(jīng)濾波的信號，以確定在第 一 輻射頻帶中的輻照度的 值。
根據(jù)另一個實施方式，本發(fā)明是一種設(shè)備，其具有傳感器、濾波 器、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)和處理器，所述濾波器相對于所述傳感器可
器具有用于提供在第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度的參考信號的輸出，尤其 是當(dāng)所述濾波器并非與所述傳感器光學(xué)串聯(lián)時。當(dāng)所述濾波器與所述 傳感器光學(xué)串聯(lián)時，所述傳感器輸出代表在第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度 的經(jīng)濾波的信號。在第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度是在第 一輻射頻帶內(nèi)的 輻照度的函數(shù)。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲參考信號和經(jīng)濾波的信 號的至少 一個。處理器具有耦合到傳感器的輸出以及存儲介質(zhì)的輸出 的輸入，用于從參考信號和經(jīng)濾波的信號中確定在第二輻射頻帶中的 輻照度。
下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的其他方面和實施方式。


在下面的具體實施方式
中，當(dāng)連同附圖一起閱讀時，這些教導(dǎo)的前
述以及其他方面將變得明顯，其中
圖1A-1C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的移動臺、其正面和其 背面的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的 一個實施方式的方法步驟的流程圖。
圖3是在五個暴露水平處的通量對波長的響應(yīng)的仿真圖。
圖4類似于圖3，但示出了經(jīng)仿真來模仿商業(yè)可用的向光性材料的
響應(yīng)數(shù)據(jù)。
圖5是比較在圖4的仿真的向光性材料和其在可見范圍內(nèi)的響應(yīng)不 是UV水平的函數(shù)的環(huán)境覆蓋之間的不同暴露水平的通量的圖。
圖6是根據(jù)用于圖4的向光性材料的UV暴露水平的函數(shù)的差比 (differential ratio )的曲線圖。
圖7A-7C是用于生成圖3-6和8的曲線圖的仿真數(shù)據(jù)的Transitions 濾波材料的數(shù)據(jù)曲線圖。
圖8是針對于圖4的向光性材料的UV暴露的不同水平的差比對時 間的曲線圖。
具體實施例方式
在描述本發(fā)明及其實施方式中，使用下面的術(shù)語。移動臺MS是 手持便攜式設(shè)備，其能夠無線地接入通信網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)諸如耦合 到公共交換電話網(wǎng)絡(luò)的基站的移動電話網(wǎng)絡(luò)。具有因特網(wǎng)或其他雙向 通信能力的蜂窩電話、黑莓⑧設(shè)備和個人數(shù)字助理(PDA)是MS的 例子。便攜式無線設(shè)備包括移動臺以及諸如步話機(jī)的其他手持設(shè)備以 及僅能夠接入諸如無線局域網(wǎng)(WLAN)或WIFI網(wǎng)絡(luò)的本地網(wǎng)絡(luò)的 設(shè)備。
圖1A示出了本發(fā)明能夠優(yōu)選地部署于其中的移動臺MS20的框 圖。所示出的框圖是功能性的，并且，下面描述的功能可由如參考圖 1A中描述的單一物理實體執(zhí)行，或不由如參考圖1A中描述的單一物 理實體執(zhí)行。提供諸如用于驅(qū)動圖形顯示屏22b的電路板的顯示控制 器22a、以及諸如用于轉(zhuǎn)換在用戶激勵的按鍵24b的陣列或顯示屏22b 的觸摸敏感區(qū)域接收到的用戶輸入電子組件的輸入控制器24a，以便 與用戶交互。MS 20進(jìn)一步包括諸如自包含(self-contained)電池的 能量源26，自包含電池向在MS 20內(nèi)控制功能的中央處理器28提供
