簡單電路測量兩個(gè)光源的相對(duì)強(qiáng)度

Chau Tran

在許多照明應(yīng)用中，測量兩個(gè)光源的相對(duì)強(qiáng)度比測量它們的單獨(dú)強(qiáng)度更重要。這確保了兩個(gè)光源以相同的強(qiáng)度發(fā)光。例如，將控制室（房間 1）內(nèi)的亮度與同一建筑物中的第二個(gè)房間（房間 2）進(jìn)行比較會(huì)很有幫助，這樣就可以在白天和晚上的任何時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，或者，如果您有生產(chǎn)系統(tǒng)，您可能希望確保明亮的光線條件不會(huì)改變。

確定相對(duì)強(qiáng)度的一種方法是測量兩個(gè)附加光檢測器的不同輸出。它們的差值將轉(zhuǎn)換為帶接地參考的單端電壓信號(hào)。

圖1中的電路顯示了解決此問題的一種簡單而有效的方法，即使用具有電阻增益控制的儀表放大器，例如AD623。

圖1.測量相對(duì)光密度的簡單電路。

請(qǐng)注意，在本電路中，有兩個(gè)特殊的電阻，R1和R2。R1 （LDR1） 測量兩個(gè)光源的亮度。

什么是LDR？該術(shù)語代表光相關(guān)電阻器或光敏電阻器。它是一種無源電子元件，帶有電阻器，根據(jù)光強(qiáng)度具有可變電阻。光相關(guān)電阻器有不同的形狀和顏色，它們?cè)谠S多電子電路中都很有用，特別是在警報(bào)器、開關(guān)設(shè)備、時(shí)鐘和路燈中。

一般來說，LDR的電阻在黑暗中非常高，幾乎高達(dá)1 MΩ，但當(dāng)光線落在LDR上時(shí)，電阻下降到幾kΩ（10勒克斯時(shí)為20 kΩ至10 kΩ，2勒克斯時(shí)為4 kΩ至100 kΩ），具體取決于型號(hào)。

用于此原理圖的LDR來自RadioShack（部分#276-1657）。

圖2.無線電小屋部分 #276-1657。

圖1中的原理圖采用一個(gè)AD623和兩個(gè)LDR。作為主傳感器，光敏電阻R1是參考點(diǎn)光源。它被用作光強(qiáng)度的基線，它位于控制室中。如果要比較兩個(gè)以上的光源，則應(yīng)在每次比較期間使用此光源作為參考。這種比較可以在晚上或白天進(jìn)行。請(qǐng)記住，電阻變化需要 8 毫秒到 12 毫秒。電阻也需要幾秒鐘才能變回其初始值。

設(shè)計(jì)非常簡單。系統(tǒng)電源電壓為±5 V，兩個(gè)輸入端的輸入電壓均為V在.因此，每個(gè)光敏電阻的一端具有相同的電壓，另一端的接地電壓相同。如果相同數(shù)量的光落在兩個(gè)光敏電阻上，它們之間的電流差將為零，因?yàn)樗鼈兊碾娮柘嗟取＝Y(jié)果是輸出電壓為零伏。當(dāng)兩個(gè)房間的照明不相等時(shí)，兩個(gè)光源的強(qiáng)度之間存在差異，這會(huì)在系統(tǒng)的輸出端產(chǎn)生電壓。該電壓的極性表示哪個(gè)房間更亮。如果輸出電壓為正，則意味著更多的光落在LDR2上，反之亦然。

圖3顯示了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）表示房間2中的光源更亮。

圖3.輸出電壓表示相對(duì)光強(qiáng)度。

在本文的電路中，AD623的輸出端有兩個(gè)LED。正極連接到輸出的紅色 LED 將在輸出為正（光源 2 較亮）時(shí)亮起，正極側(cè)對(duì)地的黃色 LED 將在光源 1 較亮?xí)r亮起。請(qǐng)注意，LED的亮度顯示了房間相對(duì)強(qiáng)度的幅度水平。

當(dāng)兩個(gè)房間看起來同樣明亮?xí)r，它們的照度相等，輸出為0 V，而兩個(gè)LED都熄滅。

電路輸出端的電壓為：

輸出的均方根值是兩個(gè)光源的強(qiáng)度水平。

在校準(zhǔn)LDR1的值以找到特定亮度下的精確電阻值后，可以用純電阻代替LDR1，然后系統(tǒng)將LDR2的值與某個(gè)亮度進(jìn)行比較。然后，固定電阻器用作已知光參考的基準(zhǔn)。這種電路可以是太陽能導(dǎo)引頭，即跟蹤光源的簡單設(shè)備。這種裝置可以使太陽能電池板與太陽對(duì)齊，或者用于搜索和救援機(jī)器人，試圖引導(dǎo)被困人員走向光明。為了實(shí)現(xiàn)太陽能導(dǎo)引頭，可以使用旋轉(zhuǎn)光敏電阻的伺服電機(jī)。

使用AD623，可以通過分別將兩個(gè)燈泡與LDR1和LDR2一起放在不同的房間來找出它們的效率。該電路功耗低，僅可由兩節(jié)AA電池供電，這在功耗敏感型應(yīng)用中非常有用。

審核編輯：郭婷