广告

如何将光强度转换为一个电学量

2019-09-16 10:00:05 Thomas Brand,ADI公司 阅读:
在设计房间照明或准备拍摄照片时,光强度的确定可能至关重要。在物联网(IoT)时代,确定光强度对所谓的智能农业来说也有着重要作用。在这种应用中,一项关键任务是对重要的植物参数进行监测和控制,以便促进植物最好地生长并加速光合作用。

问:如何测量不同光源的光强度?fZRednc

答:拿一只红、绿、蓝光LED。fZRednc

在设计房间照明或准备拍摄照片时,光强度的确定可能至关重要。在物联网(IoT)时代,确定光强度对所谓的智能农业来说也有着重要作用。在这种应用中,一项关键任务是对重要的植物参数进行监测和控制,以便促进植物最好地生长并加速光合作用。因此,光是最重要的一个因素。大多数植物通常会吸收可见光谱中的红、橙、蓝、紫等色波长的光。光谱中绿色和黄色波长的光一般会被反射,对植物生长的贡献不大。在不同生长阶段对部分光谱和光照射强度进行控制,可以使生长最大化,并最终提高产量。fZRednc

图1所示电路设计可用于测量可见光谱范围内对植物光合作用起作用的光强度。这里使用了三种不同颜色的光电二极管(绿、红、蓝),可响应不同的波长。现在就可以使用光电二极管所测量到的光强信号,根据具体植物的要求控制光源。fZRednc

图示电路由三个精密电流电压转换器(跨导放大器)组成,每种颜色(绿、红、蓝)对应一个。电流电压转换器的输出作为Σ-Δ模数转换器(ADC)的差分输入,从而将测量值以数字数据的形式提供给微控制器做后续处理。fZRednc

光强转换为电流

根据光强不同,光电二极管中会有或多或少的电流流过。电流和光强之间的关系近似呈线性,如图2所示。图中显示了输出电流随红光(CLS15-22C/L213R/TR8)、绿光(CLS15-22C/L213G/TR8)和蓝光(CLS15-22C/L213B/TR8)光电二极管光强变化的特性曲线。fZRednc

004ednc20190916fZRednc

图1:用于测量光强度的电路设计。fZRednc

005ednc20190916fZRednc

图2:红、绿、蓝光光电二极管的电流光强特性曲线fZRednc

然而,红、绿、蓝光二极管的相对灵敏度不同,因此每级的增益必须通过反馈电阻RFB单独确定。为此,每个二极管的短路电流(ISC)必须从数据手册获取,然后就可以通过它确定工作点处的灵敏度S(pA/lux)。再然后,就可以通过公式1计算RFBfZRednc

002ednc20190916fZRednc
fZRednc

其中,VFS,P-P表示期望的全输出电压范围(满量程、峰峰值);INTMAX表示最大光强度,对于直射阳光,其值为120,000lux。fZRednc

电流电压转换

由于光电二极管的输出电流在皮安范围,因此高质量的电流电压转换要求运算放大器的偏置电流尽可能小,这样就可以产生相当大的误差。失调电压也应很小。ADI公司的AD8500是此类应用的理想选择,其偏置电流典型值为1pA,失调电压最大值为1mV。fZRednc

模数转换

为了进一步处理测量值,在将光电二极管的电流转换成电压后,还必须以数字值的方式提供给微控制器。为此可以使用带多个差分输入的ADC,例如16位ADC AD7798。因此,被测电压的输出码如下:fZRednc

003ednc20190916fZRednc
fZRednc

其中,fZRednc

AIN=输入电压,fZRednc

N=位数,fZRednc

GAIN=内部放大器的增益系数,fZRednc

VREF=外部基准电压。fZRednc

为了进一步降低噪声,在ADC的每个差分输入端均使用了共模和差分滤波器。fZRednc

上述全部元器件都非常省电,这使得该电路非常适合于以电池供电的便携式现场应用。fZRednc

结论

元器件的偏置电流和失调电压等误差源必须予以考虑。此外,转换器级的放大系数若不理想,则会影响信号质量,从而影响电路结果。采用图1中的电路,可以以较简单的方式将光强转换为电学值,以供进一步数据处理。fZRednc