電能。在處理器28內(nèi)存在如下功能諸如數(shù)字采樣、抽取(decimation )、 內(nèi)插、編碼、解碼、調(diào)制與解調(diào)、加密與解密、擴(kuò)頻與解擴(kuò)(用于 CDMA兼容的MS 20)，以及在無線通信領(lǐng)域中已知的其他信號處理 功能。
在可通過緩沖存儲器32耦接到處理器28的麥克風(fēng)30處接收語 音或其他聽覺輸入。在主存儲器存儲介質(zhì)34中存儲諸如用于顯示屏 22b的驅(qū)動程序，調(diào)制、編碼和解碼的算法，諸如查找表的數(shù)據(jù)陣列 等的計算機(jī)程序，該主存儲器存儲介質(zhì)34可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的 用于存儲計算機(jī)可讀指令和程序及數(shù)據(jù)的電、光或磁存儲器存儲介 質(zhì)。典型地，將主存儲器34劃分為易失性和非易失性部分，并且， 通常將主存儲器34分散在不同的存儲單元中，存儲單元中的一些是 可移除的。MS 20經(jīng)由一個或多個天線36來通過諸如移動電話f連^各 的網(wǎng)絡(luò)鏈路通信，可將天線36經(jīng)由T/R開關(guān)38或雙工濾波器來選擇 性地耦接到發(fā)射機(jī)40和接收機(jī)42。 MS 20還可以具有第二發(fā)射機(jī)和 接收機(jī)，用于在諸如WLAN、 WIFI、 Bluetooth⑧的其他網(wǎng)絡(luò)上通信， 或用來接收數(shù)字視頻廣播。已知的天線類型包括單極(monopole)、 雙極(di-pole)、平面反向折疊天線PIFA及其他?？蓪⒉煌奶炀€ 主要安裝在MS20的殼體的外部(例如，鞭狀天線)，或者完全安裝 在MS20的殼體的內(nèi)部。在揚(yáng)聲器44變換來自MS20的可聽輸出。
將大部分上面描述的組件、以及尤其是處理器28，放置在主接線 板(沒有單獨示出)上。典型地，主接線板包括地平面，(多個)天 線36電耦接到地平面。圖1B示出了MS 20的正面，在此處顯示屏 22b和按鍵陣列24b穿透包圍MS20的殼體46。圖2C示出了背面。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，MS 20包括兩個輻射傳感器48a、 48b,除了一個傳感器48b由光敏濾波器50 (為了清晰，而夸大地示 出)覆蓋以外，所述兩個輻射傳感器48a、 48b優(yōu)選地是相同的可見 光傳感器。注意到，優(yōu)選地，傳感器48a和48b穿透殼體46，但是可 以沿著所示出的頂部、側(cè)部、底部或相對于背面的正面i文置。可選地， 可將傳感器48a、 48b沿著設(shè)備殼體的外表面布置或與殼體的孔隙對齊。盡管優(yōu)選地是將傳感器48a和48b并排放置，但可以將它們隔開 以及甚至放置在MS 20的不同表面上，雖然顯而易見的是在相同表面 的緊密間隔有利于確保對真實UV光的精確計算。
進(jìn)一步地，光敏濾波器50優(yōu)選地是彩色照相術(shù)材料，彩色照相 術(shù)材料諸如是在專利號為4,017,318的美國專利中描述的光敏性有色 玻璃，或用塑料實現(xiàn)該效果的較新的改進(jìn)，或使用卣化銀或氯化銀的 較新的改進(jìn)。此類光敏性塑料在眼鏡制造領(lǐng)域中是已知的，通常是聚 碳酸脂材料，其從在微弱光線(室內(nèi))條件中的澄清變?yōu)樵诿髁恋娜?光中像暗色太陽鏡般較不透明。雖然，許多此類材料在商業(yè)上可以獲 得，但一種公知的向光性材料/光敏塑料是以商標(biāo)Transition⑧出售。 功能上，光敏濾波器操作來按照輻照度(強(qiáng)度)的函數(shù)而濾波可見光。 具有光敏濾波器50的傳感器48b的實施方式包括單獨加工的彼此成 一條直線放置的組件，或者可將光敏濾波器50與傳感器48b制造為 一體，諸如在公共的基板上，并且一旦做好就不可分割。
