การพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยตนทนตาเบองตน

โดย นางสาวศศมาภรณ โมกขาว

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต

ภาควชาฟสกส บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2561 ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

การพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยตนทนตาเบองตน

โดย นางสาวศศมาภรณ โมกขาว

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต

ภาควชาฟสกส บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2561 ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

PRELIMINARY DEVELOPMENT OF LOW-COST INSTRUMENT FOR MEASURING SOLAR ULTRAVIOLET RADIATION.

By

MISS Sasimarphon MOKEKAO

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for Master of Science (PHYSICS)

Department of PHYSICS Graduate School, Silpakorn University

Academic Year 2018 Copyright of Graduate School, Silpakorn University

หวขอ การพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยตนทนตาเบองตน

โดย ศศมาภรณ โมกขาว สาขาวชา ฟสกส แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต อาจารยทปรกษาหลก ศาสตราจารย ดร. เสรม จนทรฉาย

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ไดรบพจารณาอนมตใหเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต

คณบดบณฑตวทยาลย (รองศาสตราจารย ดร.จไรรตน นนทานช)

พจารณาเหนชอบโดย

ประธานกรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร. อสระ มะศร ) อาจารยทปรกษาหลก (ศาสตราจารย ดร. เสรม จนทรฉาย ) อาจารยทปรกษารวม (ผชวยศาสตราจารย ดร. สมเจตน ภทรพานชชย ) ผทรงคณวฒภายนอก (ผชวยศาสตราจารย ดร. กรต เกดศร )

ง

บทค ดยอ ภาษาไทย

59306205 : ฟสกส แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต นางสาว ศศมาภรณ โมกขาว: การพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตย

ตนทนตาเบองตน อาจารยทปรกษาวทยานพนธ : ศาสตราจารย ดร. เสรม จนทรฉาย

ในงานวจยน ผวจยไดทาการพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยตนทนตาทมความถกตองและแมนยาของขอมลปานกลาง มขนาดเลก และสามารถพกพาได โดยไดทาการออกแบบและสร า ง เคร องมอว ดร งส อลตรา ไว โอ เลต ท มหาวทยาล ยศลปากร จ งหวดนครปฐม (13.82°N, 100.04°E) การออกแบบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตตองการใหเครองมอวดทพฒนาขนสามารถแสดงผลของรงสอลตราไวโอเลตออกมาเปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลตเพอผใชงานทวไปสามารถทราบถงความอนตรายของรงสอลตราไวโอเลตไดงาย ผวจยไดเลอกใชอปกรณสาหรบการพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตดงน เซนเซอรวดรงสอลตราไวโอเลต อาดยโน เรยลไทมคลอก ไมโครเอสดการด จอแสดงผล และตวตานทานปรบคาได แลวทาการตอวงจรพรอมกบบรรจอปกรณลงบนกลองอะครลค จากนนนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขนไปตดตงเทยบกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน และเขยนโปรแกรมเพอแปลงคาศกยไฟฟาเปนความเขมรงสอลตราไวโอเลต พรอมทงบนทกขอมลลงไมโครเอสดการด และแสดงผลทางหนาจอ ในการทดสอบการทางานของเครองวด ผวจยไดนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ไปวด เปรยบเทยบกบเคร องวดสเปกตรมร งส อลตราไวโอเลต ทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม และเปรยบเทยบกบเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวค ล น ก ว า ง ท ส ถ า น อ ต น ย ม ว ท ย า จ ง ห ว ด เ ช ย ง ใ ห ม (18.8°N, 98.98°E) จ ง ห ว ดอบลราชธาน (15.25°N, 104.87°E) และจงหวดสงขลา (7.2°N, 100.06°E) ผลการเปรยบเทยบทจงหวดนครปฐม เชยงใหม อบลราชธาน และจงหวดสงขลา มคา Root Mean Square Error (RMSE) เ ท า ก บ 18% 38% 33% และ 34% ตามล า ด บ และค า Mean Bias Error (MBE) เ ท า ก บ 9% 16% 21% และ 24% ตามลาดบ

จ

บทค ดยอ ภาษาองกฤษ

59306205 : Major (PHYSICS) MISS SASIMARPHON MOKEKAO : PRELIMINARY DEVELOPMENT OF LOW-COST

INSTRUMENT FOR MEASURING SOLAR ULTRAVIOLET RADIATION. THESIS ADVISOR : PROFESSOR SERM JANJAI, Ph.D.

In this work, a low-cost and modirately, accurate portable device for measuring solar ultraviolet radiation (UV) was developed at Silpakorn University in Nakhon Pathom (13.82ºN, 100.04ºE). The aim of the development of this device is to measure solar ultraviolet radiation and display the value in term of ultraviolet index (UV index) as it is easy for general users inorder to know the hazards of ultraviolet radiation. The device consists of uv sensor, Arduino Uno R3, Real-Time Clock, Micro SD Card, LCD and resistor. This ultraviolet radiation measuring device was constructed equipped in an acrylic black box. Then, this device was installed beside a standard spectrometer (Bentham,model DMc 150) in order to obtain the relation between the voltage signal of the device and the ultraviolet radiation from the standard instrument. This relation was programmed in Arduino to convert voltage signal to ultraviolet radiation. Also the device was programed for recording data into the microSD card and display the value on the screen. To test the performance of the device, it was installed beside the standard spectrometer installed at Silpakorn University, Nakhon Pathom. This device was also taken to 3 meteorological stations, namely Chiang Mai (18.8ºN, 98.98ºE), Ubon Ratchathani (15.25ºN, 104.87ºE) and Songkhla (7.2ºN, 100.06ºE) to compare with broadband ultraviolet radiometers. The comparison results from Nakhon Pathom, Chiang Mai, Ubon Ratchathani and Songkhla showed the differences in terms of root mean square error (RMSE) of 18%, 38%, 33% and 34%, respectively, and mean bias error (MBE) of 9%, 16%, 21% and 24% respectively.

ฉ

กตตกรรมประกาศ

กตตกรรมประกาศ

ในการศกษาระดบปรญญามหาบณฑตน ผวจยไดรบทนผชวยวจยจากหองปฏบตการวจยพลงงานแสงอาทตย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม ซงผวจยขอขอบคณไว ณ ทนเปนอยางสง และขอขอบคณศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ จงหวดเชยงใหม ศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ จงหวดอบลราชธาน และศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก จงหวดสงขลา ทใหความอนเคราะหดานสถานทตดตงเครองมอ

ผวจยขอขอบพระคณ ศาสตราจารย ดร.เสรม จนทรฉาย ซงเปนอาจารยทปรกษาและใหคาแนะนาทางวชาการ พรอมทงจดหาทนวจย เครองมอ และขอมลทจาเปนสาหรบใชในการดาเนนงานวจย และขอบคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.สมเจตน ภทรพานชชย ผชวยศาสตราจารย ดร.สมามาลย บนเทง ผชวยศาสตราจารย ดร.กรทพย โตะสงห และนกวจยของหองปฏบตการวจยพลงงานแสงอาทตย ทใหการสนบสนนและใหคาปรกษาในการสรางและการทดสอบเครองวดรงสอลตราไวโอเลต

นอกจากนผวจยขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.กรต เกดศร ทไดกรณาเสยสระเวลามาเปนกรรมการสอบวทยานพนธในครงนเปนอยางสง

สดทายน คณประโยชนทเกดจาดวทยานพนธฉบบน ผวจยขอมอบใหกบบดาและมารดา รวมทงคณาจารยทกทาน เพอตอบแทนพระคณทไดชวยใหผวจยประสบความสาเรจในการศกษา

ศศมาภรณ โมกขาว

สารบญ

หนา บทคดยอภาษาไทย ............................................................................................................................. ง

บทคดยอภาษาองกฤษ ....................................................................................................................... จ

กตตกรรมประกาศ............................................................................................................................. ฉ

สารบญ .............................................................................................................................................. ช

สารบญตาราง ................................................................................................................................... ฌ

สารบญรปภาพ ................................................................................................................................. ญ

บทท 1 บทนา ................................................................................................................................... 1

1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา ................................................................................. 1

1.2 วตถประสงคของการศกษา .................................................................................................... 2

1.3 ขอบเขตการศกษา .................................................................................................................. 2

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ .............................................................................................. 3

2.1 แหลงกาเนดรงสอาทตย ......................................................................................................... 3

2.2 แหลงกาเนดและสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต ....................................................................... 5

2.2.1 รงสอลตราไวโอเลตทพนผวโลก ................................................................................... 6

2.2.2 ผลของโอโซนตอปรมาณรงสอลตราไวโอเลต ................................................................ 7

2.2.3 ผลของฝนละอองตอรงสอลตราไวโอเลต ...................................................................... 8

2.2.4 ผลของเมฆตอปรมาณรงสอลตราไวโอเลต .................................................................... 9

2.4 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตตอสงมชวต ..................................................................... 11

2.5 ดชนรงสอลตราไวโอเลต (UV index) ................................................................................... 14

2.6 การวดรงสอลตราไวโอเลต ................................................................................................... 15

2.6.1 เครองวดรงสอลตราไวโอเลต ...................................................................................... 15

ซ

2.6.2 เซนเซอรสาหรบวดความเขมรงสอลตราไวโอเลต ....................................................... 20

2.7 คณลกษณะ (Characteristic) ของเครองวดรงสอลตราไวโอเลต .......................................... 25

2.7.1 สภาพตอบสนอง (responsitivity) หรอสภาพไวรงส (sensitivity) ............................ 25

2.7.2 การตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตย (spectral response) .................................. 25

2.7.3 การตอบสนองตอมมตกกระทบ (cosine response) ................................................ 26

2.8 งานวจยทเกยวของ............................................................................................................... 28

บทท 3 วธการและผล ..................................................................................................................... 31

3.1 การออกแบบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต ...................................................................... 31

3.2 การพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต ........................................................................... 35

3.3 การทดสอบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ....................................................... 40

3.4 การแปรคารงสอลตราไวโอเลตของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ........................ 51

3.5 การสอบเทยบคณลกษณะของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ............................... 54

3.5.1 คณลกษณะการตอบสนองของมมตกกระทบตอเครองมอวด (cosine response) ..... 54

3.5.2 คณลกษณะการตอบสนองของเครองมอวดรงสตอความยาวคลนทตกกระทบ (Spectral response) ................................................................................................................ 61

บทท 4 สรป .................................................................................................................................... 64

รายการอางอง ................................................................................................................................. 66

ภาคผนวก........................................................................................................................................ 68

ประวตผเขยน .................................................................................................................................. 75

สารบญตาราง

หนา ตารางท 1 ระดบความรนแรงของรงสอลตราไวโอเลต (Organization & Protection, 2002) ........ 14

ตารางท 2 แสดงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตพรอมราคาของเครอมอวดรงสอลตราไวโอเลตโดยประมาณ ................................................................................................................................... 25

ตารางท 3 คณลกษณะของเซนเซอร ............................................................................................... 31

ตารางท 4 อปกรณสาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ............................................ 32

ตารางท 5 การเปรยบเทยบระหวางคาศกยไฟฟา (mV) กบดชนรงสอลตราไวโอเลต ....................... 34

ตารางท 6 แสดงคาสญญาณทวดได ................................................................................................. 59

ตารางท 7 คาสเปกตรมทมการดดกลนในชวงความยาวคลนรงสอลตราไวโอเลต ............................. 70

ตารางท 8 ขอมลจากการสอบเทยบเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต ..................................... 72

สารบญรปภาพ

หนา รปท 1 โครงสรางและชนบรรยากาศของดวงอาทตย ......................................................................... 3

รปท 2 คลนแมเหลกไฟฟาทแผออกมาจากดวงอาทตย ...................................................................... 4

รปท 3 สเปกตรมของรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลก ................................... 6

รปท 4 สเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตนอกบรรยากาศโลกและรงสอลตราไวโอเลตทผานชนบรรยากาศ โลก (ประนมกร ชศร, 2556) ............................................................................................................ 7

รปท 5 เครองถายภาพทองฟา ........................................................................................................... 9

รปท 6 ความสมพนธระหวางคาการสงผานรงสอลตราไวโอเลตและคาความลกเชงแสงของเมฆ ...... 10

รปท 7 กราฟแสดงคาการตอบสนองของรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอ Plant damage, DNA Damage และ Erythema (Madronich, 1993) ............................................................................. 11

รปท 8 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตกอใหเกดผวหนงแดงแสบรอน ........................................ 12

รปท 9 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตเปนเวลานานกอใหเกดโรคสะเกดเงน.............................. 12

รปท 10 กราฟการตอบสนองของผวหนงมนษยตอรงสอลตราไวโอเลต (CIE, 1987) ....................... 13

รปท 11 แผนภาพองคประกอบของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (เสรม จนทรฉาย, 2557) ........................................................................................................................................................ 15

รปท 12 อปกรณแยกรงสแบบค (เสรม จนทรฉาย, 2557) .............................................................. 16

รปท 13 กราฟแสดงความสามารถในการแยกสเปกตรมของอปกรณแยกรงส (Webb, 1998) ......... 17

รปท 14 เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตรน DMc150 บรษท Bentham ............................. 17

รปท 15 แผนภมแสดงสวนประกอบของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง ..... 18

รปท 16 เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501-A บรษท Solar Light .................................................................................................................................... 19

รปท 17 ลกษณะภายในของเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ รน GUV-2511 .......................................................................................................... 19

ฎ

รปท 18 เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ ................ 20

รปท 19 เซนเซอร Silicon Carbide (SiC) Photodiode ............................................................... 21

รปท 20 เซนเซอร Si 1145 ............................................................................................................. 21

รปท 21 เซนเซอร ML8511 ............................................................................................................ 22

รปท 22 เครองวด SENSITIVE UVB METER .................................................................................. 23

รปท 23 เครองวด UV (A+B) METER ............................................................................................. 23

รปท 24 เครองมอวด TM-206D ..................................................................................................... 23

รปท 25 เครองวด UVision Meter (Hoblos et al., 2015) ........................................................... 24

