Sensores para Ultravioleta (ART4498)

Com o aumento da quantidade de aplicações que fazem uso de radiação ultravioleta, a necessidade de termos sensores que possam ser usados no monitoramento da presença deste tipo de radiação ou da medida da sua intensidade também é crescente. Assim, é justo que todo o profissional da eletrônica, maker, professor ou estudante deva saber como funcionam esses sensores e os tipos existentes. Neste artigo abordamos as principais tecnologias, com exemplos de tipos disponíveis no mercado.

Em princípio, dispositivos comuns como fotocélulas, CCDs. foto diodos Schottky, fotodiodos e fototransistores possuem uma certa sensibilidade ao espectro ultravioleta o que permite o seu uso como sensores para este tipo de radiação.

Por exemplo, os sensores CCDs usados em câmeras, possuem uma certa sensibilidade ao ultravioleta e mais ao infravermelho, o que permite seu uso em termômetros sem fio.

No entanto, para a detecção da radiação ultravioleta, sensores específicos são usados em muitas aplicações, havendo tipos disponíveis no mercado. Analisemos os sensores MOS.

Na figura 1 temos a estrutura básica de um dispositivo sensor de radiação ultravioleta baseada neste tipo de semicondutor.

 

Figura 1 – O sensor MOS
Figura 1 – O sensor MOS

 

O silício tem uma característica bastante ampla de absorção de radiação de curto comprimento de onda, a capa muito fino de óxido produz um efeito de tunelamento para a radiação o que permite detectar a absorção dos fótons.

É muito mais simples implementar esta estrutura do que a que se exige, por exemplo, no caso de um fotodiodo.

As aplicações práticas são muitas, indo desde a medida da intensidade de fontes de ultravioleta artificiais até fontes naturais, como o sol. Lembramos que a radiação ultravioleta que chega até nós, maior em intensidade em determinados horários, tem efeito perigoso para a nossa pele, podendo causar câncer.

Medidores de ultravioleta podem ser importantes para se evitar a exposição excessiva.

Desta forma, encontramos no mercado diversos sensores de radiação ultravioleta, em muitos casos com os circuitos de apoio que permitem seu uso diretamente com microcontroladores. Daremos a seguir exemplos.

 

Módulo UVM-30A para Arduino

O módulo sensor UVM-30A consiste num circuito que é indicado para a medida da radiação ultravioleta na faixa de 200 nm a 370 nM (UVB) com alimentação de 3 a 5V. Na figura 2 temos o seu aspecto.

 

Figura 2 – O modulo UVM-30A
Figura 2 – O modulo UVM-30A

 

 

O sinal de saída consiste numa tensão de 0 a 1 V e a corrente varia entre 0,06 e 0,1 mA. Este dispositivo é especialmente indicado para aplicações na detecção da radiação ultravioleta solar.

Nota: este sensor pode ser adquirido na Curto-Circuito ( https://www.curtocircuito.com.br/sensor-de-raios-ultravioleta-uv-uvm-30a.html )

 

VEML6070 Sensor UV da Vishay

O sensor UV VEML6070 da Vishay usa a tecnologia CMOS que analisamos neste artigo para medida da intensidade da radiação ultravioleta tipo A. Na figura 3 temos o invólucro deste componente e seu circuito equivalente em blocos.

 

Figura 3 – Aspecto e circuito em blocos.
Figura 3 – Aspecto e circuito em blocos.

 

 

Este sensor tem uma interface I2C que permite sua comunicação com dispositivos de processamento, tais como microcontroladores.

Conforme podemos ver pelo diagrama de blocos, ele utiliza uma estrutura equivalente a um fotodiodo CMOS para detectar radiação na faixa de aproximadamente 300 a 450 nm conforme o gráfico de resposta relativa dado na figura 4.

 

Figura 4 – Curva de resposta de frequência
Figura 4 – Curva de resposta de frequência

 

 

Na figura 5 temos uma aplicação prática em que este sensor é usado com um microcontrolador.

 

Figura 5 – Diagrama de aplicação
Figura 5 – Diagrama de aplicação

 

 

Observe a faixa de tensões de alimentação do circuito de 2,7 a 5,5 V. O application note deste componente pode ser baixado em: https://br.mouser.com/datasheet/2/427/veml6070-1767627.pdf 

No datasheet indicado, o leitor poderá encontrar todas as informações que necessita para um projeto prático.

Um exemplo é dado a seguir em que fornecemos algumas informações para seu uso como sensor para aplicações de monitoramento UV solar.

Temos então a curva espectral da radiação solar mostrada na figura 6.

 

Figura 6 – Espectro solar com ênfase na radiação ultravioleta que pode ser do tipo A, B ou C.
Figura 6 – Espectro solar com ênfase na radiação ultravioleta que pode ser do tipo A, B ou C.

 

 

Na figura 7, obtida do manual de aplicações do componente, observamos que a maior parte da radiação A e B chega até a terra, enquanto que a radiação C tem sua parte bloqueada pela atmosfera.

 

Figura 7 – O ultravioleta que chega até nós
Figura 7 – O ultravioleta que chega até nós

 

 

Segundo se constatar, a radiação da baixa B (UVB) tem um elevado potencial ionizante, podendo ser perigosa para a pele. Isso ocorre, principalmente nos comprimentos de onda de 280 a 320 nm.

Segundo se constata esta radiação é responsável por 65% dos casos de câncer de pele.

Assim, existe uma escala que permite avaliar a periculosidade desta radiação em função de sua intensidade, conforme mostrado na figura 8.

 

Figura 8 – Índice ultravioleta
Figura 8 – Índice ultravioleta

 

 

Com o VEML6070 é possível ter uma medida da intensidade desta radiação simplesmente com a leitura de sua saída.

No application note indicado temos informações adicionais importantes para um projeto como as curvas de diretividade, modo de montagem numa placa e programação.

 


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N° do componente 

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