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[健康]解析VSON新型数字荧光剂检测笔,家庭观察物质荧光更方便准确 [复制链接]

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— 本帖被 香瑶 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-01-02) —
前言
    荧光,是一种光致发光的冷发光现象。当某些物质内部的原子经某种波长的光(通常是紫外线或X射线)照射,原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道,从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等,吸收光能后进入激发态,恢复到基态时,能量会以光的形式释放,产生荧光。很多荧光物质一旦停止照射,发光现象也随之消失;有一些物质在照射光撤去后仍能较长时间发光,这种现象称为余辉(例如,有的钟表指示表盘)。在家庭中,观看物质荧光,常常用到紫光灯或紫光LED电筒,但只能定性不能定量。随着颜色传感器的问世,数字荧光剂检测笔应运而生,使得在家中定量观察物质荧光非常方便快捷。
    
一、仪器概况

仪器外观

装在纸盒中:





从纸盒中取出,VSON牌,超便携式:



技术指标:




检测笔前端的检测窗口,内有颜色传感器、白光LED、紫光LED:




检测笔后部的显示窗口,采用LED显示器:




检测笔使用一节5号电池,相当省电:




仪器工作模式

该检测笔有三种工作模式:数字检测模式、紫光电筒模式、白光电筒模式。
数字检测模式工作示意图如下,将被测物体表面紧贴检测窗口,按下检测按钮保持1秒钟,即可从尾部的数显窗读出数值:




若要用紫光电筒模式(例如,照射纸币的荧光防伪标识),长按第二个按钮,发出紫光,松开按钮即关闭:




要用白光电筒模式,短按第二个按钮,发出白光,再按一下即可关闭:




二、拆解

从电池仓两端拆下两颗固定螺丝:


很容易取下底盖,看见内部电路板:


再拆下主板上两颗固定螺丝:


取下主板:








三、主要元件及功能

主板上元件分布:




电路板上有两路1.5伏DC-DC升压电路,其电源管理IC分别是U2、U3。U2的型号33-1a(3.3V/1A),为单片机U1及系统供电;U3的型号3036(3.0V/36mA),单独为白光LED供电;D1、D2是肖特基二极管(型号SS14  1A/40V),C1、C2、C7是电源滤波电容,L1、L2是续流电感(220μH)。


电路板上的U1,是合泰公司(HOLTEK)HT66F0185单片机,该单片机是一款内置EEPROM A/D型具有8 位高性能精简指令集的Flash 单片机。内建8/12/16MHz振荡器,无需外部元件,多达26 个双向I/O 口,软件控制6个SCOM/SSEG口和18 个SSEG口1/3 bias LCD驱动,可编程输入/输出口源电流用于LED,可直推动LED / LCD,不须外挂限流电阻或三极管,大幅简化产品应用零件及降低成本。该系列单片机广泛应用于各种产品中,例如电子测量仪器、环境监控、手持式测量工具、家庭应用、电子控制工具、马达控制等方面。
电路板上的Q1、Q2、Q3 采用贴片P沟道场效应管,型号A1SHB(20V/2.3A/1.25W),分别驱动紫光LED、颜色传感器及白光LED。




这是检测窗口的光窗片:




由于普通玻璃对紫外线衰减很大,而紫外线能透过石英玻璃,所以光窗片是采用石英材料制作的。紫外线的穿透能力,不是人们想象中那么高,含铅玻璃、塑料、纸片等都会大幅减低其照射强度。所以仪器在使用前,应用医用酒精纱布擦拭光窗片,清除油渍、手汗及灰尘,以免影响紫外线穿透率及照射强度,造成检测误差大。



检测窗内的元件,有颜色传感器、紫光LED、白光LED:





这是颜色传感器:




这颗颜色传感器是美国TAOS公司推出的可编程彩色光/频率转换器,型号TCS230:




