简单电路测量两个光源的相对强度

Chau Tran

在许多照明应用中，测量两个光源的相对强度比测量它们的单独强度更重要。这确保了两个光源以相同的强度发光。例如，将控制室（房间 1）内的亮度与同一建筑物中的第二个房间（房间 2）进行比较会很有帮助，这样就可以在白天和晚上的任何时间进行调整，或者，如果您有生产系统，您可能希望确保明亮的光线条件不会改变。

确定相对强度的一种方法是测量两个附加光检测器的不同输出。它们的差值将转换为带接地参考的单端电压信号。

图1中的电路显示了解决此问题的一种简单而有效的方法，即使用具有电阻增益控制的仪表放大器，例如AD623。

图1.测量相对光密度的简单电路。

请注意，在本电路中，有两个特殊的电阻，R1和R2。R1 （LDR1） 测量两个光源的亮度。

什么是LDR？该术语代表光相关电阻器或光敏电阻器。它是一种无源电子元件，带有电阻器，根据光强度具有可变电阻。光相关电阻器有不同的形状和颜色，它们在许多电子电路中都很有用，特别是在警报器、开关设备、时钟和路灯中。

一般来说，LDR的电阻在黑暗中非常高，几乎高达1 MΩ，但当光线落在LDR上时，电阻下降到几kΩ（10勒克斯时为20 kΩ至10 kΩ，2勒克斯时为4 kΩ至100 kΩ），具体取决于型号。

用于此原理图的LDR来自RadioShack（部分#276-1657）。

图2.无线电小屋部分 #276-1657。

图1中的原理图采用一个AD623和两个LDR。作为主传感器，光敏电阻R1是参考点光源。它被用作光强度的基线，它位于控制室中。如果要比较两个以上的光源，则应在每次比较期间使用此光源作为参考。这种比较可以在晚上或白天进行。请记住，电阻变化需要 8 毫秒到 12 毫秒。电阻也需要几秒钟才能变回其初始值。

设计非常简单。系统电源电压为±5 V，两个输入端的输入电压均为V在.因此，每个光敏电阻的一端具有相同的电压，另一端的接地电压相同。如果相同数量的光落在两个光敏电阻上，它们之间的电流差将为零，因为它们的电阻相等。结果是输出电压为零伏。当两个房间的照明不相等时，两个光源的强度之间存在差异，这会在系统的输出端产生电压。该电压的极性表示哪个房间更亮。如果输出电压为正，则意味着更多的光落在LDR2上，反之亦然。

图3显示了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）表示房间2中的光源更亮。

图3.输出电压表示相对光强度。

在本文的电路中，AD623的输出端有两个LED。正极连接到输出的红色 LED 将在输出为正（光源 2 较亮）时亮起，正极侧对地的黄色 LED 将在光源 1 较亮时亮起。请注意，LED的亮度显示了房间相对强度的幅度水平。

当两个房间看起来同样明亮时，它们的照度相等，输出为0 V，而两个LED都熄灭。

电路输出端的电压为：

输出的均方根值是两个光源的强度水平。

在校准LDR1的值以找到特定亮度下的精确电阻值后，可以用纯电阻代替LDR1，然后系统将LDR2的值与某个亮度进行比较。然后，固定电阻器用作已知光参考的基准。这种电路可以是太阳能导引头，即跟踪光源的简单设备。这种装置可以使太阳能电池板与太阳对齐，或者用于搜索和救援机器人，试图引导被困人员走向光明。为了实现太阳能导引头，可以使用旋转光敏电阻的伺服电机。

使用AD623，可以通过分别将两个灯泡与LDR1和LDR2一起放在不同的房间来找出它们的效率。该电路功耗低，仅可由两节AA电池供电，这在功耗敏感型应用中非常有用。

审核编辑：郭婷