在另一個實施方式中，僅使用單個的傳感器。濾波器可以移動以 位于或不位于沿著傳感器的光軸的串聯(lián)位置上。這種移動可以是物理 的，如在此處將濾波器圍繞光軸旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，移動可以是電性的， 如在此處向濾波器材料施加電壓引起一種濾波器響應(yīng)，以及撤除電壓 引起材料呈現(xiàn)出不同的濾波器響應(yīng)。雖然濾波器材料沒有物理地移 動，但是，當(dāng)電壓改變到濾波器函數(shù)改變的點時，由特定施加的電壓 (或缺乏該電壓)定義的濾波器移進(jìn)或移出與傳感器的光學(xué)串聯(lián)。施 加或撤除電壓，有效地使濾波器加入或移出同傳感器的串聯(lián)?？蓪⒁?個信號、參考信號(未經(jīng)濾波的)和/或經(jīng)濾波的信號的一個或二者， 保存在計算機(jī)可讀存儲器中。 一旦來自存儲器或者直接來自傳感器的 每個信號之一出現(xiàn)，則計算機(jī)處理器比較他們，并提供給用戶可識別 的輸出。
現(xiàn)在細(xì)化本發(fā)明的基礎(chǔ)原理。如上所述，陽光中具有下面詳細(xì)述 的可見分量Sv和紫外線分量Su。兩個傳感器48a、 48b對可見光敏感。 此類傳感器是公知的、廣泛可用的、并相對廉價，有時將其稱為環(huán)境光傳感器。例如，具有照相機(jī)的移動臺典型地包括一個此類傳感器用 于確定成像陣列的積分時間，或用于確定是否使用閃光燈操作。在其
他當(dāng)前已知的移動臺中，諸如Nokia 7650型號，使用對可見光壽文感的 傳感器來測量環(huán)境光水平以便控制顯示器和小鍵盤照明。優(yōu)選地，第 一傳感器48a將采用覆蓋來保護(hù)其免于環(huán)境損害(諸如，灰塵或沙子 或點狀物)，但并不知道這樣的保護(hù)蓋相對于另一頻譜而調(diào)整在第一 傳感器48a處所感測的光的一種頻譜。因而，第一傳感器檢測參考信 號。盡管UV光和可見光二者都可以撞擊到第一傳感器48a上，但是， 第一傳感器48a僅對在可見范圍內(nèi)的光敏感，所以，被檢測到以及作 為參考信號輸出的光全部是可見光sv。
濾波器50根據(jù)紫外光Su的函數(shù)而變暗。但變暗操作以濾波在可 見頻譜內(nèi)的光。因此，在濾波之后，與參考信號相比，撞擊在第二濾 波器48b上的光在可見頻帶內(nèi)變少。這對于可見光和紫外光二者出現(xiàn) 的所有時機(jī)都是真實的。這種減少是出現(xiàn)在濾波器50上的紫外光的 數(shù)量、以及制造濾波器50的光敏性材料的特定響應(yīng)的函數(shù)。如果我 們將在第二濾波器48b處感測到的(或從其輸出的)輻射稱作經(jīng)濾波 的信號，則在參考信號和經(jīng)濾波的信號之間的差是在濾波器50處的 紫外光的數(shù)量的函數(shù)。通過濾波器50的已知響應(yīng)和制造濾波器50的 特定光敏材料來確定此函數(shù)。
數(shù)學(xué)上，將可見光信號的衰減考慮為函數(shù)D(Su)。那么，將參考 信號表示為Sv,而將經(jīng)濾波的信號表示為D(SU)*SV,其在可見光和紫 外光二者都出現(xiàn)的任何時刻都小于Sv，這是因為D(Su;Kl。如果紫外 光不出現(xiàn)，那么D(Su)二l，并且Sv和經(jīng)濾波的信號相等；如果可見光 不出現(xiàn)，那么SfO,并且經(jīng)濾波后沒有信號。理想地，由于對UV光 的計算依賴于參考信號和經(jīng)濾波的信號的差，在兩者之上保護(hù)其免遭 環(huán)境損害(灰塵等)的覆蓋是相同的，除了第二濾波器48b的覆蓋是 光敏性的(例如，涂層)，并且傳感器48a和48b自身也是相同的。 那么，在參考信號和經(jīng)濾波的信號之間的差A(yù)是A二S/[l-D(Su)]。重 新整理這些項，以產(chǎn)生D(SU)=1-A/SV，展示出能夠容易地計算出Su的
值。例如，如果D(Su)=e-Su,那么Su=log[l-D(A/Sv)]。
更嚴(yán)格的計算簡化為相同的原理。使用在擴(kuò)號中的(w)來指示 依賴于波長，令日光具有能量譜S (w),以及環(huán)境保護(hù)覆蓋按照A (W)<1來衰減光。將強(qiáng)度變換為具有增益G(w)<l的電信號。在可 見光范圍之外，增益趨向于零。參考信號Tl的總強(qiáng)度是在可見波長 上的積分
<formula>complex formula see original document page 12</formula> [1]
到達(dá)傳感器的全部紫外光u(盡管因為傳感器對可見光頻帶敏感，而沒有被檢測/測量)如下
<formula>complex formula see original document page 12</formula> [2]