รปท 26 เครองมอวด Helios Meter (Lönnqvist et al., 2018) ................................................... 24

รปท 27 การตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501 (https://solarlight.com) ....................................... 26

รปท 28 กราฟแสดงการตอบสนองมมตกกระทบของเครองวดรงสรวม (เสรม จนทรฉาย, 2557) ... 27

รปท 29 บอรด Arduino Uno R3 .................................................................................................. 32

รปท 30 RTC DS3231 .................................................................................................................... 32

รปท 31 Micro SD Card Module ................................................................................................. 33

รปท 32 จอ LCD ขนาด 162 cm ............................................................................................... 33

รปท 33 ตวตานทานปรบคาได 10K ................................................................................................ 33

รปท 34 แผนภาพการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ................................. 33

รปท 35 กราฟระหวางคาดชนรงสอลตราไวโอเลตกบคาสญญาณไฟฟาทวดได (mV) ...................... 35

รปท 36 แผนภาพวงจรจาลองสาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน .......................... 36

รปท 37 ลกษณะภายในเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน .................................................... 37

รปท 38 ลกษณะภายนอกของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน .......................................... 37

รปท 39 แผนภาพหลกการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนเพอศกษาความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต ......................................................... 38

ฏ

รปท 40 แผนภาพหลกการทางานของเครองมอรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนเพอแปลงคา สญญาณไฟฟาทไดจากเซนเซอร (mV) เปนดชนรงสอลตราไวโอเลต (UVI) เพอใหแสดงผลทางจอ LCD เปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต ............................................................................................... 39

รปท 41 (ก) เครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนเทยบกบ (ข) เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต................................................................................................................................ 40

รปท 42 การแปรคาในรอบวนของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ( ) กบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ( ) ................................................................................ 41

รปท 43 กราฟระหวางศกยไฟฟาจากเครองมอวดทพฒนาขนกบคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ....................................................................................... 41

รปท 44 ดชนรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (UVI standard) ( ) กบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (UVI UVM-30A) ( ) ........................... 42

รปท 45 การเปรยบเทยบความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองวดทพฒนาขน (UVEUVUVM-30A) กบคาทไดจากการวดดวย Bentham (UVBentham) ................................................................................ 44

รปท 46 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer (ดานขวา) ........................................................................................................................................ 45

รปท 47 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทพฒนาขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดเชยงใหม ................................... 46

รปท 48 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer (ดานขวา) ........................................................................................................................................ 47

รปท 49 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทสรางขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดอบลราชธาน ............................... 48

รปท 50 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer (ดานขวา) ........................................................................................................................................ 49

รปท 51 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทพฒนาขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดสงขลา ...................................... 50

รปท 52 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณทองฟาปราศเมฆ ........... 51

รปท 53 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณเมฆบางสวน .................. 51

ฐ

รปท 54 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณเมฆเตมทองฟา .............. 51

รปท 55 การแปรคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษยในรอบวน เดอนเมษายน ถง พฤษภาคม ป พ.ศ. 2562 ทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม ................................................ 52

รปท 56 รงสอาทตยตกกระทบเซนเซอรทมม θ ............................................................................. 54

รปท 57 แผนภาพการจดวางอปกรณการสอบเทยบ cosine response ซงประกอบดวย 1) หลอดทงสเตนฮาโลเจน 2) เลเซอรฮเลยมนออน 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) ชดอปกรณปรบ มมแบบละเอยด 5) คอมพวเตอรควบคม .................................................................... 55

รปท 58 ตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบชดอปกรณปรบมมแบบละเอยด ....... 56

รปท 59 ปรบระดบตาแหนงของเซนเซอรตรงกลางใหอยตรงกลาง .................................................. 57

รปท 60 เปดแหลงกาเนดเปนเวลาประมาณ 20 นาท ...................................................................... 57

รปท 61 โปรแกรมการปรบมม θ ................................................................................................... 57

รปท 62 ภาพทถายขณะกาลงทาการสอบเทยบหาคาการตอบสนองของเครองมอวดทพฒนาขน .... 58

รปท 63 การตอบสนองตอมมตกกระทบของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ( ) เทยบกบคา cosine ( ) ................................................................................................................... 60

รปท 64 แผนภาพการจดวางอปกรณการสอบเทยบ Spectral response 1) หลอดซนอน 2) โมโนโครมาเตอร 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) เครองควบคมโมโนโครมาเตอร 5) คอมพวเตอรควบคมและบนทกขอมล .............................................................................................. 61

รปท 65 การตดตงอปกรณสาหรบสอบเทยบคาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองมอวดทพฒนาขน ................................................................................................................................. 62

รปท 66 ผลการวดคาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ........................................................................................................................................ 63

รปท 67 เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต รน DMc150 ........................................................ 69

รปท 68 การสอบเทยบเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต ........................................................ 71

รปท 69 โปรแกรม Benwin+ บนทกคาสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทวดได .................................. 71

รปท 70 คาสญญาณไฟฟาทไดจากการวดแสงของหลอดกาเนดแสงมาตรฐาน ................................. 73

ฑ

รปท 71 คาความเขมของสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลน 260-400 นาโนเมตร ของหลอดมาตรฐาน ............................................................................................................................... 73

รปท 72 คา sensitivity ของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากการสอบเทยบ ............ 74

บทท 1 บทน า

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา

รงสอลตราไวโอเลตเปนสวนหนงของรงสอาทตยทตกกระทบพนผวโลกซงมความยาวคลนระหวาง 100-400 นาโนเมตร ตามหลกเกณฑของผลทางชววทยา สามารถแบงชวงความยาวคลนออกเปน 3 ชวงความยาวคลน คอ รงสอลตราไวโอเลตเอ มความยาวคลน 315-400 นาโนเมตร รงสอลตราไวโอเลตบ มความยาวคลน 280-315 นาโนเมตร และรงสอลตราไวโอเลตซ มความยาวคลน 100-280 นาโนเมตร (Organization & Protection, 2002) แตจะมเพยงอลตราไวโอเลตเอและรงสอลตราไวโอเลตบทตกกระทบบนพนผวโลกเทานน เนองจากรงสอลตราไวโอเลตซถกดดกลนโดยออกซเจนและไนโตรเจนโอโซนในชนบรรยากาศ รงสอลตราไวโอเลตเอและรงสอลตราไวโอเลตบทตกกระทบบนพนผวโลกคดโดยประมาณ 1.5% ของรงสอาทตยทงหมด (เสรม จนทรฉาย, 2557) โดยรงสอลตราไวโอเลตเอและรงสอลตราไวโอเลตบมผลกระทบตอสงมชวตบนโลกทงผลดและผลเสย ผลด คอ รงสอลตราไวโอเลตชวยกระตนใหรางกายของมนษยสงเคราะหวตามนดท มหนาทชวยใหกระดกของรางกายแขงแรง และทางการแพทยรงสอลตราไวโอเลตชวยในการรกษาโรคผวหนง สะเกดเงน เปนตน ผลเสย คอ รงสอลตราไวโอเลตทาใหผวหนงของมนษยเกดรอยแดง รวรอย ผวคลา ถาไดรบในปรมาณทมากเปนเวลานานกอใหเกดเปนมะเรงผวหนงหรอสะเกดเงน เปนตน

ปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลตจะบอกในหนวยของ วตตตอตารางเมตร แตเมอป ค.ศ. 1873 องคการอตนยมวทยาโลก ไดกาหนดปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลตเปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต (UV index) เ พอใหบคคลท ว ไปเขาใจได ง ายขนถงปร มาณความเขมร งสอลตราไวโอเลต

จากผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตสงผลเสยตอผวหนงมนษยกอใหเกดรวรอย ผวคลา และโรคผวหนง สะเกดเงน เปนตน วธการปองกนรงสอลตราไวโอเลตทาไดหลายวธ โดยการ สวมเสอแขนยาว สวมหมวก ใสแวนตา ทาครมกนแดด และควรหลกเลยงการออกไปกลางแจงในชวงเวลาเทยง ดงนน การทราบปรมาณความเขมของรงสอลตราไวโอเลตถอวาเปนเรองสาคญ เพอใหเราทราบถงปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลตในการปองกนการเกดผลเสยแกรางกาย โดยทวไปขอมลปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลตสามารถวดไดโดยตรงโดยใชเครองมอวดมาตรฐานซงมราคาคอนขางแพงหรอสามารถคานวณโดยการใชแบบจาลองซงจาเปนตองใชขอมลอนพท เชน โอโซน เมฆ และฝนละออง

2

ดงนนในงานวจยนผวจยจงไดพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทมตนทนตา มขนาดเลก สามารถพกพาสะดวก แสดงผลออกเปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลตทมความถกตองแมนยา ซงเหมาะกบการนาไปใชงานสาหรบบคคลทวไป

1.2 วตถประสงคของการศกษา

1. เพอพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตตนทนตาเบองตน 2. ทดสอบสมรรถนะของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

1.3 ขอบเขตการศกษา

งานวจยนทาการพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตตนทนตา และทดสอบสมรรถนะของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต

3

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 แหลงก าเนดรงสอาทตย

ดวงอาทตยเปนดาวกฤษทอยใกลโลกมากทสดและเปนศนยกลางของระบบสรยะ ดวงอาทตยเปนแหลงพลงงานทสาคญทสดของโลก ซงสามารถนามาใชตามธรรมชาตในรปของแสงสวางและความเขม และนามาใชโดยอาศยเทคโนโลยพลงงานแสงอาทตย ดวงอาทตยเปนกลมกาซรอนรปทรงกลมทมความหนาแนนทบรเวณใจกลาง (core) สงโครงสรางของดวงอาทตยประกอบไปดวย ใจกลาง (core) บรเวณแผรงส (radiative zone) บรเวณพาความรอน (convective zone) และบรรยากาศของดวงอาทตยประกอบไปดวย บรรยากาศชนลางสดเรยกวา โฟโตสเฟยร (photosphere) ถดมา คอ โครโมสเฟยร (chromosphere) และบรรยากาศชนนอกสด คอ โคโรนา (corona) พลงงานทเกดขนภายในดวงอาทตยทอณหภมหลายลานเคลวนโดยพลงงานจะถายเทมาทผวของดวงอาทตย (รปท 1)

รปท 1 โครงสรางและชนบรรยากาศของดวงอาทตย (ทมา https://www.universetoday.com)

4

ในชนบรรยากาศของดวงอาทตยจะเกดปรากฏการณทสาคญ คอ จดมด (Sunspot) มลกษณะเปนบรเวณมดกวาบรเวณรอบ ๆ จดมดมอณหภมตากวาบรเวณรอบ ๆ จดมดจะเรมจากจดเลก ๆ แลวมขนาดใหญขน จากนนจะสลายตวไป สามารถสงเกตไดในบรรยากาศชนโฟโตสเฟยร และโครโมสเฟยร ปรากฏการณทสาคญอกอยางหนง คอ โพรมเนนซ (Prominence) ซงมลกษณะเปนมวลพงขน มความสงหลายหมนกโลเมตรและคงอยหลายวน สงเกตไดในขณะเกดสรยปราคาเตมดวง นกวทยาศาสตรเชอวามวลสารเหลานถกพยงดวยสนามแมเหลกของดวงอาทตยทาใหคงสภาพอยในลกษณะน

ปรากฏการณ การลกจา (Flare) เปนปรากฏการณทสาคญอยางหนงในบรรยากาศของดวงอาทตย มลกษณะเกดเปนบรเวณสวางซงมการเปลยนแปลงอยางรวดเรวโดยเกดจากการระเบดอยางรนแรงในบรรยากาศของดวงอาทตยในชวงเวลาสน ๆ สามารถสงเกตการณการลกจาไดในบรรยากาศชนโครโมสเฟยร

อณหภมภายในบรเวณการเกดการลกจาสงถง 10 ลานเคลวน และปรากฏการณการลกจา ยงสงผลทาใหเกดปรากฏการณแสงเหนอและแสงใต โดยนกวทยาศาสตรพบวาปรากฏการณทงหมดนมสาเหตมาจากสนามแมเหลกใตผวดวงอาทตยซงมความเขมสงและซบซอน

ดวงอาทตยใหพลงงานออกมายงอวกาศรอบ ๆ ในรปของคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนระหวาง 3-3000 นาโนเมตร ซงสามารถแบงออกเปนชวง ๆ ตงแตรงสแกมมา รงสเอกซ รงสอลตราไวโอเลต รงสทตามนษยมองเหน รงสอนฟราเรด คลนไมโครเวฟ และคลนวทย ดงรปท 2

รปท 2 คลนแมเหลกไฟฟาทแผออกมาจากดวงอาทตย (ทมา https://macnews.tistory.com)

5

พลงงานของรงสทแผออกมาในชวงตาง ๆ จะขนอยกบความถหรอความยาวคลนของรงส โดยรงสทมความยาวคลนสนจะมพลงงานสงและรงสทมความยาวคลนยาวจะมพลงงานตา ดงความสมพนธตามสมการท (2.1) hν

λ

hcE == (2.1)

เมอ E คอ พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา [จล]

h คอ คาคงทของแพลงค [6.64x10-27 จลตอวนาท] c คอ ความเรวแสง [2.9979x108 เมตรตอวนาท] ν คอ ความถ [ตอวนาท] λ คอ ความยาวคลน [เมตร]

2.2 แหลงก าเนดและสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต

รงสอลตราไวโอเลตจะแผออกมาจากชนโคโรนาของดวงอาทตยซงมความยาวคลนอยระหวาง 100-400 นาโนเมตร จงเปนคลนทมพลงงานคอนขางสง รงสอลตราไวโอเลตสามารถแบงไดเปนชวงตาง ๆ ดงน

1) รงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลนสนมาก (extreme ultraviolet, XUV) มความยาวคลน ระหวาง 10-100 นาโนเมตร

2) รงส อลตราไวโอเลตไกล ( far ultraviolet, FUV) มความยาวคลนระหวาง 100-200 นาโนเมตร

