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如何測量兩個光源的相對強度?

電機控制設計加油站 ? 來源:未知 ? 2019-02-03 12:45 ? 次閱讀
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Q: 是否可以使用儀表放大器測量兩個光源之間的差異?

A: 是的,用兩個光敏電阻替換儀表放大器的主設定電阻就可以。

在許多照明應用中,測量兩個光源的相對強度比測量其各自的強度更重要。這樣能確保兩個光源以相同的強度發光。例如,比較同一建筑物內控制室( 1 號房間)和另一間房( 2 號房間)的亮度會有幫助,以便可以在白天的任何時間和夜里進行調整?;蛘?,對于一個生產系統,您可能希望確保明亮的光照條件不發生變化。

確定相對強度的一種辦法是測量兩個附加光檢測器的不同輸出。其差異將被轉換為以地為基準的單端電壓信號。

圖 1 中的電路就是解決此問題的一種簡單但有效的方法,其使用帶電阻增益控制功能的儀表放大器,例如 AD623。

圖1. 測量相對光強度的簡單電路

請注意,該電路中有兩個特殊電阻 R1 和 R2。R1 (LDR1) 測量兩個光源的亮度。

何謂 LDR?該術語表示光敏電阻。它是一種無源電子元件,帶有一個電阻,其阻值依據光強度而變化。光敏電阻有不同形狀和顏色,適用于許多電子電路,尤其是報警器、開關器件、時鐘和路燈。

一般來說,LDR 的電阻在黑暗中非常高,幾乎高達 1 MΩ,但當光線照在 LDR 上時,其電阻降至幾 kΩ(10 lux 時為 10kΩ 至 20kΩ,100 lux 時為 2kΩ 至4kΩ ),具體情況視型號而定。此原理圖使用的 LDR 來自 RadioShack(產品型號 276-1657)。

圖2. RadioShack產品型號276-1657

圖 1 中的原理圖采用 AD623 和兩個 LDR。作為主傳感器的光敏電阻 R1 是參考點光源。它用作光強度的基準,位于控制室中。若要比較兩個以上的光源,則在每次比較時都應使用此光源作為基準。這種比較可以在晚上或白天進行。請記住,電阻發生變化需要 8 毫秒到 12 毫秒。電阻恢復到初始值也需要幾秒鐘。

該設計非常簡單。系統電源為 ±5 V,兩個輸入端的輸入電壓為 VIN。因此,每個光敏電阻的一端有相同電壓,另一端接地。如果相同量的光照在兩個光敏電阻上,其間的電流差將為零,因為其電阻相等。結果是輸出電壓為零伏。當兩個房間的照明不均勻時,兩個光源的強度之間存在差異,這會在系統輸出端產生電壓。該電壓的極性指示哪個房間更亮。如果輸出電壓為正,則意味著照在 LDR2 上的光線較多,反之亦然。

圖 3 為輸出波形的示波器圖。輸入電壓為 1 V p-p方波,頻率為 1 kHz, 輸出(約 2 V )表明 2 號房間中的光源更亮。

圖3. 輸出電壓指示相對光強度

在本文的電路中,AD623 的輸出端有兩個 LED。當輸出為正(光源 2 更亮)時,正極連接到輸出的紅光 LED 將開啟,而當光源 1 更亮時,正極接地的黃光 LED 將開啟。請注意,LED 的亮度表示房間相對強度的幅度水平。

當兩個房間看起來同樣明亮時,其照度相等,輸出為 0 V,兩個 LED 均關閉。

電路輸出端的電壓為:

輸出的均方根值表示兩個光源的強度等級。

校準 LDR1 值以找到特定亮度下的精確電阻值之后,可以用一個純電阻替換 LDR1,這樣系統在所有時候都會將 LDR2 的值與某個亮度進行比較。通過這種方式,固定電阻便可用作一個已知光強度的基準。這種電路可以充當太陽能導引頭,即一種跟蹤光源的簡單裝置。此類裝置可以使太陽能面板對準太陽,或用于搜救機器人中,引導被困人員走向有光的地方。為了實現太陽能導引頭,可以利用伺服電機來旋轉光敏電阻。

使用 AD623 并且將兩個燈泡分別與 LDR1 和 LDR2 一起放入不同的房間,可以了解這兩個燈泡的效率。該電路功耗低,只需兩節 AA 電池供電,故適合于功耗敏感應用。

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原文標題:如何測量兩個光源的相對強度?

文章出處:【微信號:motorcontrol365,微信公眾號:電機控制設計加油站】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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