CN111854937A - 基于不同发光波长的led对特定波长范围的光的探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，方法包括以下步骤：利用不同LED对于不同光波段有不同响应的特点，采用LED作为光感器件，并将光感器件置于相应光照环境下，对相应光的强度进行探测；通过相应转换电路，将LED的PN结受到光照产生的光电流转换成感光电压；将输出的电压按照感光电压与光照强度之间表征关系进行换算，从而得出光感器件探测的对应光的强度。本方案采用成本较低的LED来对光进行探测，这样不仅可以具有良好的响应速度，还可以大幅减少其他成分光的干扰，并且能够大幅降低传感器成本，节约资源，使用便利。
Description
技术领域
本发明一般地涉及光电传感器领域，尤其涉及基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法。
背景技术
目前市面上用于光电探测传感器种类较多，大致可以分为三种。第一种是CCD与CMOS，这一类传感器大多用于图像传感与成像分析。第二种是光敏电阻，采用光敏材料做成电阻，当有光照时电阻阻值发生变化，从而探测光照强度。第三种则是较为常见的光电二极管，采用较大PN结的形式，将光子激发电子形成光生载流子，从而进行光电探测。但是相较于本发明所公布的光探测器件，这些产品都具有如下问题：
1）就CCD与CMOS而言，大多数这样的传感器用于图像采集，并且他们大多数结构都十分复杂且不利于对光进行探测；
2）然而光敏电阻对环境温度敏感，且响应速度较为缓慢；
3）光电二极管成本较高，面积较大，使用不便利。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，解决现有光探测传感器的结构复杂，面积过大，响应速度不高，成本较高等缺点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，方法包括以下步骤：
S1，采用LED作为光感器件，并将光感器件置于光照环境下，对特定波长范围内可探测光的强度进行探测；
S2，通过相应转换电路，将LED的PN结受到光照产生的光电流转换成感光电压；
S3，将输出的电压按照感光电压与光照强度之间表征关系进行换算，从而得出光感器件探测的对应光的强度。
具体的，所述步骤S1中的LED包括紫光LED、蓝光LED、绿光LED、黄光LED、橙光LED、红光LED和红外光LED。
具体的，所述步骤S1中特定波长范围内可探测光的范围为280nm~780nm。
具体的，所述步骤S3中感光电压与光照强度之间的表征关系如下式所示：V=K*E，其中，V为感光电压，E为光照强度，K由相应电路的系数与LED的感光因素共同决定，K>0。
本发明的有益效果：本方案采用成本较低的LED来对光进行探测，这样不仅可以具有良好的响应速度，还可以大幅减少其他成分光的干扰，并且能够大幅降低传感器成本，节约资源，使用便利。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的LED对应探测光的波长范围图。
图3本发明的光电流生成原理图。
图4是本发明的光照强度采集电路结构图。
图5是本发明第一实施例在400nm波长紫光条件下感光实验对比数据图。
图6是本发明第一实施例在365nm波长紫外光条件下感光实验对比数据图。
图7是本发明第一实施例在285nm波长紫外光条件下感光实验对比数据图。
图8是本发明第二实施例在365nm波长紫外光条件下实验数据图。
图9是本发明第二实施例在285nm波长紫外光条件下实验数据图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1所示，基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，方法包括以下步骤
步骤1，采用LED作为光感器件，并将光感器件置于光照环境下，对可探测光的强度进行探测。LED为能够发出不同波长的发光二极管，可对特定波长范围内可探测光进行，并形成光电流。由于发不同波长光的LED，对于不同波长可探测光有不同的响应。因此利用这个特点可以用不同光色LED来对不同波长范围内的光进行探测。具体LED对应探测光波长范围如图2所示，其中LED包括紫光LED、蓝光LED、绿光LED、黄光LED、橙光LED、红光LED和红外光LED，对应的，紫光LED可探测光波长范围为280nm~380nm，蓝光LED可探测光波长范围为280nm~450nm，绿光LED可探测光波长范围为280nm~500nm，黄光LED可探测光波长范围为280nm~560nm，橙光LED可探测光波长范围为280nm~620nm，红光LED可探测光波长范围为280nm~620nm，红外光LED可探测光波长范围为280nm~780nm。