光敏性濾波器材料按照uv光的函數(shù)而變暗，意味著新的衰減項D(w，U)<l被添加到等式中。而D(w，U)是UV強(qiáng)度U的非線性函數(shù)。
因此，經(jīng)濾波的信號T2如下
<formula>complex formula see original document page 12</formula>[3]
當(dāng)已知所有的函數(shù)時，作為反向問題而能夠容易地計算u的值。 可以簡化上述等式而不會損失很多精度。通?？蓪⒂森h(huán)境保護(hù)覆蓋造成的衰減函數(shù)A(w)考慮為常數(shù)。類似地，增益函數(shù)G(w)通常接近于常數(shù)或者在某些特定波長處強(qiáng)烈地達(dá)到峰值。而且，在可見波長上，項D(w,U)通?？捎沙Ａ緿(U)很好地近似。在常數(shù)增益的情況下，<formula>complex formula see original document page 12</formula>[4]
而
<formula>complex formula see original document page 12</formula> [5]
這是最簡化的等式。
如果在G(c)增益有強(qiáng)峰值，那么
<formula>complex formula see original document page 12</formula> [6]
以及
T2=A(c)*G(c)*S(C)*D(UV) [7] 再一次的，其類似于上面的等式[4]和[5]。
當(dāng)設(shè)計整體的測量系統(tǒng)時，對于不能視作常量的A(W)、 S(W)、
G(w)和D(w)的復(fù)雜配置，可能無法解析地獲得特定函數(shù)的解，但可
以通過繪制 一 系列的測量數(shù)據(jù)點并找出最佳配合或最小二乘曲線而 數(shù)值地計算或依經(jīng)驗地確定特定函數(shù)的解。
將用于兩個傳感器48a、 48b的A(w)、 S(w)、 G(w)和D(w)的值存 儲在設(shè)備20的存儲器34中，諸如響應(yīng)于輸入波長，針對每個返回特 定值的查找表中。在簡單的情況下，他們簡單地為常數(shù)。對于最簡單 的情況，僅需要存儲A4G的積。
由在MS 20中表現(xiàn)為存儲器存儲34和處理器28的軟件和/或硬 件來執(zhí)行上述計算。在處理器28接收來自傳感器48a和48b的輸出， 處理器28使用存儲在存儲器34中的軟件程序計算差信號，以及優(yōu)選 地將差信號與存儲在存儲器中的閾值作比較。 一旦差信號超出了所存 儲的閾值，則可向設(shè)備20的用戶提供指示，諸如在揚(yáng)聲器44處的可 聽警報，在圖形顯示屏上的可視顯示(例如，諸如"UV超出了安全水 平！避免長時期的暴露！"的消息)，等等。
在圖2中示出了本發(fā)明的實施方式的方法步驟。具有在兩個單獨 頻帶(例如，可見頻帶和UV頻帶)中的輻射的環(huán)境輻射52入射在 傳感器處。如上所述，優(yōu)選地有兩個傳感器48a和48b，但當(dāng)濾波器 50可移動或者在另外的情況下可調(diào)節(jié)而具有在一個頻帶上的不同輻 射衰減而也影響其對另一頻帶的濾波，以及存儲第一感測信號用于之 后與第二感測信號合并時，也可以僅用一個傳感器執(zhí)行該方法。對于
圖2中的方法，詳細(xì)描述了兩個傳感器的實施方式。在框54處，第 一傳感器48a感測第一頻帶的輻射，在框56處，輸出參考信號。優(yōu) 選地同時，在框58處，濾波環(huán)境輻射52的輻射的第一頻帶，并且規(guī) 定在第一頻帶中的濾波是出現(xiàn)于環(huán)境輻射52中的第二頻帶中的輻射 的函數(shù)。在示例性實施方式中，由濾波器50完成濾波的可見光的數(shù) 量依賴于在環(huán)境日光內(nèi)的UV輻射量，更多的UV光引起濾波器來變 暗，以及因而通過更少的可見光。繼而，在框60處，感測經(jīng)濾波的 可見光，而在框62處輸出經(jīng)濾波的信號。
接下來，如上面的數(shù)學(xué)說明中詳述的，在框64處，合并這兩個