3) รงสอลตราไวโอเลตซ (ultraviolet C, UVC) มความยาวคลนระหวาง 100-280 นาโนเมตร 4) รงสอลตราไวโอเลตบ (ultraviolet B, UVB) มความยาวคลนระหวาง 280-315 นาโนเมตร 5) รงสอลตราไวโอเลตเอ (ultraviolet A, UVA) มความยาวคลนระหวาง 315-400 นาโนเมตร

สเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลกมเสนดดกลนและเสนเปลง

รงส ซงเกดจากการดดกลนและการเปลงรงสอลตราไวโอเลตของธาต ๆ ในชนโคโรนาของดวงอาทตย สเปกตรมในชวงความยาวคลนสนมากจะเปนเสนสวาง ซงเกดจากบรเวณทมอณหภมสงของดวงอาทตย และสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลนยาวกวานจะปรากฏเสนมด เนองจากการดดกลนของบรรยากาศของดวงอาทตย โดยสเปกตรมบางสวนของรงสอลตราไวโอเลตนอกบรรยากาศ แสดงดงรปท 3

6

รปท 3 สเปกตรมของรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลก (เสรม จนทรฉาย, 2557)

2.2.1 รงสอลตราไวโอเลตทพนผวโลก

รงสอลตราไวโอเลตทผานชนบรรยากาศมาถงพนผวโลกจะมเพยงรงสอลตราไวโอเลตเอและรงสอลตราไวโอเลตบบางสวนเทานน รงสอลตราไวโอเลตทมความยาวคลนนอยกวา 288 นาโนเมตร จะถกบรรยากาศของโลกดดกลนโดยโอโซนเกอบทงหมด โดยทความยาวคลน 220-295 นาโนเมตร จะถกโอโซนดดกลนในแถบความยาวคลนฮารทลย ทความยาวคลน 145.0-175.9 นาโนเมตร จะถกดดกลนโดยออกซเจนในชวงสเปกตรมตอเนองของชมานน รงสอลตราไวโอเลตทผานชนบรรยากาศมาถงพนผวโลกจะมพลงงานเพยง 1.5% ของพลงงานจากรงสอาทตยทกความยาวคลนรวมกน สเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตนอกบรรยากาศและพนผวโลกในสภาพทองฟาปราศจากเมฆแสดงดงรปท 4

7

รปท 4 สเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตนอกบรรยากาศโลกและรงสอลตราไวโอเลตทผานชนบรรยากาศ

โลก (ประนมกร ชศร, 2556)

2.2.2 ผลของโอโซนตอปรมาณรงสอลตราไวโอเลต

โอโซนมความสาคญมากตอโลก ทงนเพราะโอโซนชวยดดกลนรงสอลตราไวโอเลตซงจะปองกนรงสอลตราไวโอเลตไมใหลงมาถงพนโลกในปรมาณทมากเกนไปเพราะจะสงผลกระทบตอสงมชวตบนโลก โอโซนพบมากทชนบรรยากาศสตราโตสเฟยร ซงเกดจากปฏกรยาโฟโตดสโซซเอชนของโมเลกลของออกซเจน (O2) โดยโฟตอนของรงสอลตราไวโอเลตทาใหโมเลกลของออกซเจนแตกตวเปนอะตอมของออกซเจน (O) จากนนอะตอมของออกซเจนไปรวมตวกบโมเลกลของออกซเจนเกดเปนโอโซน (O3) ซงสามารถเขยนในรปสมการทางเคมไดดงสมการท (2.2) และ (2.3)

OOhυ2O +→+ (2.2) M3OM2OO +→++ (2.3)

เมอ h คอ พลงงานโฟตอนของรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตย คอ ความถของรงสอลตราไวโอเลต h คอ คาคงทของพลงค M คอ อะตอมหรอโมเลกลของธาตอน ๆ ททาหนาทเปนตวเรงปฏกรยา

8

โอโซนในชนบรรยากาศสตราโตสเฟยรจะถกทาลายดวยปฏกรยาโฟโตไลซส โดยโมเลกลของโอโซนจะถกชนดวยโฟตอนของรงสอลตราไวโอเลตทาใหสลายตวเปนโมเลกลของออกซเจนและอะตอมของออกซเจน ตามสมการท 2.4 O2Ohυ3O +→+ (2.4)

การบอกปรมาณโอโซน สามารถบอกไดในหนวยของ ดอบสน (Dobson Unit) ซงเปน

ความสงของปรมาณโอโซนทงหมดในคอลมบรรยากาศเปนเซนตเมตรคณดวย 1000 หรอ 1 DU = 1000 x 0.001 cm

2.2.3 ผลของฝนละอองตอรงสอลตราไวโอเลต

ฝนละอองเปนอนภาคของแขงหรอของเหลวทแขวนลอยอย ในบรรยากาศ การเกดฝนละอองสามารถแบงออกไดเปน 2 สาเหตการเกด คอ ฝนละอองทเกดตามธรรมชาต และฝนละอองทเกดจากกจกรรมมนษย โดยทวไปฝนละอองในบรรยากาศมขนาดตงแต 0.1-1000 ไมครอน ฝนละอองสงผลตอการลดทอนรงสอลตราไวโอเลต โดยเมอรงสอลตราไวโอเลตเดนทางผานบรรยากาศจะถกฝนละอองกระเจงทาใหเกดรงสกระจาย และบางสวนจะถกฝนละอองดดกลน สดสวนของการกระเจงและการดดกลนขนอยกบชนดของฝนละออง

องสตรอม (Ångström, 1929) ไดเสนอวธการบอกความสามารถในการลดทอนรงสอาทตยของฝนละอองในรปของความลกเชงแสงของฝนละอองทขนอยกบสมประสทธความขนมว เลขยกกาลงของความยาวคลน และความยาวคลน ดงสมการท (2.5) α

βλλaer,

τ−

= (2.5) เมอ ,aer คอ ความลกเชงแสงของฝนละออง [-] คอ สมประสทธความขนมวของบรรยากาศขององสตรอม [-] คอ ตวเลขยกกาลงขององสตรอม [-] คอ ความยาวคลนของรงสอาทตย [ไมครอน]

จากสมการท (2.5) จะเหนไดวาถาความยาวคลนของรงสมคานอย ความลกเชงแสงของฝนละอองจะมคามาก นน คอฝนละอองสามารถลดทอนแสงไดมากนนเอง สวนคา จะม

9

ความสมพนธกบความหนาแนนของปรมาณของฝนละออง ถาคา มคามากแสดงวาความหนาแนนของฝนละอองในบรรยากาศมคามากดวย และคา มความสมพนธกบขนาดของฝนละอองคอ มคานอยฝนละอองสวนใหญจะมขนาดใหญ สวนถา มคามากฝนละอองสวนใหญจะมขนาดเลก

2.2.4 ผลของเมฆตอปรมาณรงสอลตราไวโอเลต

เมฆในบรรยากาศเกดจากการควบแนนของไอนากลายเปนหยดนาหรอผลกนาแขงโดยมฝนละอองเปนแกนกลางในการควบแนน เมฆสามารถแบงตามความสงได 3 ระดบ คอ เมฆชนตา เมฆชนกลาง และเมฆชนสง และปรมาณเมฆทปกคลมทองฟาสามารถบอกไดหลายวธ เชน การสงเกตดวยตา ขอมลภาพถายดาวเทยมอตนยมวทยา และการใชกลองถายภาพทองฟา (sky camera) ดงรปท 5 เปนตน

รปท 5 เครองถายภาพทองฟา

ปรมาณเมฆสามารถบอกเปนสวนของทองฟาทปกคลมดวยเมฆเมอแบงทองฟา

ออกเปน 10 ปรมาณเมฆจะถกกาหนดโดย WMO (World Meteorological Organization ดงน

1) ทองฟาแจมใส (completely clear sky) ทองฟาไมมเมฆ หรอมนอยกวา 1 สวนของทองฟา 2) ทองฟาโปรง (clear sky) ทองฟามเมฆตงแต 1-3 สวนของทองฟา 3) ทองฟามเมฆบางสวน (partly cloudy sky) ทองฟามเมฆเกนกวา 3-5 สวนของทองฟา 4) ทองฟามเมฆเปนสวนมาก (cloudy sky) ทองฟามเมฆเกนกวา 5-8 สวนของทองฟา

10

5) ทองฟามเมฆมาก (very cloudy sky) ทองฟามเมฆเกนกวา 8-9 สวนของทองฟา 6) ทองฟามเมฆเตมทองฟา (overcast sky) ทองฟามเมฆเกนกวา 9-10 สวนของทองฟา

เมฆมความสาคญตอความเขมรงสอลตราไวโอเลตเนองจากเมฆสามารถลดทอนความเขมรงสอลตราไวโอเลตได โดยทวไป รงสอลตราไวโอเลตจะมความเขมมากเมอทองฟาโปรงใสและลดลงเมอทองฟามเมฆมากหรอขณะมฝน วธทจะบอกวาเมฆสงผลตอรงสอลตราไวโอเลตมากหรอนอยเทาไรสามารถบอกไดดวยความลกเชงแสงของเมฆ (cloud optical depth) แสดงดงรปท 6 ซงพบวา คาการสงผานรงสอลตราไวโอเลตจะลดลงเมอความลกเชงแสงของเมฆเพมขน

รปท 6 ความสมพนธระหวางคาการสงผานรงสอลตราไวโอเลตและคาความลกเชงแสงของเมฆ (Lubin et al., 1994)

11

2.4 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตตอสงมชวต

รงสอลตราไวโอเลตทสามารถผานบรรยากาศเขามาถงพนโลกมดวยกน 2 ชวงความยาวคลน คอ รงสอลตราไวโอเลตเอ (315-400 นาโนเมตร) และรงสอลตราไวโอเลตบ (280-315 นาโนเมตร) โดยทความเขมรงสอลตราไวโอเลตทแตละความยาวคลนจะสงผลกระทบตอสงมชวตแตกตาง กน (รปท 7) เชน รงสอลตราไวโอเลตบจะมผลตอพช โดยรงสอลตราไวโอเลตอาจทาใหพชมการเจรญเตบโตชาลง จานวนใบลดลง และผลผลตลดลง สวนผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตทมตอดเอนเอและผวหนงมนษยจะเกดจากทงรงสอลตราไวโอเลตเอและบ

รปท 7 กราฟแสดงคาการตอบสนองของรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอ Plant damage, DNA

Damage และ Erythema (Madronich, 1993)

สาหรบผวหนงมนษย เมอไดรบรงสอลตราไวโอเลตในปรมาณทพอดหรอเหมาะสมกจะชวยใหผวหนงสงเคราะหวตามนดซงเปนประโยชนตอมนษย แตหากไดรบในปรมาณทมากเกนไปจะเกดอาการถกแดดเผากคอ ผวหนงแดง และหนงแสบรอน ถาไดรบรงสอลตราไวโอเลตเปนระยะเวลาทนานกจะสงผลทาใหเกดโรคมะเรงผวหนง และโรคสะเกดเงน (รปท 8 และรปท 9 )

12

รปท 8 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตกอใหเกดผวหนงแดงแสบรอน

(ทมา https://www.amarinbabyandkids.com)

รปท 9 ผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตเปนเวลานานกอใหเกดโรคสะเกดเงน

(ทมา https://www.honestdocs.com)

จากผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตตอผวหนงมนษยทางคณะกรรมการความสวางนานาชาต (Commission Internationale d’Eclairage, CIE) ไดกาหนดมาตรฐานของการตอบสนองของผวหนงมนษยตอรงสอลตราไวโอเลต (erythemal response,

EλR ) แสดงไดดงรปท 10

13

รปท 10 กราฟการตอบสนองของผวหนงมนษยตอรงสอลตราไวโอเลต (CIE, 1987)

สามารถเขยนเปนสมการไดดงน (Dose & APPLICATION, 1999)

=

−

−

nm400λ328;10

nm328λ;29810

nm298λ;2501.0

R

λ)][0.015(140

λ)][0.094(298

Eλ (2.6)

สาหรบการคานวณคาความเขมรงส อลตราไวโอเลตทมผลกระทบตอผวหนงมนษย

(solar erythemal ultraviolet radiation, EUV) สามารถคานวณไดดงสมการท (2.7)

=

nm400

nm250

λEλ dλIREUV (2.7)

เมอ EUV คอ ความเขมของรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษย [วตตตอตารางเมตร]

I คอ สเปกตรมรงสอาทตย [วตตตอตารางเมตรตอนาโนเมตร]

ER คอ การตอบสนองของผวหนงมนษย [-] λ คอ ความยาวคลน [นาโนเมตร]

14

2.5 ดชนรงสอลตราไวโอเลต (UV index)

ปรมาณรงสอลตราไวโอเลตทมการตอบสนองตอผวหนงมนษยทไดออกมาในรปของความเขมในหนวยวตตตอตารางเมตรอาจทาใหบคคลทวไปเขาใจไดยาก ดวยเหตผลนทางองคการอนามยโลก (World Health Organization, WHO) จงไดกาหนดระดบความรนแรงของรงสอลตราไวโอเลตเพอใหบคคลทวไปเขาใจไดงายเรยกวา ดชนรงสอลตราไวโอเลต หรอ UV index ซงสามารถคานวณไดดงสมการท (2.8) และแสดงระดบความรนแรงของรงสอลตราไวโอเลตไดดงตารางท 1

25

UV UVI = (2.8)

เมอ UVI คอ ดชนรงสอลตราไวโอเลต [-] UV คอ ความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษย [มลลวตตตอตารางเมตร] 25 คอ คาคงท [มลลวตตตอตารางเมตร] ตารางท 1 ระดบความรนแรงของรงสอลตราไวโอเลต (Organization & Protection, 2002)

ดชนรงสอลตราไวโอเลต ระดบความอนตราย ส

นอยกวา 2 ตา (low) สเขยว

3-5 ปานกลาง (moderate) สเหลอง 6-7 สง (high) สสม

8-10 สงมาก (very high) สแดง มากกวา 9 สงสดขด (extreme) สมวง

เมอรงสอลตราไวโอเลตมระดบตงแตสงเปนตนไป ควรหลกเลยงการออกกลางแจงเนองจาก

ระดบความสงของรงสอลตราไวโอเลตระดบนจะสงผลกระทบตอผวหนงมนษยถงขนเปนโรคมะเรงผวหนง หากจาเปนตองออกกลางแจงวธการปองกนรงสอลตราไวโอเลต คอ ทาครมกนแดด สวมเสอคลม เปนตน

