如何使用儀表放大器測(cè)量兩個(gè)光源之間的強(qiáng)度

問題:

是否可以使用儀表放大器測(cè)量兩個(gè)光源之間的差異？

答案:

是的，用兩個(gè)光敏電阻替換儀表放大器的主設(shè)定電阻就可以。

在許多照明應(yīng)用中，測(cè)量兩個(gè)光源的相對(duì)強(qiáng)度比測(cè)量其各自的強(qiáng)度更重要。這樣能確保兩個(gè)光源以相同的強(qiáng)度發(fā)光。例如，比較同一建筑物內(nèi)控制室（1號(hào)房間）和另一間房（2號(hào)房間）的亮度會(huì)有幫助，以便可以在白天的任何時(shí)間和夜里進(jìn)行調(diào)整?；蛘?，對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，您可能希望確保明亮的光照條件不發(fā)生變化。

確定相對(duì)強(qiáng)度的一種辦法是測(cè)量兩個(gè)附加光檢測(cè)器的不同輸出。其差異將被轉(zhuǎn)換為以地為基準(zhǔn)的單端電壓信號(hào)。

圖1中的電路就是解決此問題的一種簡(jiǎn)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。

請(qǐng)注意，該電路中有兩個(gè)特殊電阻R1和R2。R1 (LDR1)測(cè)量兩個(gè)光源的亮度。

何謂LDR？該術(shù)語表示光敏電阻。它是一種無源電子元件，帶有一個(gè)電阻，其阻值依據(jù)光強(qiáng)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(bào)警器、開關(guān)器件、時(shí)鐘和路燈。

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)光線照在LDR上時(shí)，其電阻降至幾kΩ（10 lux時(shí)為10kΩ至20kΩ，100 lux時(shí)為2kΩ至4kΩ），具體情況視型號(hào)而定。

此原理圖使用的LDR來自RadioShack（產(chǎn)品型號(hào)276-1657）。

圖1中的原理圖采用AD623和兩個(gè)LDR。作為主傳感器的光敏電阻R1是參考點(diǎn)光源。它用作光強(qiáng)度的基準(zhǔn)，位于控制室中。若要比較兩個(gè)以上的光源，則在每次比較時(shí)都應(yīng)使用此光源作為基準(zhǔn)。這種比較可以在晚上或白天進(jìn)行。請(qǐng)記住，電阻發(fā)生變化需要8毫秒到12毫秒。電阻恢復(fù)到初始值也需要幾秒鐘。

該設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。系統(tǒng)電源為±5 V，兩個(gè)輸入端的輸入電壓為VIN。因此，每個(gè)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(gè)光敏電阻上，其間的電流差將為零，因?yàn)槠潆娮柘嗟?。結(jié)果是輸出電壓為零伏。當(dāng)兩個(gè)房間的照明不均勻時(shí)，兩個(gè)光源的強(qiáng)度之間存在差異，這會(huì)在系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生電壓。該電壓的極性指示哪個(gè)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(hào)房間中的光源更亮。

在本文的電路中，AD623的輸出端有兩個(gè)LED。當(dāng)輸出為正（光源2更亮）時(shí)，正極連接到輸出的紅光LED將開啟，而當(dāng)光源1更亮?xí)r，正極接地的黃光LED將開啟。請(qǐng)注意，LED的亮度表示房間相對(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，其照度相等，輸出為0 V，兩個(gè)LED均關(guān)閉。

電路輸出端的電壓為：

輸出的均方根值表示兩個(gè)光源的強(qiáng)度等級(jí)。

校準(zhǔn)LDR1值以找到特定亮度下的精確電阻值之后，可以用一個(gè)純電阻替換LDR1，這樣系統(tǒng)在所有時(shí)候都會(huì)將LDR2的值與某個(gè)亮度進(jìn)行比較。通過這種方式，固定電阻便可用作一個(gè)已知光強(qiáng)度的基準(zhǔn)。這種電路可以充當(dāng)太陽能導(dǎo)引頭，即一種跟蹤光源的簡(jiǎn)單裝置。此類裝置可以使太陽能面板對(duì)準(zhǔn)太陽，或用于搜救機(jī)器人中，引導(dǎo)被困人員走向有光的地方。為了實(shí)現(xiàn)太陽能導(dǎo)引頭，可以利用伺服電機(jī)來旋轉(zhuǎn)光敏電阻。

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