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用仪表放大器测量两个光源之间的差异

01/06 12:00
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在许多照明应用中,测量两个光源的相对强度比测量其各自的强度更重要。这样能确保两个光源以相同的强度发光。例如,比较同一建筑物内控制室( 1 号房间)和另一间房( 2 号房间)的亮度会有帮助,以便可以在白天的任何时间和夜里进行调整。或者,对于一个生产系统,您可能希望确保明亮的光照条件不发生变化。

确定相对强度的一种办法是测量两个附加光检测器的不同输出。其差异将被转换为以地为基准的单端电压信号。

图 1 中的电路就是解决此问题的一种简单但有效的方法,其使用带电阻增益控制功能的仪表放大器,例如 AD623。

图1. 测量相对光强度的简单电路

请注意,该电路中有两个特殊电阻 R1 和 R2。R1 (LDR1) 测量两个光源的亮度。

何谓 LDR?该术语表示光敏电阻。它是一种无源电子元件,带有一个电阻,其阻值依据光强度而变化。光敏电阻有不同形状和颜色,适用于许多电子电路,尤其是报警器、开关器件、时钟和路灯。

一般来说,LDR 的电阻在黑暗中非常高,几乎高达 1 MΩ,但当光线照在 LDR 上时,其电阻降至几 kΩ(10 lux 时为 10kΩ 至 20kΩ,100 lux 时为 2kΩ 至4kΩ ),具体情况视型号而定。此原理图使用的 LDR 来自 RadioShack(产品型号 276-1657)。

图2. RadioShack产品型号276-1657

图 1 中的原理图采用 AD623 和两个 LDR。作为主传感器的光敏电阻 R1 是参考点光源。它用作光强度的基准,位于控制室中。若要比较两个以上的光源,则在每次比较时都应使用此光源作为基准。这种比较可以在晚上或白天进行。请记住,电阻发生变化需要 8 毫秒到 12 毫秒。电阻恢复到初始值也需要几秒钟。

该设计非常简单。系统电源为 ±5 V,两个输入端的输入电压为 VIN。因此,每个光敏电阻的一端有相同电压,另一端接地。如果相同量的光照在两个光敏电阻上,其间的电流差将为零,因为其电阻相等。结果是输出电压为零伏。当两个房间的照明不均匀时,两个光源的强度之间存在差异,这会在系统输出端产生电压。该电压的极性指示哪个房间更亮。如果输出电压为正,则意味着照在 LDR2 上的光线较多,反之亦然。

图 3 为输出波形的示波器图。输入电压为 1 V p-p方波,频率为 1 kHz, 输出(约 2 V )表明 2 号房间中的光源更亮。

图3. 输出电压指示相对光强度

在本文的电路中,AD623 的输出端有两个 LED。当输出为正(光源 2 更亮)时,正极连接到输出的红光 LED 将开启,而当光源 1 更亮时,正极接地的黄光 LED 将开启。请注意,LED 的亮度表示房间相对强度的幅度水平。

当两个房间看起来同样明亮时,其照度相等,输出为 0 V,两个 LED 均关闭。

电路输出端的电压为:

输出的均方根值表示两个光源的强度等级。

校准 LDR1 值以找到特定亮度下的精确电阻值之后,可以用一个纯电阻替换 LDR1,这样系统在所有时候都会将 LDR2 的值与某个亮度进行比较。通过这种方式,固定电阻便可用作一个已知光强度的基准。这种电路可以充当太阳能导引头,即一种跟踪光源的简单装置。此类装置可以使太阳能面板对准太阳,或用于搜救机器人中,引导被困人员走向有光的地方。为了实现太阳能导引头,可以利用伺服电机来旋转光敏电阻。

使用 AD623 并且将两个灯泡分别与 LDR1 和 LDR2 一起放入不同的房间,可以了解这两个灯泡的效率。该电路功耗低,只需两节 AA 电池供电,故适合于功耗敏感应用。

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亚德诺半导体全称为亚德诺半导体技术有限公司(analog devices,inc.)简称ADI。是一家专营半导体传感器和信号处理ic的卓越的供应商,ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱,并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI是业界卓越的半导体公司,在模拟信号、混合信号和数字信号处理的设计与制造领域都发挥着十分重要的作用。

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