15

2.6 การวดรงสอลตราไวโอเลต

2.6.1 เครองวดรงสอลตราไวโอเลต

ความเขมรงสอลตราไวโอเลตทเดนทางผานชนบรรยากาศถงพนโลกมความสาคญตอสงมชวตและสงผลเสยตอผวหนงมนษยหากไดรบในปรมาณทมากเกนไป ดงนนการวดคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจงมความสาคญททาใหเราสามารถปองกนอนตรายจากรงสไดถกตอง โดยทวไปเครองวดรงสอลตราไวโอเลตแบงไดเปน 3 ประเภท คอ

1) เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (UV spectroradiometer) 2) เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง (broadband UV

radiometer) 3) เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ (multi-

channel filter UV radiometer)

รายละเอยดของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทง 3 ประเภท อธบายไดดงน 1) เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (spectroradiometer) เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต สามารถแสดงขอมลเกยวกบการดดกลนรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลนตาง ๆ โดยปกตจะวดคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตระหวางความยาวคลน 280 ถงความยาวคลน 400 นาโนเมตร ซงสามารถวดคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตไดถงระดบ 1 นาโนเมตร

เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตประกอบดวย ตวรบรงส อปกรณแยกรงสออกเปนความเขมรงสทความยาวคลนตาง ๆ (monochromator) ตวตรวจวดความเขมรงส และอปกรณควบคมและบนทกขอมล (รปท 11)

รปท 11 แผนภาพองคประกอบของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (เสรม จนทรฉาย, 2557)

Input

optics

16

โดยสวนประกอบของเครองวดมรายละเอยดดงน

ก) ตวรบรงส (Input optics)

ตวรบรงสจะเปนแผนเทฟลอน (teflon) หรอควอตซ (quartz) คณสมบตของตวรบรงส จะตองมการตอบสนองทดตอรงสอาทตยทมมตาง ๆ คอ เมอรงสอาทตยกระทบตงฉากกบตวรบรงสจะตองมสญญาณมากทสดและคอย ๆ มสญญาณนอยลงเมอมมตกกระทบมคามาก หรอเหมอนกบการแปรคาของโคซายน (cosine) ของมมตกกระทบ ซงโดยทวไปตวรบรงสจะมการตอบสนองตอมมตกกระทบทไมสมบรณหรอไมเปนไปตามคาของโคซายน ดวยเหตผลนอาจทาใหเกดความคลาดเคลอนของขอมล

ข) อปกรณแยกรงสออกเปนความเขมรงสทความยาวคลนตาง ๆ (monochromator)

อปกรณแยกรงสออกเปนความเขมรงสทความยาวคลนตาง ๆ ซงอปกรณแยกรงสเปนอปกรณหลกของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตเปนแบบเดยวทมเกรตตง (grating) 1 ชด หรอแบบค 2 ชด โดยทวไปรงสจากตวรบรงสจะถกสงไปยงอปกรณแยกรงสโดยใชกระจกสะทอนหรอใชอปกรณ นาแสงต าง ๆ เช นท อบรรจของเหลวหรอใยแก วนาแสง เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตสวนใหญจะใชใยควอตซ (quartz fiber) เปนตวนารงส เพราะสามารถนารงสไปยงอปกรณแยกรงสไดไกลหลายเมตรโดยไมถกดดกลนมากนกแสดงไดดงรปท 12

รปท 12 อปกรณแยกรงสแบบค (เสรม จนทรฉาย, 2557)

คณสมบตของอปกรณแยกรงส คอความสามารถในการแยกสเปกตรม ( spectral resolution) ซงจะเปนตวบอกความสามารถในการแยกรงสออกเปนความเขมของแตละความยาวคลน โดยทวไปอปกรณแยกรงสไมสามารถแยกรงสออกเปนความยาวคลนเดยว ๆ ไดสมบรณ แตจะมความยาวคลนขางเคยงออกมาดวย และจะเรยกกราฟระหวางความเขมของรงสทแยกไดกบความยาว

17

คลนวา กราฟของฟงกชนของชองใหรงสผาน (slit function) แสดงดงรปท 13 แสดงกราฟระหวาง relative response ก บ ค ว า ม ย า ว ค ล น โ ด ย ท ว ไ ป จ ะ บ อ ก spectral resolution ข อ ง monochromator ในรปของ Full width half maximum (FWHM) ซงเปนคาของชวงความยาวคลนท relative response ลดลงเปนคร งหน งของคาส งส ด โดยเคร องวดส เปกตร มร งสอลตราไวโอเลตทดควรมคา FWHM นอยกวาหรอเทากบ 1 นาโนเมตร

รปท 13 กราฟแสดงความสามารถในการแยกสเปกตรมของอปกรณแยกรงส (Webb, 1998)

ค) ตวตรวจวดความเขมรงส (detector)

ตวตรวจวดความเขมรงสจะเปนโฟโตไดโอด (photodiode) หรออเลกตรอนมลตไพเออร (electron multiplier) ภายในอตรอนมลตไพเออร จะประกอบดวยโฟโตคาโทด (photocathode) และอาโนด (anode) อยภายในหลอดสญญากาศ รงสทเขามาตกกระทบตวตรวจวด ซงจะแปลงพลงงานรงสใหเปนพลงงานไฟฟา กลาวคอเมอรงสตกกระทบโฟโตไดโอดจะทาใหอเลกตรอนหลดออกมาและถกสนามไฟฟาเคลอนทไปยงอาโนดทาใหเกดกระแสไหลซงทาใหหาความเขมรงสทตกกระทบได ตวอยางเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต รน DMc150 บรษท Bentham ดงรปท 14

รปท 14 เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตรน DMc150 บรษท Bentham

18

2) เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง (broadband UV radiometer)

เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง คอ เครองมอวดทครอบคลมในชวงความยาวคลนของรงส อลตราไวโอเลตเอ รงส อลตราไวโอเลตบ และรงสอลตราไวโอเลตซ (280-400 นาโนเมตร) เครองมอวดเครองนถงแมไมไดขอมลของความเขมรงสแตละความยาวคลนแตเครองมอวดนสามารถวดรงสอลตราไวโอเลตทมผลกระทบตอสงมชวตไดโดยตรงและเครองมอชนดนเปนเครองมอวดไมซบซอน ดแลรกษาและใชงานงาย มราคาทไมแพงเมอเทยบกบเครองมอวดสเปกตรม เครองมอวดประเภทนประกอบดวยอปกรณ ไดแก โดมแกว ตวรบรงส ตวกรองรงส ตวตรวจวด และวงจรขยายสญญาณ แสดงแผนภมไดดงรปท 15

รปท 15 แผนภมแสดงสวนประกอบของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง

(เสรม จนทรฉาย, 2557)

หลกการทางาน คอเมอรงสตกกระทบทโดมแกวผานเขามาทตวรบรงส จากนนจะผานตวกรองรงสซงจะกรองรงสในชวงความยาวคลนทตองการ และสงไปยงตวตรวจวดและอปกรณขยายสญญาณ เนองจากความเขมรงสอลตราไวโอเลตมคานอยสญญาณทไดจงมคานอย ดงนนในการวดจาเปนตองขยายสญญาณดวยจากนนคาทวดไดจะถกบนทกผานเครองบนทกขอมล (Data logger) แสดงรปเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501-A บรษท Solar Light ดงรปท 16

19

รปท 16 เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501-A บรษท

Solar Light

3) เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ (multi-channel filter UV radiometer)

เครองมอประเภทนสามารถวดรงสอาทตยไดในชวงความยาวคลนแคบ ๆ โดยมคา FWHM ประมาณ 10 นาโนเมตร เครองวดชนดนประกอบดวย แผนกรองรงสแบบหลายชองสญญาณ ตวตรวจวดสญญาณ และระบบควบคมบนทกขอมล เมอรงสตกกระทบกบตวรบรงสเขามาทแผนกรองรงส แผนกรองจะกรองใหรงสบางความยาวคลนผานมาไดเทานน จากนนเมอรงสผานเขามาแลวตกกระทบตวตรวจวดจะใหสญญาณไฟฟาออกมา แสดงลกษณะภายในเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ รน GUV-2511 ดงรปท 16 เครองมอนสามารถนาไปคานวณหาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลกระทบตอผวหนงได โดยอาศยการสอบเทยบกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตหรออาศยแบบจาลองการแผรงส ตวอยางของเครองวดความเขมรงส อลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณของบรษท Biosphrerical Instrument รน GUV-2511 แสดงดงรปท 17

รปท 17 ลกษณะภายในของเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลาย

ชองสญญาณ รน GUV-2511

20

รปท 18 เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ

2.6.2 เซนเซอรสาหรบวดความเขมรงสอลตราไวโอเลต

เครองมอวดทไดกลาวมาขางตนทง 3 แบบ โดยทวไปจะใชงานดานฟสกสบรรยากาศโดยจะตดตงใชงานภายนอกอาคารระยะยาวและมขนาดคอนขางใหญ จงไมสะดวกตอการพกพา อกทงมราคาคอนขางแพง ดงนนจงไดมผออกแบบเครองวดรงสอลตราไวโอเลตขนาดเลกทเหมาะแกการใชงานดานสขภาพ โดยตวตรวจวดสวนใหญจะเปนเซนเซอรทมการตอบสนองในชวงความยาวคลนรงสอลตราไวโอเลตซงเซนเซอรทมการนามาใชงานโดยทวไปคอ

1) เซนเซอร Silicon Carbide (SiC) Photodiode เซนเซอร Silicon Carbide (SiC) Photodiode ซงเซนเซอรชนดน ผลตจากวสด SiC

สามารถตรวจวดรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลน 200-400 นาโนเมตร หรอในชวงของรงสอลตราไวโอเลตเอ รงสอลตราไวโอเลตบ และรงสอลตราไวโอเลตซ ตวเซนเซอร SiC Photodiode มความเสถยรสงถงแมมการใชงานเปนเวลานานหรอไดรบรงสอลตราไวโอเลตปรมาณสงถง 1,000 มลลวตตตอตารางเมตร ทนทานตออณหภมไดสงสด 150 องศาเซลเซยส มคา dark current อยในชวงทแคบมาก ตวอยางเซนเซอร SiC Photodiode แสดงดงรปท 19

21

รปท 19 เซนเซอร Silicon Carbide (SiC) Photodiode (ทมา https://www.lasercomponents.com)

2) เซนเซอร Si 1145 เซนเซอร Si 1145 เปนเซนเซอรททาจากวสดซลกอน สามารถวดไดในชวงของรงส

อลตราไวโอเลตโดยเซนเซอรชนดนรบสญญาณเปนอนาลอกซงสามารถแปลงเปนสญญาณดจตอลได ชวงอณหภมในการทางานของเซนเซอรน คอ -40 ถง +85 องศาเซลเซยส ตวอยางเซนเซอร Si 1145 แสดงดงรปท 20

รปท 20 เซนเซอร Si 1145

(ทมา https://www.adafruit.com)

22

3) เซนเซอร ML8511 เซนเซอร ML8511 เปนเซนเซอรวดรงสอลตราไวโอเลตทชวงความยาวคลน 280-390

นาโนเมตร ใหสญญาออกมาเปนอนาลอคซงนาไปประยกตใชไดงาน Arduino ชวงอณหภมทสามารถทางานได -40 ถง +85 องศาเซลเซยส แสดงไดรปท 21

รปท 21 เซนเซอร ML8511

(ทมา https://www.thaieasyelec.com)

จากตวอยางเซนเซอรทง 3 ชนดคอเซนเซอรทสามารถวดรงสอลตราไวโอเลตไดและมการนาเซนเซอรทง 3 ชนดไปใชงานและประดษฐเปนเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต ซงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทมการพฒนาและออกแบบทเหมาะแกการพกพาสะดวก มการแสดงผลออกมาในรปของความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลกระทบตอผวหนงมนษย โดยปกตลกษณะการแสดงผลสามารถแบงออกได 2 แบบ ดงน

- แบบท 1 การแสดงคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตดวยชนดหนาจอ LCD

เครองวดความเขมรงส อลตราไวโอเลตขนาดพกพาแบบนจะมตวรบรงส ซงปรมาณสญญาณไฟฟาทใหออกมาจะขนกบปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลต และจะแสดงคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตออกมาเปนตวเลขบนหนาจอ LCD ในหนวยของมลลวตตตอตารางเซนตเมตร อยางไรกตาม เครองวดประเภทนจะมราคาคอนขางแพง ตวอยางของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตแบบท 1 ได แก เคร องว ด Sensitive UVB meter เคร องว ด UV(A+B) meter ของบรษท Solarmeter และเครอง TM-206D Solar Power Meter UV AB meter ของบรษท TENMARS แสดงดงรปท 22-24 ตามลาดบ

23

รปท 22 เครองวด SENSITIVE UVB METER

(ทมา https://en.ponpe.com/เครองวดแสงยว/uv6-2-detail.html)

รปท 23 เครองวด UV (A+B) METER (ทมา https://www.ponpe.com/เครองวดแสงยว/uv5-0-detail.html)

รปท 24 เครองมอวด TM-206D

(ทมา https://www.voake.com/product/tenmars-tm-208)

24

- แบบท 2 การแสดงคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตผานทางสของหลอดไฟ LED เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตขนาดพกพา แบบท 2 เปนเครองมอวดทเกดจาก

งานวจยของนกวจยซงพฒนาใหเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตนมขนาดกะทดรด และราคาถก แสดงคารงสอลตราไวโอเลตในรปของระดบความเขมรงสอลตราไวโอเลตออกมาเปนสของหลอดไฟ LED ตวอยางของเครองวดแบบน ไดแก เครองวด UVision Meter และเครอง Helios Meter แสดงดงรปท 25-26 ตามลาดบ