(作者简介:Thomas Brand,于2015年在德国慕尼黑加入ADI公司,当时他还在攻读硕士。毕业后,他参加了ADI公司的培训生项目。2017年,他成为一名现场应用工程师。Thomas为中欧的大型工业客户提供支持,并专注于工业以太网领域。他毕业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业,之后在德国康斯坦茨应用科学大学获得国际销售硕士学位。)fZRednc

本文为《电子技术设计》2019年9月刊杂志文章。fZRednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 波兰网友拆德国产电源插排,内部竟是中国制造?! 本文将会介绍LogiLink LPS262U电源插排(接线板)——包含三个USB端口和两个Schuko插座——的内部结构及其简短测试。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 【领优秀论文集】Cadence 用户大会已开放注册
  • 儿童电子学(二):电容器 电容器是最重要的电气元件之一,我们将在儿童基础电子课程的第二部分了解它的工作原理我们将从储能功能方面对其进行探索,所进行的测试和实验将侧重于这一要素。
  • GaN是否可靠? GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”
  • Cadence中国区线上用户大会-2022 会议将集聚Cadence的技术用户、开发者与业界专家,涵盖最完整的先进技术交流平台,从IP/SoC设计、验证仿真、系统分析及多物理场仿真、计算流体力学,到封装和板级设计的全流程的技术分享, 以及针对自动驾驶、人工智能、网络和5G/6G、云服务等创新应用的客户案例分享。您也将有机会和开发Cadence工具和IP的技术专家们进行对话。与此同时,还有丰富礼品等您来赢。 新的故事总会在盛夏开始序曲,新的灵感也极有可能于技术交流中迸发。
  • EA Elektro-Automatik代表与中国驻德大使共商中国市 EA Elektro-Automatik受邀参加主题为“变革中的贸易?不确定性时代的中德经济关系展望”的高层外贸战略论坛,为公司在中国市场实现重要增长进行规划并奠定基础。
  • 碳化硅电力电子应用不止于汽车 第三代宽禁带半导体——碳化硅(SiC)——正在发挥其众所周知的潜力,在过去五年内,汽车行业一直是该材料的公开试验场。然而,电气化议程不会以汽车开始和结束。更广泛的运输应用将很快出现,包括卡车和公共汽车、船舶和航运、火车的进一步电气化,甚至飞机。在供电方面,并网太阳能发电系统和通过高压直流链路传输能源,对于低碳能源的生产和分配也至关重要。
  • 拆解一个中国产的“树莓派”开发笔记本,售价279美元值 “树莓派”在全球市越来越受欢迎,甚至有家长开始让孩子用树莓派学习开发产品。有中国厂商嗅到,率先开发出了基于“树莓派”笔记本——CrowPi L ,外观看和普通笔记本差不多, 但却是基于树莓派Raspberry Pi 4B 开发板的套件,专为 STEM 教育而设计,带有可选的电子模块和教程。EDN发现有外媒对其进行了拆解,接下来将这篇拆解文章分享给大家:
  • 波兰网友测试拆解中国产手电筒/手提灯,会不会发起客诉? 本文将对中国制造的COB LED HP1807带移动电源的手提灯/手电筒的内部(包括电池容量)进行简短的测试和分析。在本主题中,我还将展示其电路板上连接的详细草图,这实际上也构成了其原理图。
  • 增强型GaN HEMT的漏极电流特性 增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)已经采用两种不同的结构开发出来。这两种增强型结构是金属-绝缘层-半导体(MIS)结构和栅极注入晶体管(GIT)结构。MIS结构具有受电压驱动的小栅极漏电流,而GIT则具有脊形结构和高阈值电压。两者也都有一些缺点。MIS对栅极干扰的可靠性较低,阈值电压较低,而GIT的栅极开关速度较慢,栅极漏电流较大。
  • 利用反极性MOSFET帮助555振荡器忽略电源和温度变化 恒定频率振荡器是555定时器的经典应用之一。然而,由于所用二极管的特性不理想,占空比的间隔会随着温度和V+电源的变化而变化。本设计实例给出了一种解决方法:利用反极性P沟道MOSFET引导电容的充电电流而不产生任何明显压降。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了