信號來確定差信號，以及在框66處，確定在第二頻帶(UV頻帶)中 的輻射量。在框68處，將此值存儲在存儲器中，以及優(yōu)選地在一些 時間段上(依賴于對不同時間段上與健康相關(guān)的UV暴露數(shù)據(jù)的可用 性，該時間段少至幾分鐘到多達(dá)8小時或更久)對此值求平均。在框 70處，將平均值與存儲器中存儲的閾值相比較。如果超出閾值72, 則在框74處發(fā)出警告，諸如可聽警告或更優(yōu)選地是在圖形顯示屏22b 上的基于文本的通知。注意，相對于被考慮的本方法的更基本的要素， 框68、 70、 72和74是外圍的。
單點測量可能無法給出非?？煽康墓烙?例如，暫時遮住太陽的 云朵將相當(dāng)多地降低UV水平)。實際上，需要進(jìn)行多次測量，直到 測量結(jié)果看起來穩(wěn)定。此外，可以存儲多次測量，并隨時間累加，并 與時間特定的閾值比較。例如，與在更高的第二閾值短期暴露相比， 在第一閾值暴露8小時可能表現(xiàn)出更高的癌癥風(fēng)險。
可將存儲的差信號(或甚至成對的參考信號和經(jīng)濾波的信號)本 地存儲在MS 20中保持一段時間，并將其通信到一些中央網(wǎng)絡(luò)中心 (例如，因特網(wǎng)服務(wù)器)，隨著周期性地發(fā)送，所述中央集線器為每 個用戶收集數(shù)據(jù)，以及當(dāng)特定用戶所存儲和透射的差信號超出存儲在 中央網(wǎng)絡(luò)中心中的閾值時，發(fā)送警告。中央網(wǎng)絡(luò)中心布置中的優(yōu)勢在 于中央網(wǎng)絡(luò)中心可以跟蹤諸如在幾周或幾個月上的歷史暴露水平，而 在當(dāng)前實施方式中，MS 20典型地具有非常有限的存儲容量。
如同所有的測量系統(tǒng)，存在潛在的誤差源。傳感器48a、 48b的 失準(zhǔn)(decalibration )導(dǎo)致G(w)的值出現(xiàn)誤差，濾波器50的濾波響應(yīng) 的改變(例如，在彩色照相術(shù)(photochomasticy )中的改變)導(dǎo)致 D(w,U)的值較不精確，以及在環(huán)境保護(hù)覆蓋上的擦痕或污垢導(dǎo)致衰減 曲線A(w)不精確。在某些例子中，用戶希望確保有規(guī)律地校準(zhǔn)這些 組件。對于上文所述，與在背景技術(shù)部分中指出的那些檢測器相比， 僅將濾波響應(yīng)的改變^f見作特定于本發(fā)明。
盡管好的校正方法通常不簡單，能夠在室內(nèi)指導(dǎo)用戶執(zhí)行相對簡
單的校準(zhǔn)。這是自始至終D(w，UV)==l的情況。在等式[4]和[5]或等式 [6]和[7]的情況下，這意味著，如果存在差別，則衰減A和/或增益G 的值是錯誤的。盡管不可能知道哪個是錯誤的，但是能夠調(diào)整A*G 的乘積，直到它們相等。
認(rèn)識到溫度影響濾波材料的響應(yīng)，其中，在較冷的溫度下，濾波 材料更快速地響應(yīng)于入射UV光中的改變。沒有發(fā)現(xiàn)在響應(yīng)時間中的 差別影響最終的響應(yīng)(例如，變暗的水平)，僅影響其完成的快慢。 對于本發(fā)明的更重要方面在于精確的最終響應(yīng)，所以，沒有將溫度依 賴視作實質(zhì)性的考慮。對濾波材料的選擇能夠最小化對在較溫暖溫度 下的慢響應(yīng)的考慮。如果濾波器響應(yīng)速度是主要考慮的事項，那么在 下面的仿真中類似的Transitions⑧將不被視作最可用的材料，這樣， 可以引入其他商業(yè)可用或依然在開發(fā)的材料。
當(dāng)完全暴露于日光時，可以發(fā)現(xiàn)傳感器48a和48b飽和。這可以 通過染色非濾波覆蓋(在傳感器48a、 48b 二者之上)，或通過選擇 適度地不必考慮其飽和的特定傳感器而避免。在任一情況下，在避免 可見光的高水平下的飽和與在低水平下的敏感度之間存在著設(shè)計權(quán) 衡。然而，在自然光照環(huán)境下，日光的低水平也意味著UV的低水平， 這樣，當(dāng)將本發(fā)明用作涉及健康的監(jiān)視器時，不將在低可見光水平的 敏感度視為特殊問題?？梢赃x擇傳感器和染色來僅為避免在最強(qiáng)烈可 想象的熱帶日光中的飽和，其避免了在適度地可期待的最極端環(huán)境中 的飽和，而依然維持了與實踐中 一樣多的低水平的敏感度。