รปท 25 เครองวด UVision Meter (Hoblos et al., 2015)

รปท 26 เครองมอวด Helios Meter (Lönnqvist et al., 2018)

25

เครองมอวดทกลาวมาผวจยยกตวอยางเครองมอวดและราคาของเครองมอวดดงตารางท 2

ตารางท 2 แสดงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตพรอมราคาของเครอมอวดรงสอลตราไวโอเลตโดยประมาณ

เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต ราคาโดยประมาณ (บาท)

1.เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต รน DMc 150 บรษท Bentham 2,000,000

2.เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV- biometer 501-A บรษท Solar Light

200,000

3.เครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตแบบใชแผนกรองรงสหลายชองสญญาณ รน GUV-2511 บรษท Biosphrerical Instrument

400,000

4.SENSITIVE UVB METER บรษท Solar meter 20,200

5.UV (A+B) METER 16,800

2.7 คณลกษณะ (Characteristic) ของเครองวดรงสอลตราไวโอเลต

คณลกษณะของเครองวดรงสอาทตยมดงน

2.7.1 สภาพตอบสนอง (responsitivity) หรอสภาพไวรงส (sensitivity)

เครองวดรงสโดยทวไปใหสญญาณออกมาเปนศกยไฟฟาในหนวยโวลต เมอตองการทราบความเขมรงสอาทตยจะตองทาการแปลงคาศกยไฟฟาทไดนน การแปลงคาศกยไฟฟาไดดวยการหารคาศกยไฟฟาดวยคาสภาพตอบสนองในหนวยโวลตตอวตตตอตารางเมตร ซงไดจากการสอบเทยบเครองวดกบเครองวดมาตรฐาน

2.7.2 การตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตย (spectral response)

เครองมอวดรงสอาทตยเมอใชงานเปนระยะเวลานาน ตวรบรงสหรอเซนเซอรจะมความเสอมซงความเสอมนจะสงผลกระทบโดยตรงตอความถกตองของการวดรงสคอ คาการตอบสนองลดลงจะเปนสาเหตหลกทคาการตอบสนองตอรงสอาทตยของเครองวดลดลง ดงนนการวดคาหรอการหาคาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยจงเปนส งสาคญเพอเปนตวบงบอกคณสมบตของเครองมอวดรงสอาทตย

26

การตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยเปนคณสมบตสาคญสาหรบเครองวดรงสอาทตยโดยจะบอกความสามารถในการตอบสนองตอรงสทแตละความยาวคลน ซงขนอยกบตวรบรงสและตวกรองรงส เครองวดรงสทดควรวดความเขมรงสอาทตยไดครอบคลมในชวงความยาวคลนทตองการ ตวอยางคาการตอบสนองของเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501 ซงใกลเคยงกบการคาการตอบสนองของผวหนงมนษย (รปท 27)

รปท 27 การตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-biometer 501 (https://solarlight.com)

2.7.3 การตอบสนองตอมมตกกระทบ (cosine response)

การตอบสนองตอมมตกกระทบเปนตวแปรทมผลตอความถกตองของการวดรงสอาทตยซงเปนตวแปรทสาคญ โดยทวไปหววดรงสอาทตยไมสามารถตอบสนองไดดเทากนทกมมตกกระทบ การวดการตอบสนองตอรงสอาทตยทตกกระทบบนหววดทมมตกกระทบตาง ๆ กรณเครองวดในอดมคต สามารถหาคารงสตกกระทบบนระนาบทตงฉากกบทศทางของรงสโดยการหารคารงสตรงทตกกระทบทหววดดวยโคไซนของมมตกกระทบ

27

การตอบสนองของเครองวดรงสจะขนอยกบมมตกกระทบของรงส โดยทวไปการตอบสนองของเครองวดจะมคาสงสดเมอรงสตกกระทบตงฉากกบตวรบรงส และจะมคาลดลงเมอมมตกกระทบมคาเพมขน เครองวดทดควรมการตอบสนองตอมมตกกระทบแปรคาใกลเคยงกบการแปรคาของโคซายนของมมตกกระทบ (รปท 28)

รปท 28 กราฟแสดงการตอบสนองมมตกกระทบของเครองวดรงสรวม (เสรม จนทรฉาย, 2557)

28

2.8 งานวจยทเกยวของ

Rosenfeld และคณะ (2011) มความสนใจเกยวกบปญหาในการวดรงสอลตราไวโอเลต ทงทางดานเทคนคและดานทางการแพทย โดยไดศกษาเซนเซอร ชนด Schottky เปรยบเทยบกบเซนเซอรซลคอนคารไบด พบวาเซนเซอรซลคอนมคาความไวตอแสงชวงรงสอลตราไวโอเลตตา แตมความไวตอรงสอาทตยมากกวา จากนนไดทาการสรางเครองวดรงสอลตราไวโอเลต โดยเลอกใชเซนเซอรไดโอด Schottky และตวกรองแสงแบบแกว นอกจากนผวจยออกแบบใหเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตมขนาดเลก อปกรณของเครองมอวดประกอบดวย 1) AD converter ADS1218 2) Controller ATMega 128L 3) Display BO12864D 4) Service UV-PC และ DC-DC Controller 3-5V เครองมอวดมขนาด 190x60x30 มลลเมตร โดยเครองมอวดเซนเซอรมการตอบสนองในชวงรงสอลตราไวโอเลต อกทงอปกรณสามารถหางาย

Amini และคณะ (2009) ไดเลงเหนถงปญหาของรงสอลตราไวโอเลตทตกกระทบพนผวโลกมากขน ทาใหมความตองการทปกปองผวมากขนจงตองการอปกรณตรวจวดรงสอลตราไวโอเลตสวนบคคลทสามารถวดรงสอลตราไวโอเลตได ผวจยไดเนนการพฒนาและตรวจสอบการทางานของเครองมอวดอปกรณไรสายและอปกรณทเคลอนยายได สาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตนใชเซนเซอรประสทธภาพสง มการคานวณดชนรงสอลตราไวโอเลตและแจงใหผใชทราบถงเวลาทตองหลบแดด โดยจะเนนกลมเปาหมายทเดก กลมวยทางาน ผอยกลางแจง และผปวยทมความไวตอแสง อปกรณทใชสาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตนประกอบไปดวย เซนเซอร ML8511 มการตอบสนองในชวงความยาวคลน 280-400 นาโนเมตร หรอในชวงรงสอลตราไวโอเลตเอและรงสอลตราไวโอเลตบ ตวแปลงอนาลอคไปเปนดจตอล ไมโครคอนโทรลเลอร พรอมกบ Bluetooth Adapter RN-24 ซงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต OKI ML8511 ทสรางขนสามารถแสดงผลแบบเรยลไทมและใชงานสวนบคคลทสามารถตดหมวก หรอสรอยคอ เนองจากอปกรณมขนาดเลกและแมนยาซงอปกรณนซงสามารถชวยลดความเสยงในการเปนโรคมะเรงผวหนง

Larason และคณะ (2001) เหนถงปญหาของรงสอลตราไวโอเลต จงผลตเครองวดแบบงายเพอตองการวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงกวาง โดยในงานนไดสรางเครองมอวดและทาการตรวจสอบหาคณลกษณะ cosine response และ spectral response พรอมกบหาท มาของค า ความคลาดเคลอน (error) ในชวงความยาวคลนรงสอลตราไวโอเลตเอ และรงสอลตราไวโอเลตบ

Alves และคณะ (2006) ไดทาการสรางเครองวดรงสอลตราไวโอเลตโดยใชโฟโตไดโอด ตวกรองแสง และรรบแสง เซนเซอรทใชมการตอบสนองในชวงความยาวคลน 315-400 นาโนเมตร และมการทดสอบคณลกษณะ cosine response โดยใชหลอดไฟ FEL 1 กโลวตตเปนแหลงกาเนดรงส ซงหลอดไฟจะวางหางจากเครองวดประมาณ 1 เมตร และทาการวดทก ๆ 5 องศา จากนนทดสอบความหนาของตวกรอง 12% 15% 20% และ 40% ทดสอบความสมาเสมอในการตอบสนองของหววดท

29

ตาแหนงตาง ๆ และทดสอบการตอบสนองสเปกตรมของตวกรองแสงชนด WG305 และ GG420 จากผลทไดพบวาเครองมอวดมการตอบสนองสเปกตรมทดเมอเทยบกบสเปกตรมการตอบสนองมาตรฐาน

Lonnqvist และคณะ (2018) ทาการออกแบบและพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสามารถสวมใสไดซงมจดมงหมายเพอชวยปองกนผลขางเคยงจากการไดรบรงสอลตราไวโอเลตมากเกนไป จงไดสรางเครองมอวดชอเครอง Helios โดยอปกรณประกอบดวย 1) Senser ML8511 2) Buzzer Kobitone 3) LED lights 4) Lithium-ion Polymer Battery 3.7 V 550 mAh 5) Bluno Beetie DFR0339 และ 6) on/off Button ในการทดสอบเซนเซอร จะทาการเปรยบเทยบคาดชนรงสอลตราไวโอเลตทวดไดกบคาทเจาหนาทรายงาน นอกจากนไดทาการทดสอบการกนนาโดยนาเซนเซอรทสรางขนแชอยในนาจดและนาเคม 1 ชวโมงทความลก 1 เมตร การทดสอบความสามารถในการสวมใสโดยการนาออกไปใชงานจรง และการทดสอบความทนทานโดยปลอยจากความสง 1.2 เมตร ผลทไดพบวาอปกรณยงคงทางานไดด

Hoblos และคณะ (2015) เหนถงความสาคญตอผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตซงทาใหเกดความเสยหายตอผวหนงมนษย ในงานวจยนจงทาการสรางเครองตรวจวดรงสอลตราไวโอเลตแบบพกพก นาหนกเบา โดยมอปกรณประกอบไปดวย เซนเซอร Adafruit SI1145 ซงเชอมตอกบแอปพลเคชนมอถอผานบลทธ และแสดงใหเหนคารงสอลตราไวโอเลตพรอมคาแนะนาในการปองกนอยางตอเนอง Arduino Pro mini (3.3V) HC-06 BLE module Ardroid App และ 3.7V 105 mAh lipoly battery ในการ เขยนโปรแกรมจะใช โปรแกรม Arduino IDE ให แสดงค าด ชน ร งสอลตราไวโอเลต ซงจะแสดงคาออกมาเปนหลอดไฟ LED ทมหมายความวา ถาไฟตด 1 ดวง แสดงวาคาดชนอยระหวาง 0-5 ไฟตด 2 ดวง แสดงวาคาดชน อยระหวาง 6-8 และถาไฟตด 3 ดวง แสดงวาคาอยในระดบสงอนตราย สาหรบการออกแบบเคสจะเลอกใชวสดพลาสตกใหมขนาดพกพางาย และมนาหนกเบา โดยจะออกแบบในโปรแกรม Solidwork เพอใหเซนเซอรใชงานรวมกบ เสอ กางเกง หมวก และกระเปา ไดงาย จากการทดสอบเซนเซอรพบวามแนวโนมวดดชนรงสอลตราไวโอเลตไดสงกวาคาจากการรายงานสภาพอากาศ

de Paula Correa และคณะ (2010) ท LATMOS University สนใจวธการปองกนรงสอลตราไวโอเลตทมากเกนไป โดยการบอกคาดชนรงสอลตราไวโอเลต (UVI) ขององคกรอนามยโลกเพอหลกเลยงอนตรายจากรงสอลตราไวโอเลต ดงนนคณะผวจยจงไดทาการเปรยบเทยบคาดชนรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองวดแบบตาง ๆ ไดแก senser solarmeter UVI 8.5 นาฬกาขอมอ Decathlon นาฬกาขอมอ Oregon และนาฬกาขอมอ Solarmeter แลวนามาเปรยบเทยบกบขอมลจากเครองสเปกโตรม เตอร (Bentham) ผลท ไดสรปวาม เ พยงไมก เคร องท ใหคาดชน ร งสอลตราไวโอเลตทนาเชอถอ

30

จากงานวจยทผานมาจะเหนวามการพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตจากดวงอาทตย

หลายแบบ แตเครองวดทพฒนาขนยงมสมรรถนะทนาเชอถอนอย ดงนนในงานวจยนผวจยจงได

พฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตแบบพกพาขนมาใหม ตามรายละเอยดทจะกลาวในบทตอไป

31

บทท 3 วธการและผล

ปรมาณความเขมรงสอลตราไวโอเลตเปนสงสาคญเนองจากสงผลกระทบตอสงมชวตบนโลก การวดความเขมรงสอลตราไวโอเลตตองอาศยเครองมอวดซงสวนมากแสดงผลทเขาใจไดยากสาหรบบคคลทวไป อกทงยงมราคาสง และมขนาดใหญยากตอการพกพา ดงนนในงานวจยนผวจยจงไดพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตขนาดพกพาทแสดงผลออกเปนดชนรงสอลตราไวโอเลต และมตนทนตา ผวจยไดทาการออกแบบพฒนาและทดสอบการทางานของเครองวดทพฒนาขน โดยมรายละเอยดดงน

3.1 การออกแบบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต

การออกแบบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตตองคานงถง คอ การเลอกเซนเซอรทเหมาะสมสาหรบใชวดรงสอลตราไวโอเลต ผวจยไดพจารณาเซนเซอร 2 ชนด ไดแก UVI-01 และ UVM-30A โดยทาการเปรยบเทยบคณลกษณะ (Characteristic) ดงตารางท 3

ตารางท 3 คณลกษณะของเซนเซอร

ชนดเซนเซอร

คณลกษณะ

ความยาวคลน (nm)

