Electronics Project 127 – Making A Simple
UV-light Meter
概要 Introduction
長く続いたコロナ禍の間に、紫外線が日常生活で使うスマホ、メガネ、あるいはテーブルとかいったものの殺菌、消毒に有効だ言われて、様々な機器が販売されてきた。ほんとうにそれらが有効かどうかを調べるには、紫外線測定器が必要、しかし、測定器は最低でも１万円以上と結構高い。探してみると、割と安価に入手出来る紫外線センサーや紫外線光源が数多く存在することが分かった。今回は、簡易紫外線測定装置を製作し、数種の紫外線源からの紫外線強度を測ってみることにした。
To evaluate the strength of environmental UV light, I built a simple UV-Light Meter using two components, UV sensor ML8511 and DCDC regulator 3.3V. The completed U- Light Meter could measure the strength of UV light from several UV-LED light sources available in the market though its accuracy was unable to evaluate properly.
回路図 Circuit Diagram: 下の Fig. 1 のように、紫外線線量計は紫外線センサー(秋月電子)と三端子DC/DCレギュレータ3.3V(秋月電子)を結線して作成した。
Fig. 1
Photo 1 は紫外線センサーに添付されてきた説明書。このセンサーはUV-A（４００−３１５ｍ）とUV-B（３１５−２８０ｎｍ）に反応することが分かる。
Manual in Japanese.
Photo 1
Photo 2 は紫外線センサーの受光部を拡大撮影したもの。基板に８本のピン（裏側）をハンダ付けする必要があったが、熱に弱いPhoto diodeやコンデンサーが載っているのですばやく行うことが重要。実際、加熱し過ぎで１個破損してしまった。
Enlarged
photo of UV-light sensor sensing area.
Photo 2
Photo 3 は完成した紫外線線量計を示す。基板の中心部にある黒いものが三端子DCDCレギュレータ3.3Vで、その下が紫外線センサーである。この線量計には外部からDC12Vを三端子DCDCレギュレータに供給し、センサーからの２本の出力線を外部テスターにつないで電圧を測定する。
Completed
UV-Light Meter.
Photo 3
Photo 4 は紫外線線量計のセンサー部に、紫外線光源を当てていない時の電圧出力をテスターで測定したもので、１Vに近い値が出力されること分かる。
The output voltage
from the meter, about 1.0V, when there is no noticeable UV light source.
Photo 4
使用した紫外線光源 UV
light sources used
1. Photo 5 は１００均セリアで購入したUSBステックタイプのUV-LEDライトというもので、消費電力は1.2Wで波長は４０5nm..
USB stick-type UV-LED light with 1.2W, 405nm.
Photo 5
2. Photo 6 は秋月電子の基板付き３W紫外線パワーLEDで、３６５nmの波長を持つ。発熱が大きいので、アルミ片に載せ、遮蔽のためのプラスチックカバーに収納。カバーの側面には小型のDC１２Vフアンが冷却目的で取り付けてある。
3 Watt UV high-power LED with 365nm mounted on heat sink cooled by a fan.
Photo 6
Photo 7 はカバーの上側を示す。中心部に見えるのは秋月電子の定電流方式ハイパワーLEDドライバモジュール（３W１個点灯用）で、ここではAC100VDC12Vアダプタを電源にし、６５０ｍAがLED点灯に消費される。
Constant current type high-power LED driver module (650mA) mounted on the plastic sealing cover with DC 12V power supply.
Photo 7
3. Photo 8 はダイソーで入手した各種UVレジン液を硬化させるUV-LEDライトの説明書で、３６５−４０５ｎｍの波長で出力５Wのハイパワー、電源はUSB５V１Aである。UV-LEDが６個も付いて３３０円と極めてコスパが高い。
Manual of the UV-LED light source for hardening various types of resin with a wavelength range of 365-405nm.
Photo 8
Photo 9 は上から見たUV-LEDライト、手前下縁の左方に電源スイッチ、右方にUSBの差込口がある。
Top view of the main body equipped with power switch and USB connecting socket.
Photo 9
Photo 10 は下から見たUV-LEDライト、６個のUV-LEDが組込んである。
The back-side view of the main body, 6 leds visible.
Photo 10
Photo 11 はスイッチを入れて照射をしている様子である。
The 6 leds are turned on.
Photo 11
紫外線線量計による測定結果の評価 Evaluating the measurement results of the UV-LED light sources by UV-Light Meter
Photo12 は紫外線波長＝３６５ｎｍの時の、紫外線強度（光強度）と紫外線線量計からの出力電圧の関係を示すグラフである。上記秋月電子の紫外線センサーモジュール説明書の一部からコピーしたものである。このグラフではモジュールへの供給電圧がVdd＝３．０Vになっているが、今回は供給電圧が３．３Vとちょっと高いので、直線の勾配はちょっと大きくなり、光強度０での出力電圧は約１Vで、光強度１５では多分３．３V、この２点を結ぶ直線が紫外線強度と紫外線線量計からの出力電圧の関係になるものと思われる。 グラフの中にそんな直線を点線で加えてみた。
Relationship between the output voltage from UV-Light Meter and UV-light strength (mW/cm2) at 365nm when a supply voltage is 3.0V. Due to the use of DC 3.3V, instead of 3.0V as shown in the graph, this time, a dotted straight line was added as a new calibration curve.
