如何將光強度轉換為一個電學量!
發布時間:2021-09-06 來源:亞德諾半導體 責任編輯:lina
【導讀】光強度的確定可能至關重要,例如,在設計房間的照明或準備拍攝照片時。在物聯網(IoT)shidai,quedingguangqiangduduiyusuoweizhinengnongyeyeyouzhezhongyaozuoyong。zaizhezhongqingkuangxia,yixiangguanjianrenwushijiancehekongzhizhongyaodezhiwucanshu,yicujinzhiwuzuihaodishengchangbingjiasuguanghezuoyong。
Q:如何測量不同光源的光強度?
A:拿一隻紅光、綠光、藍光LED。
光強度的確定可能至關重要,例如,在設計房間的照明或準備拍攝照片時。在物聯網(IoT)shidai,quedingguangqiangduduiyusuoweizhinengnongyeyeyouzhezhongyaozuoyong。zaizhezhongqingkuangxia,yixiangguanjianrenwushijiancehekongzhizhongyaodezhiwucanshu,yicujinzhiwuzuihaodishengchangbingjiasuguanghezuoyong。
因此,光是最重要的因素之一。大多數植物通常吸收可見光譜中紅光、橙光、藍(lan)光(guang)和(he)紫(zi)光(guang)波(bo)長(chang)的(de)光(guang)。光(guang)譜(pu)中(zhong)綠(lv)光(guang)和(he)黃(huang)光(guang)波(bo)長(chang)的(de)光(guang)一(yi)般(ban)會(hui)被(bei)反(fan)射(she),對(dui)植(zhi)物(wu)生(sheng)長(chang)的(de)貢(gong)獻(xian)不(bu)大(da)。通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)不(bu)同(tong)生(sheng)長(chang)階(jie)段(duan)中(zhong)的(de)部(bu)分(fen)光(guang)譜(pu)和(he)光(guang)照(zhao)射(she)強(qiang)度(du),可(ke)以(yi)使(shi)生(sheng)長(chang)最(zui)大(da)化(hua),最(zui)終(zhong)提(ti)高(gao)產(chan)量(liang)。
圖1顯示了一個用於測量可見光譜範圍內的光強度的電路設計,用於植物光合作用的實驗。這裏使用了三種不同顏色的光電二極管(綠光、紅光和藍光),它們響應不同的波長。通過光電二極管測量的光強度現在可以用來根據具體植物的要求控製光源。

圖1. 用於測量光強度的電路設計
所示電路由三個精密的電流-電壓轉換器(跨導放大器)組成,每種顏色(綠光、紅光和藍光)對應一個。電流-電壓轉換器的輸出連接到Σ-Δ模數轉換器(ADC)的差分輸入,從而將測量值作為數字數據提供給微控製器以做進一步處理。
光強度轉換為電流
根據光強度,會有或多或少的電流流過光電二極管。電流和光強度之間的關係近似為線性,如圖2所示。圖中顯示了紅光(CLS15-22C/L213R/TR8)、綠光(CLS15-22C/L213G/TR8)和藍光(CLS15-22C/L213B/TR8)光電二極管的輸出電流與光強度的特性曲線。

圖2. 紅光、綠光和藍光光電二極管的電流與光強度的特性曲線
然而,紅光、綠光和藍光二極管的相對靈敏度是不同的,因此每級的增益必須通過反饋電阻 RFB單獨確定。為此,必須從數據手冊中獲取每個二極管的短路電流 (ISC)),然後在由其確定的工作點處獲得靈敏度 S (pA/lux)。RFB計算如下:

VFS,P-P 表示所需的全輸出電壓範圍(滿量程、峰峰值);INTMAX 表示最大光強度,對於直射陽光,其為120,000 lux。
電流-電壓轉換
高質量的電流-dianyazhuanhuanyaoqiuyunsuanfangdaqidepianzhidianliujinkenengxiao,yinweiguangdianerjiguandeshuchudianliuzaipianfanwei,pianzhidianliujiaodahuizaochengxiangdangdadewucha。shitiaodianyayeyinghenxiao。ADI公司的 AD8500 是此類應用的理想選擇,其偏置電流典型值為1pA,失調電壓最大值為1 mV。
模數轉換
為了進一步處理測量值,光電二極管電流轉換成電壓後必須作為數字值提供給微控製器。為此可以使用具有多個差分輸入的ADC,例如16位ADCAD7798。因此,測量電壓的輸出碼如下:

其中
AIN = 輸入電壓,
N = 位數,
GAIN = 內部放大器的增益係數,
VREF = 外部基準電壓。
為了進一步降低噪聲,ADC的每個差分輸入端均使用共模和差分濾波器。
所述的全部元器件都非常省電,使得該電路非常適合電池供電的便攜式現場應用。
結論
必須考慮諸如器件的偏置電流和失調電壓之類的誤差源。而且,ADC轉換器內部的放大因子會影響信號質量(跨導放大器的失調電壓會乘以ADC內部的增益,使失調電壓的誤差放大),從而影響最終的采樣結果。采用圖1所示電路可以相對輕鬆地將光強度轉換為電學量,以供進一步數據處理。
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