將認(rèn)識到上述實施方式在某些非自然光情況下可能不精確地在 量化UV光的原理上操作，這些情況中，出現(xiàn)UV光，但卻少有自然 光。將此情況視為在受限環(huán)境中出現(xiàn)UV日光浴室、具有"黑光(black light)，，效果的迪斯科舞廳等?？梢酝ㄖ脩羯鲜鰧嵤┓绞絻H在自然 光條件下的量化UV水平是精確的，或者限制傳感器48a、 48b (或?qū)?現(xiàn)軟件)僅當(dāng)可見光水平超過閾值水平時才操作。
下面示出出了一些發(fā)明人已經(jīng)得出的仿真結(jié)果。已知諸如在房間 或車輛的窗戶中的清潔玻璃阻擋基本上所有的UV光和高達(dá)50%的可見光。認(rèn)為玻璃的透光度與可見光的波長無關(guān)。圖3示出了在五種暴 露水平下的經(jīng)仿真的通量對波長的響應(yīng)。最下方的數(shù)據(jù)線對應(yīng)于處于 室內(nèi)(例如，清潔玻璃作為濾波器)，而最上方的數(shù)據(jù)線對應(yīng)于戶外 (未濾波)的輻照度光語。中間的數(shù)據(jù)線是在那兩種極端情況之間的 線性內(nèi)插。
圖3至圖6的數(shù)據(jù)仿真了在高UV水平和低UV水平具有類似于 Transitions⑧材料的漸進(jìn)表現(xiàn)的材料，但為了完整，對中間水平進(jìn)行了 內(nèi)插。圖4示出了與圖3中的數(shù)據(jù)線類似的近似值。最上方的數(shù)據(jù)線 是當(dāng)沒有出現(xiàn)UV時(被動狀態(tài))的已知透光度。最下方的數(shù)據(jù)線是 當(dāng)UV水平已達(dá)完全飽和時(將其假設(shè)為戶外水平)的已知透光度。 在極值之間已經(jīng)內(nèi)插了中間水平。
因而，對于每個暴露水平，在濾波材料中存在不同的波長頻譜和 不同的透光度譜。繼而，全積分的通量將依賴于UV暴露水平而不同。 繼而，在圖5中為五種遮蔽狀態(tài)中的每個計算在濾波材料(表示為主 動層)和僅環(huán)境覆蓋(表示為被動層)之間的差，其中O.O代表室內(nèi) (無UV光)而l.O代表戶外。在濾波(主動層，較低數(shù)據(jù)線)和僅 環(huán)境覆蓋(被動層，較高數(shù)據(jù)線)之間的通量差大致線性增長，并且 可將其用于估計UV通量。
圖6示出作為UV暴露水平的函數(shù)的差比率[(被動-主動V被動]。 在增量比率中，10%的誤差導(dǎo)致在UV比率中 20%的誤差。沿著圖6 的水平軸的增量比率是主動流量與被動流量(參看圖5)的比率。沿 著圖6的縱軸的UV暴露比率是對應(yīng)的UV水平與飽和UV水平的比 率(利用使特定向光性材料飽和的UV通量除UV通量)。因而，使 用仿真數(shù)據(jù)的該方法不像發(fā)明人優(yōu)選的商用產(chǎn)品那樣穩(wěn)定?？梢詼y試 當(dāng)前可用的多種光敏材料的任何一 些來提高穩(wěn)定性。
從圖7A和圖7B可見，響應(yīng)于UV光水平而改變可見光濾波的 濾波材料響應(yīng)能夠花費(fèi)幾分鐘時間來達(dá)到完全飽和。圖7B不是時間 行為的真實測量，而是仿真；在此時間點上，發(fā)明人對主動材料透光 度(圖4)的時間發(fā)展并沒有精確的了解。然而，如果假設(shè)在到達(dá)最
終活躍水平之前，透光度語隨時間線性變化，那么能夠估計出對時間 依賴性的粗略估計?？梢?，由于系統(tǒng)是線性的，可以翻轉(zhuǎn)時間依賴性， 使得在已知間隔進(jìn)行兩次測量給出比單次測量更精確的關(guān)于UV暴露 水平的值。
在圖8中示出的仿真，針對多種UV暴露水平繪制了差比對時間 的曲線圖，示出使用一些近似和有根據(jù)的猜測，上述實施方式的基礎(chǔ) 原理對當(dāng)前現(xiàn)存濾波材料有效。在圖8中，最下方的數(shù)據(jù)線代表無
uv暴露，而最上方的數(shù)據(jù)線代表完全uv暴露(自然日光)。
注意，本發(fā)明不限于使用可見光傳感器解析UV光，這里更廣泛
的教導(dǎo)涉及通過在一個頻帶中感測輻射而解析在另一個頻帶中的輻 射，以及使用在第 一頻帶中的響應(yīng)依賴于在第二頻帶中的輻射的濾波 器濾波。能夠注意到，沒有任何一個傳感器感測在第二頻帶中的輻射， 通過基于差信號值的推斷而量化第二頻帶中輻射的存在。