Photo 12
Photo 13 は今回の紫外線センサーが感度を示す波長域を示している。センサーの受光部に２８０ｎｍから徐々に波長幅の大きい波長,
最大５６０ｎｍまでを当てた時に得られるセンサー感度である。２８０−４００ｎｍ間の感度が高い。
Wavelength range sensitive to the UV sensor ML8511 (280-400nm).
Photo 13
Photo 14 は紫外線線量計からの出力Vout、UV強度、UVインデックスの関係を示すグラフである。
Relationship among the outpu voltage from UV-Light Meter, UV-light strength and UV-index.
Photo 14
Photo 15 は紫外線の人体に与える影響を分かりやすくするために導入された、UVインデックスという概念の説明である。
Explanation of UV-index values.
Photo 15
紫外線線量計で各種UV-LED光源を測定してみた Measurement
of three UV-LED light sources using the completed UV-Light Meter
1. Photo 16 はUSBステックタイプのUV-LEDライトを、紫外線線量計のセンサー部に５ｍｍ位の距離に近づけた時の電圧出力である。１．５２９Vを示している。
この値は上記Photo １２ のグラフ上の点線直線から光強度（ｍW/ｃｍ２）４−５位に相当すると思われる。
The radiation from the USB stick-type UV-LED induces the output voltage of 1.529V from UV-Light Meter, which is equivalent to UV-light strength of 4-5 mW/cm2.
Photo 16
2.
Photo 17 は３W紫外線パワーLEDをセンサー部に被せた時の電圧出力で、 ３．３１２Vとほぼセンサーへの供給電圧に近い最大値を示している。 Photo 12 のグラフ上の点線直線から光強度（ｍW/ｃｍ２）は最大値の１５に相当し、強力な紫外線源と理解できる。
The radiation from the 3 Watt UV high-power LED induces the output
voltage of 3.31V from UV-Light Meter, which is equivalent to the maximum
UV-light strength of 15 (mW/cm2), showing that this UV-light source is very
powerful.
Photo 17
3. Photo 18 はレジン硬化用のUV-LEDライト（３６５−４０５ｎｍの波長で出力５Wのハイパワー）をスタンドを立てた状態で、センサーに当てた時に得られた電圧出力で、１．４７１Vは光強度４−５位に相当する。なお、６個の各LED光源をセンサー部に２−３ｍｍの距離に近付けると出力は３．３．Vと、最大値になり、強力な紫外線源であることが分かった。
The radiation from the UV-LED light source for hardening various types of resin induces the output voltage of 1.47V from UV-Light Meter, which is equivalent to UV-light strength of 4-5 (mW/cm2). However, if each led among the 6 leds is set close to the sensor of UV-Light Meter, the output voltage increases to 3.3V, the maximum value, indicating that the led is very powerful.
Photo 18
結論とコメント Conclusions
& Comments
1. 紫外線線量計の製作： 紫外線の強さを大まかな精度ではあるが、秋葉原で入手出来る部品で完成できた。費用は１５００円ほどだった。
2. コロナ禍で、スマホ、マスク、その他いろんなものをUVライトで殺菌する装置が出回り興味を持った。たまたま秋葉原のジャンク店で買い置きしてあった超廉価な紫外線殺菌装置（ガラス管状殺菌灯）の有効性を、今回製作した線量計で調べてみたら、全く紫外線が出ていないニセモノと判明した。
3. 紫外線線量計を製作するきっかけは、ダイソーでたまたま見つけたUV-LEDライトの照射で硬化するレジンというものが存在し、アクセサリ作りに利用されていることであった。紫外線で液状レジンが短時間で硬化する現象が興味深かった。
4.外出時に気軽に紫外線の強さを測る簡易測定ガジェットとして、以下のようなものが５００円位で売られている。上部の太陽の形をした部分が受光部で、紫外線が当たると、強さに応じて赤色の濃度が変化する。下の部分に比較のための４つの赤色濃度が印刷してある。左がUSBステックタイプのUV-LEDライトでの照射前、右が３０秒間くらい照射後。後者がVery highの一番濃い赤になっているのが分かる。
Simple UV Level Checker available in the market, \500.
5. 晴天の朝（２０２３年２月１１日９：１５am）、紫外線線量計を窓を開けて斜方向の太陽に向けて紫外線強度を測定してみた。出力は１．５Ｖで、ＵＶ−indexは４−５、「中程度」に相当。ネットで調べたところ、関東地方での日中快晴時の照度は１０万ルックス程度で、その中に含まれる紫外線は約５％で、約６ｍＷ/ｃｍ２という、今回の測定値１．５Ｖに相当するPhoto
12のグラフ上の値は４−５ｍＷ/ｃｍ２で、多少低い。測定が冬季で朝であることが数値の違いになったのではないかと思われる。紫外線のうちの約９０％はＵＶ−Ａだという。
I
measured the UV-light strength of the sun in the morning at 9:15 am on Feb. 11,
2023 by UV-Light Meter and found that it was 4- 5 mW/cm2, which is slightly
lower than about 6 mW/cm2 or the standard value in this region of Japan perhaps
due to differences in the measurement condition.