传感器相关知识:TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装,在单一芯片上集成有8X8=64个光电二极管。其中16个光电二极管带有红色滤波器;16个光电二极管带有绿色滤波器;16个光电二极管带有蓝色滤波器,其余16个不带有任何滤波器,可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的,能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性,从而增加颜色识别的精确度;另一方面,相同颜色的16个光电二极管是并联连接的,均匀分布在二极管阵列中,可以消除颜色的位置误差。工作时,通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器,该传感器的典型输出频率范围从2Hz-500kHz,用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子,或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围,提高了它的适应能力。

TCS230把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上,同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器,是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器,TCS230的输出数字量信号,可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入,因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接,由于输出的是数字量,并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度,因而不再需要A/D转换电路,使电路变得更简单。
正是由于采用了这颗新型的传感器,大大简化了本仪器的电路结构。TCS230的引脚和功能框图如下:




这是紫光LED,采用365nm的2835紫外线LED灯珠:




这是白光LED,采用2835正白光灯珠:





仪器测量数值显示,采用GS-16171CR1-A LED数码显示组件:


数值显示窗口的红色滤光片,使观看效果更好:




根据拆机情况,绘出电路原理框图:


检测笔工作原理:开机后,1.5V电源经DC-DC电路转换为3.0V和3.3V供仪器电路使用,其中3.0V单独为白光LED提供电源,3.3V为系统提供电源。按1秒检测按钮(K1),单片机接通紫外LED及颜色传感器,紫外光照射到被测物体表面,反射回的荧光被颜色传感器接收,将荧光强弱转换为不同频率信号,送入单片机按照内置固化程序分析处理,结果由LED显示器显示,10秒钟后,机器自动断电,节约电池;长按电筒模式按钮(K2),单片机接通紫外LED,此时颜色传感器不工作,单纯进入紫光电筒模式,松开按钮即关断;短按一下电筒模式按钮(K2),单片机接通白光LED,进入白光电筒模式,使用完后,再按一下按钮即关断。


四、使用情况

检测妇婴纸巾:





检测纺织品:




检测墙纸:



检测人民币的情况,不同的位置荧光值不同:



用紫光灯电筒模式,观察人民币的情况:




结束语
    新型颜色传感器的运用,使得光度计这类仪器的电路设计大大简化,工作更稳定,测量更精准,故障率更低,体积进一步缩小,便于携带和现场检测使用,成本降低,更容易进入家庭,有益于提高人们生活质量。这款数字荧光剂检测笔属于家用级,精度满足普通要求。家中有一支数字荧光剂检测笔,可以方便地检测日常生活用品,特别是有小baby的家庭值得考虑。(本人曾发过类似文章,现完善后发本坛,希望对坛友们有用)

祝坛友们2018年新年好!元旦快乐!
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只看该作者 37楼 发表于: 01-14
楼主,实际使用体验如何啊?

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离线江户川

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只看该作者 36楼 发表于: 01-14
貌似文字有一部分是商家那边的,听上去好像
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只看该作者 35楼 发表于: 01-13
能不能把价格给一下
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接受科普了,这么多东西
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又学习了,不错。
在线zzpt

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只看该作者 32楼 发表于: 01-08
感觉这东西挺实用
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只看该作者 31楼 发表于: 01-07
回 bboroo 的帖子
bboroo:啥时候能把检测地沟油、转基因食品的检测仪做到这么小就好了 (2018-01-06 16:20) 回 bboroo 的帖子

地沟油的还真差不多大,我玩过某食药监领导出去执法的,电筒大小,可以即时显示食用油酸度 荃类 机杂之类的指标
离线sumandigit

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只看该作者 30楼 发表于: 01-06
东西不错,.发个链接出来吧

楼主留言:

tb上有售,但最近好像没有搞活动,有点小贵。

离线2005qq8

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只看该作者 29楼 发表于: 01-06
謝謝分享,楼主拆解的很仔细啊
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