ขนาด การบนทก

ขอมล หมายเหต

UVI-01

290-400

สง 0.4 cm เสนผาน -ศนยกลาง 0.4 cm

Data logger -

UVM-30A

200-370 กวาง 1.3 cm x ยาว

3.4 cm x หนา 0.6 cm SD Card

ใชงานรวมกบบอรดArduino UNO R3และอปกรณอน ๆ ไดอกมากมาย

32

เซนเซอรทง 2 ชนดวดในชวงความยาวคลนรงสอลตราไวโอเลต และมขนาดไมแตกตางกนมาก แตเซนเซอร UVI-01 มความยากในการใชงาน เนองจากการเกบบนทกขอมลทบนทกดวย Data logger จงไมสะดวกแกการพกพา ดงนนผวจยจงเลอกใชเซนเซอร UVM-30A ทสามารถบนทกคาดวย micro SD card และแสดงผลทางหนาจอ LCD จงสะดวกกบการใชงานและการพกพา

การออกแบบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ผวจยจะใชอปกรณและตนทนตามทแสดงดงตารางท 4 ตนทนรวม 1,097 บาท แสดงรปอปกรณทใชรปท 29-33 ตารางท 4 อปกรณสาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

อปกรณ ตนทน (บาท)

1.เซนเซอร UVM-30A 480

2.Arduino UNO R3 260 3.RTC DS3231 70

4.Micro SD Card Module 45

5.จอ LCD 80 6.ตวตานทานปรบคาได 12

7.กลองอะครลคทใชสาหรบใสแผงวงจร 150 รวม 1,097

รปท 29 บอรด Arduino Uno R3

รปท 30 RTC DS3231

33

รปท 31 Micro SD Card Module

รปท 32 จอ LCD ขนาด 162 cm

รปท 33 ตวตานทานปรบคาได 10K

การทางานของเครองมอวดทพฒนาขนจะแสดงดงแผนภาพรปท 34

รปท 34 แผนภาพการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

MCU LCD 16x2 cm

RTC

Micro SD Card

UVM-30A

34

หลกการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน คอเมอแสงตกกระทบบนเซนเซอร UVM-30A ตวควบคมการทางาน (MCU) รบสญญาณไฟฟาเขามาจากนนสงคาสญญาณแสดงบนหนาจอ LCD และบนทกคาวนเวลาปจจบนจากอปกรณ (RTC) พรอมกบคาสญญาณทไดลงบน Micro SD Card

เซนเซอรชนด UVM-30A โดยปกตมสญญาณออกมาเปนศกยไฟฟาในหนวย mV เมอตองการหาดชนรงสอลตราไวโอเลตจะสามารถนาคาสญญาณไฟฟามาเปรยบเทยบกบคาดชนรงสอลตราไวโอเลตไดดงตารางท 5 และแสดงไดดงกราฟรปท 35

ตารางท 5 การเปรยบเทยบระหวางคาศกยไฟฟา (mV) กบดชนรงสอลตราไวโอเลต

คาศกยไฟฟา (mV) ดชนรงสอลตราไวโอเลต

<50 0 227-317 1

318-407 2

408-502 3 503-605 4

606-695 5

696-794 6 795-880 7

881-975 8

976-1078 9 1079-1169 10

1170+ 11

35

รปท 35 กราฟระหวางคาดชนรงสอลตราไวโอเลตกบคาสญญาณไฟฟาทวดได (mV)

อยางไรกตามในการใชงานจรงจะตองทาการสอบเทยบโดยเครองวดมาตรฐานเพอความแมนยาของการวดความเขมรงสอลตราไวโอเลต

3.2 การพฒนาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต

ในการพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทแสดงคาดชนรงสอลตราไวโอเลตบนจอ LCD และสามารถบนทกคาดชนรงสอลตราไวโอเลตพรอมกบวนและเวลาลงบน Micro SD Card ผวจยไดทาการตอวงจรดงแผนภาพวงจรจาลองดงรปท 36 จากนนผวจยจะนาอปกรณทงหมดบรรจลงในกลองอะครลคสดาและตอแหลงจายไฟขนาด 9 โวลต เพอใหพลงงานแกวงจร แสดงรปวงจรภายในกลองไดดงรปท 37 และรปกลองภายนอกแสดงดงรปท 38

36

รปท 36 แผนภาพวงจรจาลองสาหรบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

เซนเซอร UVM-30A

Micro SD card

Arduino Uno R3

RTC DS3231

LCD 16 x 2 cm

37

รปท 37 ลกษณะภายในเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

รปท 38 ลกษณะภายนอกของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

จากรปท 38 จะเหนลกษณะภายนอกของเครองซงประกอบดวยอปกรณดงน

ดานบน : ตวเซนเซอร หนาจอ LCD ดานขางซาย : ปมสวทซเปด-ปด และชองเสยบ USB ดานขางลาง : ชองใส Micro SD card

จอ LCD

เซนเซอร

ชองใส SD card สวตซเปด-ปด

ชองเสยบ USB

38

จากนนผวจยทาการเขยนคาสงใหกบบอรด Arduino Uno R3 ผานทางโปรแกรม Arduino IDE และอปโหลด (upload) คาสงลงบอรด Arduino Uno R3 โดยจะแบงการเขยนคาสงทงหมด 2 คาสง คอ

1.) คาสงหลกการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน เพอศกษาความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขนกบคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต แสดงแผนภาพโปรแกรมรปท 39 ดงน

รปท 39 แผนภาพหลกการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนเพอศกษาความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต

อานคาสญญาณจาก UVM-30A (mV)

เรมตน

แสดงผลบนหนาจอ LCD บนทกคาลง Micro SD Card

1 วนาท

39

2.) คาสงหลกการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนเพอแปลงคาสญญาณไฟฟาทไดจากเครองวด (mV) เปนดชนรงสอลตราไวโอเลต (UVI) แลวใหแสดงผลทางหนาจอ LCD เปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต แสดงแผนภาพโปรแกรมรปท 40 ดงน

รปท 40 แผนภาพหลกการทางานของเครองมอรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนเพอแปลงคา สญญาณไฟฟาทไดจากเซนเซอร (mV) เปนดชนรงสอลตราไวโอเลต (UVI) เพอใหแสดงผลทางจอ LCD เปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต

เรมตน

อานคาสญญาณ UVM-30A (mV)

แปลงคา UVI = UV (mW/m2)/25(mW/m2)

แสดงผลบนจอ LCD บนทกคาลง Micro SD Card Module

1 วนาท

แปลงคาสญญาณไฟฟา (mV) เปนความเขมรงสอลตราไวโอเลต (mW/m2)

40

3.3 การทดสอบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

เมอทาการพฒนาเครองมอสาหรบวดรงสอลตราไวโอเลตเรยบรอยแลว ผวจยไดนาเครองมอวดดงกลาวไปตดตงทดาดฟาชน 10 อาคารวทยาศาสตร 1 มหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม (13.82ºN, 100.04ºE) เพอเทยบกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ยหอ Bentham รน DMc150 (รปท 41)

รปท 41 (ก) เครองวดรงส อลตราไวโอเลตท พฒนาขนเทยบกบ (ข) เครองวดสเปกตรมรงส

อลตราไวโอเลต

โดยทาการปอนคาสงท 1 เพอศกษาความสมพนธระหวางเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน โดยทาการตดตงเทยบกนในชวงวนท 3-25 เมษายน 2562 จากการเปรยบเทยบผลทไดจากการวดดวยเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต พบวาการแปรคาในรอบวนของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนมรปแบบเดยวกนกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตแสดงดงรปท 42

(ก) (ข)

41

รปท 42 การแปรคาในรอบวนของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ( ) กบเครองมอวด

สเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ( )

จากนนผวจยไดทาการหาความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนกบคาความเขมรงส อลตราไวโอเลตของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐานราย 10 นาท แสดงกราฟดงรปท 43

รปท 43 กราฟระหวางศกยไฟฟาจากเครองมอวดทพฒนาขนกบคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน

42

ความสมพนธทไดนเปนตวบงบอกถงความสอดคลองกนเปนอยางดระหวางเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขนกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต โดยมคา R2 เทากบ 0.98 และความสมพนธสาหรบการแปลงคาความตางศกยเปน EUV มดงสมการท (3.1)

13.6830.1805VV106EUV 25

30AUVM −+= −

− (3.1) เมอ EUVUVM-30A คอ ความเขมรงสอลตราไวโอเลต (mW/m2) V คอ ศกยไฟฟาทไดจากเครองวดทพฒนาขน (mV)

เมอไดความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาและคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตแลว ผวจยจงไดนาสมการท (3.1) ปอนในคาสงท 2 เพอแปลงคาสญญาณไฟฟาทไดจากเซนเซอร (mV) เปนดชนรงสอลตราไวโอเลต (UVI) แลวใหแสดงผลทางหนาจอ LCD เปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต แลวนาเครองไปเปรยบเทยบกบเครองวดมาตรฐานเชนเดยวกบการทดสอบครงท 1 โดยทาการตดตงเปรยบเทยบวนท 2-7 พฤษภาคม 2562 โดยการทดสอบครงท 2 จะพลอตกราฟคาดชนรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนเทยบกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน พบวาการแปรคาในรอบวนของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขนมคาใกลเคยงกนกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตรปท 44

รปท 44 ดชนรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (UVI standard) ( ) กบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (UVI UVM-30A) ( )

43

สาหรบการทดสอบความแมนยาของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตพฒนาขนสามารถบอกไดดวยคา root mean square error (RMSE) และ mean bias error (MBE) เมอเทยบกบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต ดงสมการท (3.2) และสมการท (3.3) ตามลาดบ

%100

N

EUV

N

)EUV(EUV

RMSEn

1i

Standard

n

1i

2

Standard30A-UVM

−

=

=

=

(3.2)

100%

N

EUVN

)EUV(EUV

MSEn

1i

Standard

n

1t

Standard30A-UVM

−

=

=

=

(3.3)

เมอ 30A-UVMEUV คอ คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต

ทพฒนาขน ( 2mmW )

StandardEUV คอ คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ( 2mmW )

เมอเขยนกราฟระหวางคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองมอวดสเปกตรมรงสอาทตย

กบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนพบวามคา RMSE และ MBE เทากบ 18.0% และ -5.0% ตามลาดบ (รปท 45) ดงนนเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขนสามารถนามาวดความเขมเขมรงสอลตราไวโอเลตได โดยมความละเอยดถกตองในระดบปานกลางเมอเทยบกบการวดดวยเครองมาตรฐาน

44

รปท 45 การเปรยบเทยบความเขมรงสอลตราไวโอเลตจากเครองวดท พฒนาขน (UVEUVUVM-30A) กบคาทไดจากการวดดวย Bentham (UVBentham)

เมอทดสอบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม เรยบรอยแลว ผวจยไดเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนไปทาการตดตงทดสอบเทยบกบเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวาง รน UV-Biometer 501A ผลตโดยบรษท Solar Light ทสถานอตนยมวทยาทง 3 ภมภาคของประเทศไทย ไดแก 1. ภาคแหนอ จงหวดเชยงใหม 2. ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ จงหวดอบลราชธาน 3. ภาคใต จงหวดสงขลา

45

1) ภาคเหนอ

ภาคเหนอ: สถานศนยอตนยมวทยาเชยงใหม อาเภอเมอง จงหวดเชยงใหม (18.8ºN, 98.98ºE) ผวจยไดทาการตดตงทดสอบ ในวนท 2 มถนายน 2562 แสดงดงรปท 46

รปท 46 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer (ดานขวา)

ในวนทตดตงพบวามปรมาณเมฆมากสลบกบเมฆนอยตลอดทงวนและชวงเยนมฝนตกจงนา

ความสมพนธทไวไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนพลอตกราฟเทยบกบเครองมอ

UV-Biometer ผลทไดแสดงดงกราฟรปท 47

46

รปท 47 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทพฒนาขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดเชยงใหม

ผลทไดจากกราฟพบวาคาทไดจากเครองวดทงสองมความแตกตางกนในรปของ RMSE และ MBE เทากบ 38.0% และ 16.0% ตามลาดบ

47

2) ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ

ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ: สถานศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ อาเภอเมอง จงหวดอบลราชธาน (15.25ºN, 104.87ºE) ผวจยไดทาการตดตงทดสอบ ในวนท 12 มถนายน 2562 แสดงดงรปท 48

รปท 48 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer

(ดานขวา)

ในวนทตดตงพบวามปรมาณเมฆนอยเกอบตลอดทงวนในชวงบายมเมฆมากและชวงเยนมฝน

ตกจงไดความสมพนธทไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนพลอตกราฟเทยบกบ

เครองมอ UV-Biometer ผลทไดแสดงดงกราฟรปท 49

48

รปท 49 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทสรางขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดอบลราชธาน

ผลทไดจากกราฟพบวาคาทไดจากเครองวดทงสองมความแตกตางกนในรปของ RMSE และ MBE เทากบ 33.0% และ 21.0% ตามลาดบ

49

3) ภาคใต

ภาคใต: สถานศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก อาเภอเมอง จงหวดสงขลา (7.2ºN, 100.06ºE) ผวจยไดทาการตดตงทดสอบ ในวนท 6 มถนายน 2562 แสดงดงรปท 50

รปท 50 การตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน (ดานซาย) เทยบกบ UV-Biometer

(ดานขวา)

ในวนทตดตงพบวามปรมาณเมฆนอยเกอบตลอดทงวนในชวงบายมเมฆมากและชวงเยนมฝน

ตกจงไดความสมพนธทไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนพลอตกราฟเทยบกบ

เครองมอ UV-Biometer ผลทไดแสดงดงกราฟรปท 51

50

รปท 51 กราฟเปรยบเทยบความสมพนธระหวางความเขมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองมอวดทพฒนาขนกบเครองมอวด Biometer ทสถานอตนยมวทยา จงหวดสงขลา

ผลทไดจากกราฟพบวาคาทไดจากเครองวดทงสองมความแตกตางกนในรปของ RMSE และ MBE เทากบ 34.0% และ 24.0% ตามลาดบ

จากการนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนไปตดตงเทยบกบเครองมอวดรงส

อลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวางมาตรฐานทงสถานอตนมวทยา จงหวดเชยงใหม จงหวด