盡管在特定實施方式的上下文中已經(jīng)描述，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言，顯然可以對對這些教導(dǎo)進(jìn)行大量的調(diào)整和多種變化。因而，雖然 已經(jīng)特別地用這里的一個或多個實施方式的展示和描述了本發(fā)明，本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以做出特定的調(diào)整和改變而不脫離上面所列 出的本發(fā)明的范圍和精神、或者后面的權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于量化輻照度的方法，包括感測第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度；濾波在第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度，其中所述濾波是第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度的函數(shù)；感測所述經(jīng)濾波的輻照度；通過合并所述所感測的輻照度與所述所感測的經(jīng)濾波的輻照度，來計算在所述第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二輻射頻帶處于紫外 輻射頻帶內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一輻射頻帶處于可見 光輻射頻帶內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過第一傳感器感測在所述 第 一輻射頻帶內(nèi)的輻照度，以及通過第二傳感器感測所述經(jīng)濾波的輻照度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中感測所述第一輻射頻帶內(nèi)的 輻照度和感測經(jīng)濾波的輻照度基本上是并發(fā)的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在存儲器中存儲經(jīng)計 算的所述第二頻帶內(nèi)的輻照度，將所述存儲的經(jīng)計算的輻照度與存儲的 閾值相比較，并在執(zhí)行所述方法的設(shè)備上提供用戶可察覺的輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述設(shè)備包括移動臺。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二輻射頻帶內(nèi)的輻照 度的所述函數(shù)是非線性的。
9. 一種設(shè)備，包括第一傳感器，具有用于提供在第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度的參考信號 的輸出；在光學(xué)上串聯(lián)的濾波器和第二傳感器，所述第二傳感器具有用于提 供在所述第一輻射頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信號的輸出，其中所述濾2波器操作以在所述第一輻射頻帶中按照在所述第二輻射頻帶中的輻照度的函數(shù)來濾波輻照度；以及處理器，所述處理器具有耦合到所述第一和第二傳感器的所述輸出的輸入，用于從所述參考信號和所述經(jīng)濾波的信號確定在所述第二輻射 頻帶中的輻照度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第二輻射頻帶處于紫外輻射頻帶內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述第一輻射頻帶處于可見光輻射頻帶內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中配置所述第一傳感器和第二傳感器來提供參考信號和經(jīng)濾波的信號的各自的同時輸出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括耦合到所述處理器的存儲介質(zhì)，用于存儲所述經(jīng)確定的輻照度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括圖形顯示屏和揚(yáng)聲器之一，用于基于所述所確定的輻照度的所述值來向用戶提供所述確定 的輻照度的指示。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所迷的設(shè)備，其中在所述第二輻射頻帶中的輻照度的濾波函數(shù)是非線性函數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其實現(xiàn)于移動臺內(nèi)。
