文章编号：1007-757X(2021)06-0202-03
王颖
(吉林大学第一医院二部应中心，吉林长春130031)
摘要：由于消毒环境的变化，常规消毒制度很难满足现场紫外线消毒要求，要么消毒不足，要么过度消毒。针对上述问题!结合微控制器设计了紫外线自动检测消毒系统。系统可实现现场紫外线自动检测，并根据检测结果及时调整辐照度和消毒时间，以满足现场消毒要求。此外，融入了递减算法抗干扰措施，提高了系统自动检测精度。该设计为紫外线消毒设备及系统的改造提供了参考，具有一定的应用价值。 关键词：紫外线消毒；辐照度；微控制器；递减算法
中图分类号：R187+.4文献标志码：A
Design of Ultraviolet Automatic Detection and Disinfection System
WANG Ying (DisinfectionandSupplyCenteroftheSecondDepartment,theFirstHospitalofJilin University,Ch
angchun130031,China) Abstract:Due to the change of disinfection environment,the conventional disinfection system cannot meet the requirements of ultraviolet disinfection,either insufficient disinfection or excessive disinfection.Aiming at these problems,combined with mi-crocontraller,an automatic ultraviolet detection and disinfection system is designed.The system can realize the automatic detection of ultraviolet rays on site,and adjust the irradiance and disinfection time according to the detection results,so as to meet the requirements of disinfection on site.In addition,the system integrates the anti-interference measures of the decreasing algorithm to improve the automatic detection accuracy.The design provides a reference for the transformation of UV disinfection equipment and system,and has a certain application value.
Key words:UV disinfection；irradiance；microcontroller；decreasing algorithm
0引言
紫外线常用在室、实验室院科室等环境，由于环境的变化使得传统的定时制能达到，丿合适的量才能达到的宇效在医用环境下，紫外线量时间和紫外线辐照度的乘积⑵。由出，影响紫外线的因素有，时间&，消毒时间的准确判1的精准测量是本设计的关键&
1关键因素研究
1.1辐照度的测量
尾气吸收塔
用，紫外线的测量常常使用器法，此外还要确同紫外线的，根据匸效果来选择不同紫外线波段的器&文献研究，须紫外线最佳的波段为240—280nm，属于紫外线C波段范围(C波段具有快速消毒效果)。经过反复试验，现将最佳确254.2nm[3]。
紫外线函数与标准的辐照计响应函数趋同，因此可得到示值为式(1)。
Euv—P2E e(A)S(A)r(A)dA(1)
+1其中！1和-表示通带宽度范围，即-1;Ee(-)、S (-)、(-)分别表示绝对光谱辐照度、光谱灵敏度和光谱透过率&
式(1)所得到的辐照度示值是紫外线接收面与入射紫外线垂直情况下的示值&但通常下，探测器轴线会与紫外线入射夹角，而发射光源也源，这样会导量准确&，本文的紫外线自动系统利用余弦修理，设计器，如图1所示&
图1紫外线探测器结构
图1中，滤光片为镀膜石英，c波段以外响应为1.5%、通带宽度为20nm，通过滤光片中心的紫外线波
长为254.2nm；将子紫敏硅光电池作为光电转换器，该电池具有较高的紫外线，响应峰值为280nm，属于C波段范
作者简介：王颖(1969-)，女，本科，主管护师，研究方向：医疗科学仪器&
・
202
围；采用磨砂 玻璃作 弦修正器件&
紫外线 器的输出信号 安 的，因此难以直接 将其处理成数字信号& ，本设计首先将输出信号转 「 可放大的电压信号，并通过A/D 将电压信号处理为数字信 号，紫外线 器输出的电流信号转 大电压信号的电路原理图，如图2所示&
图2电流信号转变为放大电压信号的电路原理图
其中，采用AD8504作为运算放大器，双电容（G 和C2） 能 到 大电路的作用！ 自激振荡的产生&
1. 2 消毒时间的确定
用消毒规定，通常情况下对于医院等细菌、病毒
种类及数量较多的环境，紫外线辐射剂量要大于 1f105*W ・s/cm 2 &但在实际医院环境中，当辐射剂量大于 40 *
W/cm 2 # ）后，就要考 量 量 ：
问题。因此，本系统开发需要考虑安全、有效的消毒剂 量与 时间的关系&
院 环境中，紫外线消毒灯数量（总功率）是按照消
毒标准设定的，即1.5W/CM 3。根据真实医院环境，本实验
将相对湿度设 62%，环境温 25 P ，并保持紫外线灯电源电压稳定。根据医院场所消毒要求，本实验将消毒等级 分 通 、 1、 2 3! "是在普通消毒基础上增加40%消毒时间，以此类推，以增加消
量！ 分为8 ，最后得到 时间与测量的的关系，如图3所示
120 r
启日、w
fe tt w
100 二'、、
-……强消毒2----强消毒3
一普通消毒-一强消毒140 -20 ~~~~~~_____________________