อบลราชธาน และจงหวดสงขลา พบวาทง 3 ภมภาคมคา RMSE และคา MBE มาก เหตผลทกอใหเกด

ความคลาดเคลอนนอาจเนองมาจากตวอปกรณของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒาขนไมมตว

diffuse ทเหมอนกบเครองวด UV-biometer และจากการหาความสมพนธหรอสมการทใชแปลงคา

ศกยไฟฟาเปนคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตไมมตวแกคาทงคาโอโซนและคาฝนละอองเหมอนกบ

เครองวด UV-biometer ซงเหตผลทกลาววามเปนเพยงสาเหตททาใหเกดความคลาเคลอนของ

เครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

51

3.4 การแปรคารงสอลตราไวโอเลตของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

เมอไดเครองวดแลว ผวจยไดใชเครองวดดงกลาวไปวดรงสอลตราไวโอเลตเมอศกษาการแปรคาในรอบวน โดยนาคาทไดจากเครองวดรายชวโมงมาเขยนกราฟการแปรคาตามเวลาในรอบวนในกรณทองฟาปราศจากเมฆ เมฆบางสวน และมเมฆเตมทองฟา ผลทไดแสดงดงรปท 52-54

รปท 52 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณทองฟาปราศเมฆ

รปท 53 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณเมฆบางสวน

รปท 54 คาความเขมรงสอลตราไวโอเลตของเครองมอวดทพฒนาขนกรณเมฆเตมทองฟา

52

จากรปจะเหนวาเครองมอวดทพฒนาขนสามารถวดคารงสอลตราไวโอเลตและแสดงคาใหเหนการแปรคาตามเวลาในรอบวนได นอกจากนผวจยไดทาการศกษาการแปรคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตและคาดชนรงสอลตราไวโอเลตรายชวโมงซงวดไดจากเครองวดทพฒนาขน ดงรปท 55 จากรปพบวาคาดชนรงสอลตราไวโอเลตมการแปรคาในรอบวนในแตละวนคลาย ๆ กน คอคารงสอลตราไวโอเลตจะมคาเพมขนจากชวงเชา และมคาสงสดในชวงเวลาเทยง จากนนจะมคาลดลงในชวงเยน เนองจากการทางเดนดวงอาทตยมการเปลยนแปลงจงทาใหมมตกกระทบระหวางรงสอลตราไวโอเลตกบหววดเปลยนไป

รปท 55 การแปรคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษยในรอบวน เดอนเมษายน ถง พฤษภาคม ป พ.ศ. 2562 ทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม

53

รปท 55 การแปรคาความเขมรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษยในรอบวน เดอนเมษายน ถง

พฤษภาคม ป พ.ศ. 2562 ทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม (ตอ)

54

3.5 การสอบเทยบคณลกษณะของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

ในการหาคณลกษณะของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลต ผวจยไดหาคณลกษณะทสาคญ 2 คณลกษณะไดแก

3.5.1 คณลกษณะการตอบสนองของมมตกกระทบตอเครองมอวด (cosine response)

การตอบสนองของมมตกกระทบตอเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทสรางขน (cosine response) มมตกกระทบของรงสอาทตยตอหววดรบรงสเปนตวแปรทมความสาคญในการวดคาความเขมรงสอาทตย เพราะการเปลยนแปลงของคาความเขมรงสอาทตยจะแปรคาตามการขนและตกของดวงอาทตยในรอบวน ผวจยจงตองการหาคาความมมตกกระทบของแหลงกาเนดแสงจาลองตอเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน เรยกวา การตอบสนองของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตตอมมตกกระทบมมตาง ๆ (cosine response)

เครองมอวดรงสอาทตยทดควรมการตอบสนองของเครองมอวดรงสอาทตยตอมมตกกระทบในอดมคตทมลกษณะเหมอนกบฟงกชน cosine อยางไรกตามเครองมอวดรงสอาทตยโดยทวไปไมสามารถแสดงลกษณะไดดงอดมคต กอนการใชงานจงควรทาการสอบเทยบคณลกษณะของมมตกกระทบเพอใหทราบขอบเขตของการวดรงสอลตราไวโอเลตในการใชงานจรงไดแสดงภาพรงสอาทตยตกกระทบเซนเซอรทมม θ ดงรปท 56

รปท 56 รงสอาทตยตกกระทบเซนเซอรทมม θ

Normal to surface

Sensor

55

ผวจยไดทาการตงอปกรณสาหรบทาการสอบเทยบการตอบสนองตอมมตกกระทบดงน (รปท 57)

1) แหลงกาเนดแสงอาทตยจาลองซงเปนหลอดทงสเตนฮาโลเจน 2) เลเซอรฮเลยมนออน 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) ชดอปกรณปรบมมแบบละเอยด สามารถหมนได 360 องศา 5) คอมพวเตอรควบคมการหมนทมมตาง ๆ

ผวจยไดทาการจดวางอปกรณไดดงแผนภาพในรปท 57

รปท 57 แผนภาพการจดวางอปกรณการสอบเทยบ cosine response ซงประกอบดวย 1) หลอด

ทงสเตนฮาโลเจน 2) เลเซอรฮเลยมนออน 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) ชดอปกรณปรบ มมแบบละเอยด 5) คอมพวเตอรควบคม

Laser Sensor

Rotation table

Computer

1) 2)

3)

4)

5)

56

จากรปท 54 ผวจยจะดาเนนการสอบเทยบตามกระบวนการดงตอไปน

1) ตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบชดอปกรณปรบมมแบบละเอยด (รปท 58)

2) เปดเลเซอรฮเลยมนออนเพอปรบระดบใหตาแหนงตรงกลางของเซนเซอรของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน (รปท 59)

3) เปดแหลงกาเนดแสงอาทตยจาลองเพอใหแสงมคาคงทและนง โดยเปดทงไวกอนทาการบนทกเปนเวลาประมาณ 20 นาท พรอมกบปดไฟเพอไมใหแสงอนรบกวน (รปท 60)

4) ทาการวดและบนทกคาสญญาณศกยไฟฟาทแสงตกกระทบบนหววดหรอเซนเซอรโดยเปลยนคามมททาการวดทละ 1 องศา จนครบมม -90 ถง +90 องศา โดยควบคมผานทางคอมพวเตอร (รปท 61)

รปท 58 ตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนกบชดอปกรณปรบมมแบบละเอยด

57

รปท 59 ปรบระดบตาแหนงของเซนเซอรตรงกลางใหอยตรงกลาง

รปท 60 เปดแหลงกาเนดเปนเวลาประมาณ 20 นาท

รปท 61 โปรแกรมการปรบมม θ

58

เนองจากหลอด THL มความเขมสงมากและมรงสอลตราไวโอเลต ดงนนผวจยจงไดทาการออกแบบระบบ monitor ผานทางกลองวงจรปดและทาการควบคมการบนทกขอมลจากภายนอกหองปฏบตการสอบเทยบ การควบคมดงกลาวสามารถสงเกตไดดงรปท 62

รปท 62 ภาพทถายขณะกาลงทาการสอบเทยบหาคาการตอบสนองของเครองมอวดทพฒนาขน

จากการวดไดคาสญญาณศกยไฟฟาตอมมตกกระทบตาง ๆ ผวจยไดทาการทดสอบ โดยนาคาสญญาณทไดมา Normalized Response แสดงดงตารางท 6

59

ตารางท 6 แสดงคาสญญาณทวดได

มม (องศา) ศกยไฟฟา (มลลโวลต) Normalized Response

90 0 0

… … …

12 38.0402 0.97169

11 35.7841 0.91406

10 37.8676 0.96728

9 37.2307 0.95101

8 37.4399 0.95635

7 38.01455 0.971032

6 37.98184 0.970197

5 37.76771 0.967127

4 38.01455 0.971032

3 37.00601 0.94527

2 37.37393 0.954668

1 38.18165 0.975301

0 39.1486 1

-1 38.16567 0.974892

-2 38.1 0.973215

-3 37.08815 0.947368

-4 39.20462 0.944

-5 40.34654 0.943

-6 39.9984 0.9432

-7 36.35142 0.92855

-8 37.1457 0.94884

-9 36.3078 0.92743

-10 35.7515 0.91323

-11 37.8788 0.96756

-12 36.9624 0.94416

… … …

-90 0 0

60

จากนนนาขอมล normalized response มาเขยนกราฟกบมมตกกระทบ (Incident angle) และเปรยบเทยบกบกราฟของ cosine ของมมตกกระทบ (รปท 63)

รปท 63 การตอบสนองตอมมตกกระทบของเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ( ) เทยบ

กบคา cosine ( )

จากกราฟการตอบสนองตอทศทางของรงส (cosine response) ระหวางเครองมอวด รงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนเทยบกบ cosine พบวาการตอบสนองตอทศทางของรงสของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน มคาการตอบสนองทศทางและรงสไดแคบกวาคา cosine โดยคาการตอบสนองทมมนอยกวา 40 องศา มการตอบสนองตอมมตกกระทบใกลเคยงกบคา cosine แตทมมมากกวา 45 องศา มการตอบสนองลดลงอยางรวดเรว และเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน ไมสามารถรบรงสไดทมมตกกระทบมากกวา 70 องศา เนองมาจากตวเซนเซอรของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน มขนาดเลกและพนทรบแสงนอย

61

3.5.2 คณลกษณะการตอบสนองของเครองมอวดรงสตอความยาวคลนทตกกระท บ (Spectral response)

การตอบสนองของเครองมอวดตอความยาวคลนทตกกระทบ เมอเซนเซอรหรอเครองมอวดมการใชงานเปนระยะเวลานานทาใหเซนเซอรมความสามารถในการวดคาไดนอยหรอมความเสอมสภาพลง ซงความเสอมสภาพนสงผลทาใหคาทวดหรอคาทอานไดสงผลตอความถกตองของเครองวดรงส ผจยจงทาการหาหรอทดสอบคณลกษณะการตอบสนองของเครองวดตอสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต โดยอปกรณทใชในการสอบเทยบเพอหาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองมอวดทพฒนาขนมดงน

1) แหลงกาเนดแสง 2) เครองโมโนโครมาเตอร 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) เครองควบคมโมโนโครมาเตอร 5) คอมพวเตอรควบคมและบนทกขอมล 6) เครองมลตมเตอรแสดงคาสญญาณ

ผวจยไดทาการจดวางอปกรณดงแผนภาพในรปท 64

รปท 64 แผนภาพการจดวางอปกรณการสอบเทยบ Spectral response 1) หลอดซนอน

2) โมโนโครมาเตอร 3) เครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 4) เครองควบคมโมโนโครมาเตอร 5) คอมพวเตอรควบคมและบนทกขอมล

1) 2)

3)

4) 5) 6)

62

จากนนผวจยจะดาเนนการสอบเทยบตามกระบวนการ (รปท 65) ดงตอไปน

1) ตดตงเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน 2) เปดตวควบคมโมโนโครมาเตอร 3) ควบคมผานทางคอมพวเตอร กาหนดความยาวคลนทตองการวด 4) ดการแสดงคาสญญาณจากเครองมลตมเตอร

รปท 65 การตดตงอปกรณสาหรบสอบเทยบคาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองมอ

วดทพฒนาขน

เครองควบคมโมโนโครมาเตอร เครองคอมพวเตอร

เครองวดรงสอลตราไวโอลตทพฒนาขน

เครองโมโนโครมาเตอร

แหลงก าเนดแสง

เครองมลตมเตอร

63

ในการสอบเทยบใชหลอดซนอน เปนแหลงกาเนดแสงอาทตยจาลองทใชความยาวคลนกวางทมสเปกตรมคลายกบสเปกตรมของรงสอาทตยใหความเขมแสง 1000 W/m2 เมอเปดแหลงกานดแสงแลวแสงจะผานรรบแสงไปยงชองสลตของอปกรณแยกแสงความยาวคลนเดยวหรอโมโนโครมาเตอร ซงจะใหความยาวคลนทตองการเพยงความยาวคลนเดยวไปตกกระทบบนหววดหรอเซนเซอร และคาความแตกตางศกยไฟฟาทไดจากเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขนจะถกบนทกดวยคอมพวเตอร จากนนนาคาไปแปลงเปนความเขมรงสอาทตยในแตละความยาวคลนแสดงดงรปท 66

รปท 66 ผลการวดคาการตอบสนองตอสเปกตรมรงสอาทตยของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขน

จากรปท 66 พบวาเครองวดทพฒนาขนมการตอบสนองตอรงสในชวงความยาวคลน

300-360 นาโนเมตร โดยจะมคาการตอบสนองสงสดในชวงความยาวคลน 320 นาโนเมตร ซงอยในชวงรงส อลตราไวโอเลตเอ และการตอบสนองไมเปน flat curve ทาใหการวดเกดความคลาดเคลอนซงจะตองทาการปรบปรงเครองมอวดตอไป

จากการทดสอบหาคณลกษณะของคา cosine response และ spectral response นนไมมการนาคาทง 2 คานไมนาไปคานวณแกในสมการทใชในการแปลงศกยไฟฟาเปนความเขมรงสอลตราไวโอเลตจงเปนอกเหตผลททาใหเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนทความคลาดเคลอน

64

บทท 4 สรป

ผวจยไดเหนความสาคญถงผลกระทบของรงสอลตราไวโอเลตตอผวหนงมนษย ดงนนในงานวจยนผวจยจงไดพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทเหมาะแกการใชงานสาหรบบคคลทวไป มขนาดพกพาสะดวก โดยเครองมอวดทพฒนาขนประกอบดวย 1) เซนเซอร UVM-30A ซงวดรงสอลตราไวโอเลตทชวงความยาวคลน 200-370 นาโนเมตร 2) Arduino UNO R3 สาหรบเขยนโปรแกรมและปอนคาสงตาง ๆ 3) RTC DS3231 ทาหนาทเปนระบบเวลามาตรฐานเพอแสดงวนเวลาในปจจบน 4) Micro SD Card ทาหนาทบนทกขอมลหรอบนทกคาทไดรบรบคาสงมา 5) หนาจอ LCD ทาหนาทแสดงขอมลจากคาสง และ 6) ตวตานทานปรบคาได เพอปรบเพมหรอลดความสวางบนหนาจอ LCD โดยผวจยไดทาการเขยนโปรแกรมให Arduino UNO R3 เพอแปลงคาศกยไฟฟาเปนคาดชนรงสอลตราไวโอเลต

ในการทดสอบการทางานของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน ผวจยไดนาเครองวดดงกลาวไปตดตงเทยบเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตมาตรฐาน ทดาดฟาชน 10 อาคารวทยาศาสตร 1 มหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม (13.82ºN, 100.04ºE) และเทยบกบเครองวดรงสอลตราไวโอเลตในชวงความยาวคลนกวางมาตรฐานทสถานอตนยมวทยา 3 แหง ไดแก จงหวดเชยงใหม (18.8ºN, 98.98ºE) จงหวดอบลราชธาน (15.25ºN, 104.87ºE) และจงหวดสงขลา (7.2ºN, 100.06ºE) ผลทไดพบวาคารงสอลตราไวโอเลตทไดจากเครองวดท พฒนาขนและเครองวดมาตรฐานมความสอดคลองกนโดยมคา RMSE และ MBE ในชวง 18-38 % และ 9-24% ตามลาดบ

นอกจากนผวจยไดทาการหาคณลกษณะของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตท พฒนาขน 2 คณลกษณะ ไดแก การตอบสนองของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตตอมมตกกระทบของรงสอาทตยทมมตางๆ และการตอบสนองของเครองมอวดรงสตอความยาวคลนทตกกระทบ สาหรบการตอบสนองตอมมตกกระทบ ผวจยใชหลอดทงสเตนฮาโลเจนเปนแหลงกาเนดแสง และทาการวดคาการตอบสนองตงแตมม 0 ถง 90 องศา ซงพบวาทมมนอย ๆ มการตอบสนองตอมมตกกระทบใกลเคยงกบคา ideal cosine และมคาลดลงเมอมมมากขน ในสวนของการหาคาการตอบสนองของเครองมอวดรงสตอความยาวคลนทตกกระทบ ผวจยใชหลอดหลอดซนอนเปนแหลงกาเนดแสง โดยกาหนดในชวงความยาวคลน 260-360 นาโนเมตร พบวาเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนมตอบสนองในชวงของรงสอลตราไวโอเลตบและรงสอลตราไวโอเลตเอ และมการตอบสนองสงสดทความยาวคลน 320 นาโนเมตร

65

อยางไรกตามเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนยงมความคลาดเคล อนทสงเนองจากตวเครองวดทไมม diffuse ทเหมอนกบเครองมอวด UV-biometer และไมมการปรบแกคาเนองจากโอโซนและฝนละออง อกทงในการหาคณลกษณะของเครองมอวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนไมไดนาคา cosine response ทวดไดกลบไปแกคาในสมการสาหรบการแปลงจากคาศกยไฟฟาเปนคาความเขมรงสอลตราไวโอเลต ดงนนจงทาใหเครองวดรงสอลตราไวโอเลตทพฒนาขนมคาความเคลอนทสง

ขอเสนอแนะ เนองจากการพฒนาเครองวดรงสอลตราไวโอเลตนเปนการดาเนนงานเบองตนเทานน ดงนนผวจยจงเสนอแนะใหมการปรบปรง ดานหววดรงสอลตราไวโอเลตใหสามารถวดไดละเอยดถกตองมากขนในอนาคต ผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผผ

รายการอางอง

รายการอางอง

Amini, N., Matthews, J. E., Dabiri, F., Vahdatpour, A., Noshadi, H., & Sarrafzadeh, M. J. B. (2009). A Wireless Embedded Device for Personalized Ultraviolet Monitoring. 9, 200-205.

Ångström, A. (1929). On the Atmospheric Transmission of Sun Radiation and on Dust in the Air. Geografiska Annaler, 11, 156-166. doi:10.2307/519399

CIE. (1987). A reference action spectrum for ultraviolet erythema in human skin. 6, 17-22.

de Paula Corrêa, M., Godin-Beekmann, S., Haeffelin, M., Brogniez, C., Verschaeve, F., Saiag, P., . . . Sciences, P. (2010). Comparison between UV index measurements performed by research-grade and consumer-products instruments. 9(4), 459-463.

Dose, E. J. C. R., & APPLICATION. (1999). CIE S007/E-1998 Erythema Reference Action Spectrum and Standard. 24, 158-158.

Hoblos, O. I., Sheehan, M. W., Laferriere, D. J., & Yu, C. (2015, 7-8 Nov. 2015). Uvision: a lightweight portable UVR detection system. Paper presented at the 2015 IEEE MIT Undergraduate Research Technology Conference (URTC).

Larason, T. C., & Cromer, C. L. (2001). Sources of Error in UV Radiation Measurements. Journal of research of the National Institute of Standards and Technology, 106(4), 649-656.

Lönnqvist, E., Cullié, M., Bermejo, M., Tootsi, M., Smits, S., Duarte, A., . . . Guedes, P. (2018). Wearable UV Meter – An EPS@ISEP 2017 Project, Cham.

Madronich, S. J. E. E. o. U. R. (1993). UV radiation in the natural and perturbed atmosphere. In (pp. 17-69): Lewis Publisher, Boca Raton.

Organization, W. H., & Protection, I. C. o. N.-I. R. (2002). Global solar UV index: a practical guide. Retrieved from

Rosenfeld, A. B., Ryzhikov, V. D., Onyshchenko, G. M., Galkin, S. M., Opolonin, O. D., Lysetska, O. K., . . . Zenya, I. M. (2011). Small-sized UV radiometer on the basis of Schottky diodes. Radiation Measurements, 46(12), 1666-1670.

Webb, A. R. (1998). UVB instrumentation and applications: CRC Press.

67

ประนมกร ชศร. (2556). การพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณรงสอลตราไวโอเลตทมผลตอผวหนงมนษยจากดวงอาทตยประเทศไทย. (ปรญญาวทยาศาสตรบณฑต), มหาวทยาลยศลปากร, นครปฐม.

เสรม จนทรฉาย. (2557). รงสอาทตย. ศนยหนงสอมหาวทยาลยศลปากร มหาวทยาลยศลปากร วทยาเขตพระราชวงสนามจนทร นครปฐม.

ภาคผนวก

69

การสอบเทยบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต

การสอบเทยบเครองมอวดสเปกตรมรงส อลตราไวโอเลต (spectroradiometer) รน DMc150 ยหอ Bentham รน DMc150 ผลตในประเทศองกฤษ ซงตดตงอยบนดาดฟาชน 10 ของอาคารวทยาศาสตร 1 มหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม (13.82ºN, 100.04ºE) ดงรปท 67

รปท 67 เครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต รน DMc150

การวดรงสอลตราไวโอเลตขอมลทไดตองมความถกตองแมนยาเพราะฉะนนตองทาการสอบ

เทยบเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตเพอใหเครองวดแสดงผลทถกตองและเครองมอวดทางานตามมาตรฐาน การสอบเทยบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตแบงออกเปน การสอบเทยบความแมนยาในการวดความยาวคลน (wavelength alignment) และการสอบเทยบความถกตองในการวดสญญาณ (spectral responsivity)

การสอบเทยบความแมนยาในการวดความยาวคลนของเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต สามารถคานวณไดโดยนาสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตท วดไดเทยบกบสเปกตรมฟรอนโฮเฟอรจากรงสอาทตย (Sun’s Fraunhofer spectrum) ซงเปนคาสเปกตรมทมแถบการดดกลนทแนนอน แสดงดงตารางท 7 และจงปรบคาสเปกตรมทวดไดใหตรงกบสเปกตรมฟรอนโฮเฟอร

70

ตารางท 7 คาสเปกตรมทมการดดกลนในชวงความยาวคลนรงสอลตราไวโอเลต

ในสวนของการสอบเทยบความถกตองของเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตเปนการ

สอบเทยบประจาทกเดอน ซงในการสอบเทยบจะใชหลอดแบบดวทเรยม (deuterium lamp) เปน

แหลงกาเนดแสงมาตรฐาน โดยมขนตอนการสอบเทยบเครองมอวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตดงน

1) นาหลอดมาตรฐานครอบลงบนตวรบรงสของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต (รปท 68)

2) เปดแหลงจายไฟของหลอดมาตรฐาน 3) ต งค า โปรแกรม Benwin+ ใหบนทกคาสญญาณไฟฟาท เ คร องส เปกตร มร งส

อลตราไวโอเลตวดไดในชวง 260–420 นาโนเมตร (รปท 69) โดยจะทาการวดประมาณ 8 ครง แตละครงจะใชเวลาประมาณ 2 นาท

4) หาคา sensitivity (S) ของเคร องวดสเปกตรมร งส อลตราไวโอเลต โดยนาค าสญญาณไฟฟาทได (C) หารดวยคาความเขมของสเปกตรมมาตรฐานทไดจากบรษท (E) ดงสมการท (1)

และเมอทาการวดครบ 8 ครง จะแสดงไดดงตารางท 8

ความยาวคลน (นาโนเมตร) สญลกษณ ธาตททาใหเกดเสนสเปกตรม

430.79 G Fe

430.774 G Ca

410.175 H H𝛿

396.847 H Ca+

393.368 K Ca+

382.044 L Fe

358.121 N Fe

336.112 P Ti+

71

λ

λλ

E

CS = (1)

เมอ λS คอ คา sensitivity ของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต [nA/(mW/m2)-nm] λC คอ คาสญญาณไฟฟาทไดจากเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต [nA] λE คอ คาความเขมของสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตของหลอดมาตรฐาน [mW/m2-nm]

รปท 68 การสอบเทยบเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลต

รปท 69 โปรแกรม Benwin+ บนทกคาสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทวดได

72

ตารา

งท 8

ขอม

ลจาก

การส

อบเท

ยบเค

รองว

ดสเป

กตรม

รงสอ

ลตรา

ไวโอ

เลต

Se

nsitiv

ity

nA/(m

W m

-2 n

m-1)

1.624

9370

92

1.712

1500

05

1.817

3292

7

1.917

3473

6

2.017

0935

89

2.132

6430

21

2.213

6941

11

2.291

4607

43

3.530

4197

47

......

......

9.711

4775

74

11.09

0131

03

12.52

7361

41

14.65

0884

71

16.95

5288

98

Stan

dard

irr

adian

ce

(mW

m-2 n

m-1)

1.716

798

1.683

666

1.650

534

1.626

4665

1.602

399

1.578

2945

1.554

19

1.531

72

0.394

571

......

......

0.364

794

0.357

621

0.350

448

0.340

79

0.331

132

Signa

l

Aver

age

2.757

53

2.873

03

2.939

03

3.167

03

3.255

53

3.402

03

3.491

03

3.550

03

1.360

53

......

......

3.657

03

4.007

53

4.480

03

4.964

53

5.450

03

8

2.789

6887

5

2.882

6887

5

2.999

5637

5

3.118

5012

5

3.232

1887

5

3.365

9387

5

3.440

5012

5

3.509

8762

5

1.393

0012

5

......

......

3.542

6887

5

3.966

0637

5

4.390

1887

5

4.992

875

5.614

4387

5

7

2.804

71

2.852

71

3.071

21

3.085

21

3.250

21

3.424

21

3.449

21

3.493

21

1.382

21

......

......

3.383

21

3.960

71

4.387

71

5.128

71

5.563

71

6

2.866

26

2.871

26

3.062

76

3.155

26

3.236

26

3.341

26

3.556

76

3.543

76

1.381

76

......

......

3.542

76

3.809

26

4.532

26

4.883

75

5.568

26

5

2.856

56

2.958

06

2.970

06

3.086

56

3.147

06

3.226

06

3.405

56

3.556

06

1.391

06

......

......

3.570

56

3.939

06

4.426

06

4.972

56

5.602

06

4

2.835

28

2.892

78

2.962

28

3.122

28

3.237

78

3.418

28

3.336

28

3.497

28

1.390

78

......

......

3.502

78

3.923

78

4.338

78

5.013

28

5.717

78

3

2.757

53

2.873

03

2.939

03

3.167

03

3.255

53

3.402

03

3.491

03

3.550

03

1.360

53

......

......

3.657

03

4.007

53

4.480

03

4.964

53

5.450

03

2

2.720

2

2.795

2

3.023

7

3.139

2

3.235

2

3.400

7

3.418

2

3.495

7

1.398

2

......

......

3.557

7

3.994

2

4.404

2

5.033

7

5.674

7

1

2.656

89

2.909

39

2.962

39

3.114

89

3.277

89

3.410

89

3.442

89

3.521

89

1.440

39

......

......

3.574

89

4.045

39

4.390

89

4.923

39

5.661

39

Wav

elen

gth

(nm

)

260

261

262

263

264

265

266

267

268 ... ... 396

397

398

399

400

73

เมอทาการวดครบ 8 ครง นาคาสญญาณไฟฟาทวดไดนามาพลอตกราฟแสดงดงรปท 70 และ

คาสญญาณไฟฟาทวดไดจากหลอดกาเนดแสงมาตรฐาน แสดงดงรปท 71 และแปรคา sensitivity

ของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากการสอบเทยบแสดงดงรปท 72

รปท 70 คาสญญาณไฟฟาทไดจากการวดแสงของหลอดกาเนดแสงมาตรฐาน

รปท 71 คาความเขมของสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลน 260-400 นาโนเมตร ของหลอดมาตรฐาน

74

รปท 72 คา sensitivity ของเครองวดสเปกตรมรงสอลตราไวโอเลตทไดจากการสอบเทยบ

ประวตผเขยน

ประวตผเขยน

ชอ-สกล ศศมาภรณ โมกขาว วน เดอน ป เกด 21 กนยายน 2536 สถานทเกด โรงพยาบาลแมและเดก จ.นครสวรรค วฒการศกษา ปรญญาตร วทยาศาสตรบณฑต (ฟสกส) มหาวทยาลยศลปากร ทอยปจจบน 1 หม2 ตาบลบานกลวย อาเภอเมอง จงหวดชยนาท

17000