步骤2，通过相应转换电路，将LED的PN结受到光照产生的光电流转换成感光电压。
步骤3，将输出的电压按照感光电压与光照强度之间表征关系进行换算，从而得出光感器件探测光的强度。其中，LED内二极管管芯大小决定了光生电流大小，不同光色LED对于同一个波长光，同一光照强度，反应出光生电流不同。在使用同一种LED时，特定波长光光强度越大，反应出LED上的光生电流越大。感光电压与光照强度之间的表征关系如下式所示：V=K*E，其中，V为感光电压，E为光照强度，K由相应电路的系数与LED的感光因素共同决定，K>0。在不同的转换电路中，采用不同LED，K值由所在转换电路的系数参数和LED参数综合固定。
本发明中的光感器件利用不同波长的发光二极管遇到特定波长光照射时，携带能量的特定波长光光子在LED的PN结上能够激发电子，形成光电流，再经过设置有相应放大倍数的运算放大电路，将光生电流转换为感光电压。
其中，特定波长光的强度决定了进入PN结的光子的数量，进一步决定了光电流的大小。如图3所示，当PN结受到光照时，光子激发PN结上的电子形成电子—空穴对，使得少数载流子数目增加，少数载流子在一定电压下定向流动，形成与PN结方向相反的光生电流。然而，由于其他波长较长的光光子能量较低，导致一个光子无法激发特定发光波长LED的PN结上的一个电子，因此本发明也可以抑制其他光对特定波长光探测时带来的干扰，能够实现探测特定波长光的强度的同时，能够抑制其他波长光的影响，大量的节约资源和成本，同时方便使用。
本发明中的探测电路为放大电路，可由运放或其它具有放大功能的电路结构构成。该电路可以将光电流转化为感光电压，以表征所测光的光强度。
在本发明的第一实施例中，实验电路如图4所示，采用发光波长为450nm-500nm的单位面积蓝光LED与普通光电二极管，以探测紫光和紫外光的强度进行对比实验，实验条件为黑暗环境，首先在发光波长为400nm的紫光条件下测试实验，蓝光LED与普通光电二极管的感光实验对比数据如图5所示，通过图中斜率可以看出蓝光LED对400nm波长紫光感光效果明显优于普通光电二极管。
然后，将光照条件改为波长为365nm紫外光，同样在黑暗环境下测试实验，此时蓝光LED与普通光电二极管的感光实验对比数据如图6所示，通过斜率同样可以看出蓝光LED对365nm波长紫外光感光效果明显优于普通光电二极管。
其次，将光照条件为波长为285nm紫外光，黑暗环境下测试实验，测试实验数据如图7所示，通过斜率同样可以看出蓝光LED对285nm波长紫外光感光效果明显优于普通光电二极管。
最后，将光照条件改为波长450nm蓝光，黑暗环境下测试实验，实验中蓝光LED几乎没有产生感光电压。可以看出蓝光LED可探测范围为紫光与紫外光。
在本发明的第二实施例中，实验电路如图4所示，采用发光波长为400nm的单位面积紫光LED对紫外光探测实验。首先在光照条件为365nm波长的紫外光，黑暗环境下进行测试实验，测试实验数据如图8所示。然后将光照条件改为285nm波长的紫外光，同样在黑暗环境下进行实验，实验数据如图9所示。因此，本发明的方法采用不同发光波长的LED来对应探测特定波长范围内的光的强度是可行的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
S1，采用LED作为光感器件，并将光感器件置于光照环境下，对特定波长范围内可探测光的强度进行探测；
S2，通过相应转换电路，将LED的PN结受到光照产生的光电流转换成感光电压；
S3，将输出的电压按照感光电压与光照强度之间表征关系进行换算，从而得出光感器件探测的对应光的强度。
2.根据权利要求1所述的基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，其特征在于，所述步骤S1中的LED包括紫光LED、蓝光LED、绿光LED、黄光LED、橙光LED、红光LED和红外光LED。
3.根据权利要求1所述的基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，其特征在于，所述步骤S1中特定波长范围内可探测光的范围为280nm~780nm。
4.根据权利要求1所述的基于不同发光波长的LED对特定波长范围的光的探测方法，其特征在于，所述步骤S3中感光电压与光照强度之间的表征关系如下式所示：V=K*E，其中，V为感光电压，E为光照强度，K由相应电路的系数与LED的感光因素共同决定，K>0。
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