Самодельные люксметры

Относительная спектральная чувствительность BPW41NТретий случай: промышленный люксметр приобретать не хочется, подходящего фотоаппарата (фотоэкспонометра) нет и взять его негде. Случай этот наиболее тяжелый, так как придется браться за самостоятельное конструирование люксметра. Но предупреждаем — вам предстоит решать весьма трудную задачу, даже если вы умеете держать в руках паяльник и разбираетесь в электронных схемах. Самая главная трудность заключается в выборе датчика и калибровке изготовленного прибора, а также в понимании, при каких условиях и как проводить измерения самодельным прибором.

Как уже было сказано, основой люксметра служит датчик, который преобразует световую энергию в энергию электрическую. Следовательно, теоретически мы можем использовать в качестве датчика фотодиод, фототранзистор или «солнечный элемент». Но далеко не каждый из названных элементов «сгодится» для оценки реальной освещенности, и вот почему.

Допустим, что мы каким-то образом получили возможность «подключиться» к человеческому глазу и использовать его как датчик. Если бы нам это удалось, мы получили бы фактически идеальный датчик по критерию относительной световой эффективности V(λ). Поскольку все нормы освещенности приведены именно к восприятию ее средним глазом, мы, зная коэффициент преобразования датчика («вольт на люкс» или «ампер на люкс»), просто подключили бы датчик к вольтметру или амперметру, проградуировав в люксах их шкалы… Но, к сожалению, мы не можем использовать глаз в этом качестве, поэтому придется применить самодельные люксметры аналоги с люксметры характеристиками световой эффективности, в той или иной степени приближающимися к человеческому органу зрения.

Поговорим о датчиках-фотодиодах. В некоторых источниках рекомендовано использовать в качестве датчика фотодиод типа BPW34 производства фирмы Vishay, а в других применять фотодиод BPW20RF той же фирмы. Если же читатель не поленится и заглянет на сайт производителя, то он обнаружит более двух десятков разнообразных фотодиодов, не говоря уже о продукции других производителей электронных компонентов.

На примере фотодиода BPW41N, внешний вид которого показан на рисунке, мы покажем, какие элементы точно не подойдут для люксметра. Итак, взгляните на названный рисунок: на нем изображен малогабаритный недорогой датчик, который так и хочется использовать в составе измерительного прибора! Не спешите бежать в магазин, обратите внимание на кривую отражающую относительную спектральную чувствительность фотодиода S(λ) — аналог относительной световой эффективности глаза V(λ). В зоне видимого света этот фотодиод окажется неработоспособным, так как максимум его чувствительности лежит в инфракрасной области. Что это означает? А вот что: в ярком видимом свете люксметр будет показывать крайне низкую освещенность, в то время как даже в полной темноте, но при наличии источника ИК излучения с длиной волны около 950 нм, прибор зарегистрирует «свет». Хорошо, если обстановка позволит определить «вранье», но возможна и другая ситуация: работа источника ИК излучения при видимой засветке. Тут мы уж точно будем считать, что работа ведется с видимой составляющей, хотя на самом деле измеряем «засветку» от ИК-излучателя.

Относительная спектральная чувствительность BPW34

Быть может, лучшим окажется фотодиод BPW34, который иногда рекомендуют? Взгляните на рисунок и убедитесь, что форма относительной спектральной чувствительности далека от «глазной». Применив данный фотодиод для нашего люксметра, мы можем получать результаты, на порядок завышенные по сравнению с реально существующими, в основном за счет инфракрасной области. В принципе, ситуацию можно исправить, если на пути светового потока установить желто-зеленый светофильтр — тогда характеристика восприятия света станет похожей на «глазную». Сложность в другом: едва ли удастся в домашних условиях подобрать светофильтр с известной плотностью и цветовым оттенком. К тому же изменятся калибровочные данные элемента, и это обстоятельство не позволит использовать данные, приведенные в технической документации.

Вдумчивый читатель уже наверняка заметил, что если пренебречь диапазоном ИК излучения, то ошибка датчика окажется не столь великой: поскольку фотодиод измеряет интегральную освещенность, то недостаток в области сине-зеленого спектра будет скомпенсирован из «красной» области.

Интегральный же показатель освещенности будет с достаточной точностью (порядка 15…20 процентов) соответствовать реальному. Но этот вывод справедлив только для источников с более-менее равномерным распределением спектральных составляющих (например, абсолютно черные тела) и совершенно непригоден для окрашенных (близких к монохроматическим) излучений. Скажем, источник красного света примерно даст 30-кратную завышенную ошибку, в то время как чисто фиолетовый источник будет давать адекватный результат!

И все же можно подобрать датчики со спектральной чувствительностью, близкой к человеческому глазу. Взгляните на рисунки, которые демонстрируют внешний вид и спектральную чувствительность фотодиода BPW21R, выпускаемого Vishay.

Относительная спектральная чувствительность BPW21R

Этот диод имеет круглый металлический корпус с окном, в котором размещен светочувствительный кристалл-полупроводник, а само окно закрыто стеклом-светофильтром со специально подобранной характеристикой. В результате датчик приобретает характеристику спектральной чувствительности S(λ), которая очень близка по виду к «глазной». Максимум чувствительности датчика приходится на длину волны 565 нм, величина средней чувствительности при освещении его источником типа А (близок по спектру к излучению лампы накаливания) — 9 нА/лк. Этот коэффициент чувствительности можно считать постоянным с высокой точностью в диапазоне освещенности от 0,01 до 100 000 лк при температуре внешней среды от +20 до +40 °С. Тем не менее, при применении датчика следует учесть, что так называемый «темновой ток» фотодиода (ток при нулевой освещенности) может достигать 30 нА, поэтому, измеряя низкие значения освещенности (менее 10 лк) лучше предусмотреть возможность ручной регулируемой компенсации «темнового тока».

Пора потрудиться руками, уважаемый читатель? Не спешите: мы еще не закончили теоретическое изучение BPW21R. Давайте внимательнее присмотримся к рисунку — мы видим, что кривая спектральной чувствительности фотодиода шире, чем «глазная». В желто-зеленой области отличия не столь заметны, но ближе к краям, то есть в красной и фиолетовой области «набегает» почти десятикратная ошибка. К счастью, спектр излучения типовых осветительных приборов достаточно равномерен в диапазоне видимого света, поэтому мы имеем право при измерениях освещенности скорректировать результат на величину отношения площадей под кривыми чувствительности фотодиода и глаза. Таким образом, для фотодиода BPW21R этот коэффициент составляет 2,27. Понятно, что результат измерения нужно уменьшать в 2,27 раза.

А как быть с источниками, спектр которых в значительной степени отличается от равномерного? Типичный случай такого источника — уличная натриевая лампа или ртутная лампа. Можно, конечно, действовать по правилам, а можно просто воспользоваться поправочным коэффициентом, который для ртутной лампы составит 1,1, а для натриевой — 0,7.

Вот теперь пора подумать на тему конструирования люксметра. В общем это достаточно тривиальная задача и здесь мы не будем ее рассматривать.


Источник: http://altenergy.org.ua/samodelnyj-lyuksmetr.html



Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

САМОДЕЛЬНЫЙ ПРИКИДОЧНЫЙ "ЛЮКСМЕТР " ИЗ DT-830 И NAVIGATOR NSL-MT (Освещение) Как вязать якорные узлы

Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры Самодельные люксметры

Похожие новости