传感器在工业照明中的应用优势分析

工业照明不断发展，随着降低能耗的压力不断涌现，新应用层出现，高效光源（如LED）得到更广泛的应用。随着源和应用的发展，传感器的使用也为控制器提供反馈机制，使工业照明在其工作寿命期间保持最佳效率。

工业照明

目前工业照明的最大趋势之一是转向LED。虽然自从20世纪70年代的计算器手表显示以来我们已经习惯了红色LED，但它需要几十年的稳定发展才能获得稳定的高输出，尤其是白光LED，这些LED能够在新的应用领域中使用LED，例如铁路，海运，建筑，街道和交通照明。

趋势能走多远？安捷伦科技退休科学家Roland Haitz在LED发展中发挥了关键作用，他在2011年11月向经济学人创新峰会表示，LED照明的转换效率每十年增加十倍，每流明的成本已下降十倍每十年。 Flux是一种结合转换效率和输入功率以提供LED灯封装输出的措施，每十年提高20倍。 “我们将能够达到12个数量级的动态范围，从10微安到10兆加，Haitz说。 “我们将能够完成足球场照明。”

Haitz补充说，实际LED照明的效率可能达到50％，此时它可能会对目前消耗的全球20％的能源产生重大影响通过照明。 “在LED业务中，我们将节省比太阳能产生更多的能源，”他说。

LED照明在实践中

我们正在通过在家中使用来适应LED照明。首批应用是低能耗照明灯条和装饰灯，利用LED光源的小尺寸，高效率和低温操作，实现独特的设计。越来越多的房主正在寻找商店中标准家用灯泡的LED替代品，并进行成本/效益分析，以决定是否支付LED灯泡的前期保费，以换取低能耗和更少频繁更换所带来的长期节约。

任何处理过国内LED灯泡的人都知道这些都是复杂的产品，需要大量精心设计来冷却产生光的固态发光体。这是必要的，因为随着LED变得更热，LED将电能转换为光的效率下降，降低了其相对于其他光源的关键优势。

在工业照明领域，公司正在努力从LED阵列产生更高的光输出，用于标准灯具，剧院照明，甚至是Haitz设想的体育场照明，热管理正成为维持灯具运行效率的关键考虑因素和工作生涯。靠近这些高功率光源集成的热传感器可用于反馈回路，以确保灯的运行温度不超过其额定温度，并帮助它们在其工作寿命期间保持一致的输出。

美国国家半导体生产一系列LED照明传感器，称为PowerWise系列，它巧妙地说明了功率传感和控制挑战的范围。

LM94022是一款通用CMOS温度传感器，模拟输出与温度成反比。它的工作电压为1.5至5.5 V，温度范围为-50至150°C。在整个工作温度范围内，温度精度为±2.7°C。逻辑输入可以直接连接为高电平或低电平，以便在四个斜率之一上编程器件的增益：-5.5 mV/°C，-8.2 mV/°C，-10.9 mV/°C和-13.6 mV/°C。

对于照明中更复杂的热感应应用，可以使用LM95071数字温度传感器，该传感器具有SPI和Microwire兼容的三线串行接口和可随时轮询以获得温度读数的主机控制器。该器件产生13位加号数字输出，每个最低有效位的温度分辨率为0.03125°C，工作温度范围为-40至+ 150°C。

图1：LM95071集成了热传感器，模数转换和串行接口。

最后，LM95234 11位数字温度传感器可以非常精确地监控四个远程二极管的温度以及自身的温度。该器件旨在监控复杂产品（如高级微处理器和图形处理单元）中二极管的片上温度，但美国国家半导体也将其应用于照明的热管理，使用外部二极管连接到两个N3904晶体管。传感器。

该部件可以通过两种方式报告温度：-128和+ 127.875°C之间的数字，或0到255°C之间的数字。它也可以用三个临界温度限制进行编程，并在达到任何一个时触发输出。这些触发器的两个测量通道具有可编程数字滤波器，而另外两个具有故障队列，以在短暂温度尖峰期间减少不需要的临界温度警报。