0___________I ____I __________I ______I 70 80 90 100 110 120 130
辐照度/（|1W • cm-2）
涂料过滤器
图3消毒时间与辐照度的关系曲线
根据关系曲线，可列出数学模型为y = a ；b %0，通过线
得到为式（2）。
ln y — ln a ― b ln ;
（2）
通过对试验数据的分析，可得到普通消毒和强消毒相关 系数均大于8时的标准值为0. 704，所以可对数据进行线性
系拟合，并计算参数a （普通消毒）和b # ），最终得到
消毒时间与辐照度关系⑷为式（3）。T — aE b
（3）led防水模组
其 ,T 示 时间 ；E 示 &
将参数a 和b 代入式（3）中，结合探测器测量的紫外线
辐照度，即可得到相应的 时间& ，通过计算得到的普通消毒时间T 1和强消毒时间T q ］⑸为式（4）、式（5）。
T " — 3 792. 603 4E —"194
（4）
T qi — 19 213. 287 6E 7292
（5）
不同环境下，需要的紫外线消毒灯个数不同（即辐照度 大小），同时也需要增加相应的探测器来监控消毒是否 1。因此，辐照度E 可通过下式获得，如式（6）、式（7）。
E evn =
#
e/n （6）
i=1
E = 1/2（E m ” +E u ”）
（7）
其中，E min 表示最小辐照度；”表示紫外线灯数量；，表示第Z
紫外线灯的辐照度;E en 表示全部 数&将上述结果代入式（3）中即可计算出不同 下的消毒时间&由此可建立辐射剂量M 的计算式，如式（8）。
=—T A E
（8）
1. 3 干扰因素的消除
医院 环境中，紫外灯电源的电压通常为市电电
压，即220 W 士10%，电压的波动会对辐照度产生一定的影
响！ 环境的湿 温度也 动性，对 I
在 的 小 。 上 理 式 计算 的 射量, 与 需要的 射 量会 在 的 。
干扰因素的 ，本文自动 系统 入 算法来达到抗干扰的目的& 分 量 E，总辐射剂量M 减去 量 E，然 时间增加一分钟，直到M
止，即结束 & 算法的引入能
抵抗电压
动 素对 的 。
2系统设计及效果测试
2. 1
系统设计
为了实现紫外线自动检测，本文设计了消毒系统&本设
锰铁合金计 8路紫外线灯的监控 射量 ，基于嵌入式微控制系统，分 程监控 场 &其中，远程监控是通过总线与现场设备的连接来实现传输的，上位机主 要提供显示（ 时间、 ）、报警、消毒方式设定、自 动控制紫外线灯开 能；现场 紫外线灯、紫外线 器、信号放大电路、A/D 转换、多路开关、微控制系统、 通信总 线 , 场 也 报 警 能, 场 及 时汇报 整&系统框架 4 示&
|紫外线灯1円 探测器1卜》|调整电路1卜|紫外线灯2 |~a |探测器2卜调整电路2卜
|紫外线灯8円 探测器8 制调整电路8 —
一 多路开关密封杯
一
采样保持和A/D 转换
|键盘和显示卜~T 微控制器|
|上位机k ~T 总线接口 |
其他总线
图4系统架构
・
保温玻璃膜
203
该系统可提供最多8路紫外线消毒灯的控制和检测，并根据消毒环境情况调整紫外线灯的数量。为了满足大型消毒环境的需求，本系统还可以通过现场总线互联的方式进行扩展，使其消毒线路大于8路&
2.2效果测试
为了验证该系统的有效性和消毒效果，选取了某医院的真实环境进行测试。消毒效果评估前，需要对紫外线探测器精度和电压波动影响进行测试&方案如下：
通过对比测量法分析紫外线探测器与标定的辐照计测量结果来确定探测器的精度&本文采用UB-T28型紫外线辐照计作为标准，将其与本文设计的探测器置于紫外线灯管法线0.8m处，并读取两个设备的读数。为了测量结果准确，采用每组测量40次取平均值的方法，得到探测器精度结果，如表1所示&
表1探测器精度测试结果
标准值/ (*W/cm2)
测量值/
(*W/cm2)
偏差/
(*W/cm2)
对0
%
585832+0.32055
696857—0.43062
747315—0.85114
707068+0.68097
727113—0.87121
868696+0.96111
919205+1.05115
11211133—0.67059
由表1可知，本文设计的探测器其相对偏差均小于2%，说明精度较高&
为了验证本系统中抗干扰算法的有效性，采用每5分钟随机变换一次紫外线灯电源电压的方式(变化幅度不超过土10%)&采用标准生物样本来界定普通消毒、强消毒。和强消毒F的辐照度，如表2所示&
表2电压变化下不同消毒策略下的辐照度结果
供电电源/
V 普通消毒辐照度/
(*W/cm2)
强消毒。辐照度/
(*W/cm2)
强消毒F辐照度/
(*W/cm2)
2218992142 2269699148 236109111163 240121124177 231102105156 2117779128 2067173118 1915254106
通过实际消毒时间(生物样本界定)和根据辐照度通过理论算式计算的消毒时间进行对比，如表3所示&
表％实际消毒时间与理论消毒时间对比结果
辐照度
时间
min
理时间
min
偏差/
min
对
%通32331+1.134
强消毒。辐照度68672—0.812
强消毒F辐照度72708—1.217每组采用40次数据取平均值的方法，来提高数据的准确性&
由表2、表3可知，理论消毒时间和实际消毒时间存在微小偏差，但相对偏差不超过5%，符合/类环境卫生消毒要求，说明该系统建立的模型适合，提出的抗干扰n施有效&
3总结
为了避免紫外线过度消毒或消毒不足的问题，本文设计了紫外线自动检测消毒系统，该系统可根据消毒环境自动检测紫外线辐照度来设定消毒时间，以此满足现场对消毒剂量的要求&同时，为了消除市电电压波动对辐照度的影响，本设计还引入了递减算法抗干扰n施，提高了系统精度&由消毒效果测试可知，本系统探测精度高、时间设定准确，可以满足医院普通手术室和室的消毒需求&
参考文献
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(*2020.04.10)・204
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