17. —種設(shè)備，包括用于測量第 一輻射頻帶中的輻照度的裝置；用于根據(jù)在第二輻射頻帶中的輻照度的函數(shù)而在所述第一輻射頻帶中濾波輻照度的裝置；以及用于通過比較利用和不利用所述濾波裝置在所述第一頻帶中測量的輻照度而解析在所述第二頻帶中的輻照度的裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述用于測量輻照度的裝置包括可見光傳感器，以及所述用于濾波的裝置包括光敏濾波器，所述光敏濾波器對可見光的透明度根據(jù)在所述紫外線頻帶中的輻照度的函數(shù)而改變。
19. 一種機(jī)器可讀指令的程序，其有形地物化在信息承載介質(zhì)上， 并可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行，來執(zhí)行針對量化在第 一輻射頻帶中的輻照 度的動作，所述動作包括接收參考信號和第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信號；訪問信息承載介質(zhì)來獲得直接相關(guān)于增益的至少 一個值，通過所述增益，將所述參考信號從所述第一輻射頻帶中的輻照度變換；使用所述增益、所述參考信號和所述經(jīng)濾波的信號，來確定在第一輻射頻帶中的輻照度的值。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的程序，其中從具有覆蓋的至少一個傳感器接收參考信號和經(jīng)濾波的信號； 其中直接涉及增益的所述值包括增益值；其中訪問進(jìn)一步包括獲得涉及所述傳感器覆蓋的衰減值以及可見 光和UV光之間的關(guān)系；以及進(jìn)一步地，其中確定在所述第一輻射頻帶中的所述輻照度的值 包括使用所述增益值、所述參考信號、所述經(jīng)濾波的信號、所述衰減 4直和所述關(guān)系。
21. —種設(shè)備，包括傳感器，具有用于提供第 一輻射頻帶內(nèi)輻照度的參考信號的輸出； 濾波器，可相對于所述傳感器移動到與其光學(xué)串聯(lián)或不與其光學(xué)串 聯(lián)，用于當(dāng)與所述傳感器光串聯(lián)時，引起所述傳感器根據(jù)所述第一輻射 頻帶中的輻照度的函數(shù)而輸出第二輻射頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信 號；計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，用于存儲所述參考信號和所述經(jīng)濾波的信號 的至少一個；以及處理器，其具有耦合到所述傳感器的所述輸出以及耦合到所述存儲介質(zhì)的輸出的輸入，用于從所述參考信號和所述經(jīng)濾波的信號確定所述 第二輻射頻帶中的輻照度。
全文摘要
一種用于量化輻照度的設(shè)備，該設(shè)備具有第一傳感器，第一傳感器具有用于提供在諸如可見光頻帶的第一頻帶內(nèi)的輻照度的參考信號的輸出。濾波器和第二傳感器在光學(xué)上串聯(lián)，使得對在第二傳感器處感測的輻照度濾波。第二傳感器輸出在第一頻帶內(nèi)的輻照度的經(jīng)濾波的信號。尤其是，濾波器根據(jù)在諸如UV光頻帶的第二頻帶內(nèi)的輻照度的函數(shù)來濾波在第一頻帶內(nèi)的輻照度。在示例性實施方式中，利用隨著UV輻照度的增加而變暗的材料制造濾波器。處理器具有耦合到第一和第二傳感器的輸出的輸入，用于從參考信號和經(jīng)濾波的信號來確定在第二頻帶中的照度。提供了用于處理器的數(shù)學(xué)公式，以及方法和實現(xiàn)在介質(zhì)上的計算機(jī)程序。也描述了單個傳感器實施方式。
文檔編號G01J1/42GK101346613SQ200680048809
公開日2009年1月14日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者J·瑪克拉, K·奧雅拉, T·托克科南, T·科勒邁南 申請人:諾基亞公司