National表示，这些部件可用于控制回路，以调节LED的输入电流，防止其过热，从而延长使用寿命并降低更换成本。这对于户外和建筑应用来说非常重要。

用于汽车和车辆照明的传感器

在汽车领域，光学传感器用于各种应用，其中许多应用于增加乘客的安全性和舒适性。这些包括在黄昏坠落时打开行车灯（侧灯）并自动蘸前照灯，感应挡风玻璃上的雨水，以便雨刷可以自动打开，环境光感应与仪表板，礼貌灯和门灯的亮度相匹配条件。

在奢侈品市场工作的公司倾向于开发和应用这些车辆舒适性和安全辅助工具，以便将他们的产品与始终在改进的中端车型区分开来。例如，梅赛德斯奔驰现在在其领先车型上提供所谓的“自适应主梁辅助”。该技术利用安装在车辆挡风玻璃内的摄像头来感测到迎面而来的车辆的距离，并逐渐降低车头灯以避免使车辆眩目。

雨量感应刮水器还可以提高车辆安全性。涉及的技术相当简单。红外发射器以倾斜角度从车辆内部引导至其挡风玻璃。在干燥条件下，红外光将进入挡风玻璃并反射到红外传感器上。这是因为外玻璃表面和空气之间的连接处的折射率的变化。干净的挡风玻璃允许发生这种反射，但是当其光学特性因潮湿而改变时，光被散射，减少了传感器拾取的红外光量并指示挡风玻璃的湿度。

在车辆内部，能够使照明与环境条件相匹配非常重要。理想情况下，仪表板应随着外部条件的变化而变亮和变暗，以便仪器在任何条件下都能保持同样的可读性。 Avago Technologies的APDS-9002等传感器可用于检测环境光并控制背光强度。模拟输出传感器安装在芯片LED表面贴装封装中，并包含一个光电晶体管，其亮度响应与人眼的亮度非常接近。这是环境光传感中的一个关键问题，因为半导体探测器的响应曲线自然不会与人眼的响应曲线相匹配。

图2：APDS-9002环境光传感器的响应已经过调整，与人眼的响应非常接近。

描述了使用与人眼的光度响应曲线不匹配的传感器以及可能从某些LED的强烈蓝白色到某些白炽灯泡的暖橙色的照明条件进行有意义的环境光测量所涉及的困难。在汽车内饰中，照明方案进一步加剧了问题，确保驾驶员的眼睛能够最好地适应车辆外部的道路状况。

比色法

光学传感器还用于比色法，即测量工业过程中物体的确切颜色，如印刷，油漆和涂料制造，以及色彩准确性至关重要的化妆品。

与前面的示例一样，准确测量颜色所需的第一件事包括稳定且定义明确的光源。一些TechZone文章已经讨论了创建和控制白光源的技术。在本文中，美国国家标准与技术研究院的Yoshi Ohno博士回顾了绝对的基本原理，提出了使用具有略微不同特性和各种荧光粉混合物的白光LED组合设计自己的白光源的建议。

如果这是一个非常基本的方法，另一篇文章描述了使用红色，绿色和蓝色LED进行颜色混合的基础知识，另一篇文章展示了如何通过微控制器管理这一过程。正如文中写道：“动态调整可以。从LED串产生精确，一致的颜色，尽管温度波动和年龄引起了变化。”虽然她在开发稳定建筑的背景下写了这个技术使用LED灯串的照明系统，类似的方法应该能够稳定比色法应用中使用的照明。

测量颜色然后包括将所讨论的材料或表面暴露于受控参考光源并使用光学传感器感测反射光。红色，绿色和蓝色滤光片的颜色传输特性已被指定为长期保持稳定，然后可用于将反射光分成三个分量，每个分量可以单独测量。

结论

工业照明领域涵盖了广泛的应用领域，从街道和体育场照明到车辆的复杂和安全关键客舱。随着行业的发展，你安装一些照明然后应对它产生的任何输出的想法将继续减少，因为照明成为一个更加严密的测量和管理服务。传感器将用于将照明输出与环境条件匹配，如汽车仪表板的情况，并确保尽管操作条件不同以及随着时间的推移老化，设备的光输出仍保持不变。