CN203745081U - 极低成本检测范围可调的光强检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种极低成本检测范围可调的光强检测电路，由四个模拟器件组成，即一个硅光敏三极管U1和一个NPN三极管Q1及两个电阻和一个带AD采样的单片机MCU；该硅光敏三极管U1与负载R2串联，串联一起的硅光敏三极管U1和负载R2与可调电阻R1并联；可调电阻R1与NPN三极管Q1的1脚、2脚相连，负载R2与NPN三极管Q1的3脚相连，NPN三极管Q1的3脚通过单片机MCU内的输出端OUT与单片机MCU相连。本实用新型的有益效果为：简单实用、成本低廉、测量范围可调节；此电路特别适合应用于精度要求不高，但测量范围可调且成本控制特别严格的区域。

Description

极低成本检测范围可调的光强检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，尤其涉及一种极低成本检测范围可调的光强检测电路。

背景技术

传统对光强度的检测方法是通过光敏器件（光敏二极管，或者感光组件）感测光照强度，使光信号转化为电信号，然后使用运放电路对弱电信号进行放大，再通过模拟/数字转换电路将光强信息转化为数字信息。这些光强数字信息相对一个参照表，从而计算得到光的强度。

虽然这种光强检测的方法实现起来也不算太复杂，但是如果使用感光组件，相对来说价格会比较高；如果使用简单的光敏二极管，对光敏感的线性区比较窄而且暗电流会随温度的变化呈非线性变化，测量误差会比较大，最重要的是很难实现宽范围的光强检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种对测量范围和测量精度有所考虑并且成本极低的检测范围可调的光强检测电路。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，所述光强检测电路共四个模拟器件组成，即一个硅光敏三极管U1和一个NPN三极管Q1及两个电阻和一个带AD采样的单片机MCU；所述的该硅光敏三极管U1与负载R2串联一起，该串联一起的硅光敏三极管U1和负载R2与可调电阻R1并联；可调电阻R1与NPN三极管Q1的1脚、2脚相连，负载R2与NPN三极管Q1的3脚相连，该NPN三极管Q1的3脚通过单片机MCU内的输出端OUT与单片机MCU相连。所述的硅光敏三极管U1作为光强检测电路的感光器件，将光强信号转化为电信号，经NPN三极管Q1放大信号后直接输入给单片机MCU进行采样和处理，得到区域的光强；后加载到负载R2上，形成用于实际测量的电压信号。

作为优选，所述的硅光敏三极管U1的检测光波长从150～1200nm，即对光谱波长从150～1200nm的光都能感应，对可见光区域390～770nm也囊括其中，还涵括了10～400nm区间的紫外线区域，及760nm以上波长的红外线部分区域。

作为优选，所述的可调电阻R1一方面将消化掉硅光敏三极管U1自身的暗电流，另一方面将感应得到的电信号偏移至NPN三极管Q1的线性放大区。

作为优选，所述的NPN三极管Q1使硅光敏三极管U1的工作电压保持于工作电压VCC-0.7V。

本实用新型的有益效果为：简单实用、成本低廉、测量范围可调节；电路中不含有温漂补偿器件，如要实现高精度应用，则要增加温感器件，而硅光敏三极管的温度特性是线性的，单片机内部可以根据温度情况进行补偿，这样能够使电路精度增加；故此电路特别适合应用于精度要求不高，但测量范围可调且成本控制特别严格的区域。

附图说明

图1为本实用新型所使用的电路。

图2为硅光敏三极管对不同频率光的感应灵敏度曲线。

图3为同一光强下不同温度的感应电流曲线。

图4为不同光强环境下感应电流曲线。

图5为硅光敏三极管在不同温度下的暗电流曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1所示，本实用新型包括一个廉价的硅光敏三极管U1和一个最为普通的NPN三极管Q1及两个电阻和一个带AD采样的单片机MCU组成，成本极低。该光强检测电路通过硅光敏三极管U1作为感光器件，将光强信号转化为电信号，无论光强信号是直流信号还是像日光灯的50HZ信号，硅光敏三极管U1都能够准确的感应。电路中的可调电阻R1，一方面能够消化掉硅光敏三极管U1自身的暗电流，另一方面能够起到将感应得到的电信号偏移至NPN三极管Q1的线性放大区的作用。NPN三极管Q1主要是起到对电信号的放大作用，将放大后的电流信号加载到负载R2上，从而形成可以用于实际测量的电压信号。调节负载R2阻值的大小能够设置检测光强信息的精度，一般我们不去设置这个值，在下面计算中将负载R2设置成一个定制，此定值时测量精度为下限。

所述光强检测电路，通过硅光敏三极管U1感测光强不同感应而导致内部电阻和过流能力的变化来反应区域光强，NPN三级管Q1的BE端中的PN结钳卫电压使硅光敏三极管U1的工作电压始终保持工作电压VCC-0.7V，NPN三级管Q1对感应得到的电信号放大之后直接输入给单片机MCU进行采样和处理，从而得到区域的光强。

图1是本实用新型的电路，电路中VCC为工作电压，U1为硅光敏三极管，Q1为NPN型三极管（放大系数为He）,R1为可调电阻，R2为负载。可调电阻R1能够去除光敏三极管流U1过的部分电流，可调电阻R1两端电压为0.7V，补偿电流为Ix=0.7V/R1，作用是用来去除暗电流和调节检测区间。

图2可以得知此硅光敏三极管U1（产品为EVERLIGHT公司的PT19-21C-L41-TR8）对光谱波长从150～1200nm的光都能感应，对可见光区域390～770nm也囊括其中，还涵括了10～400nm区间的紫外线区域，及760nm以上波长的红外线部分区域。

图3可以得到硅光敏三极管U1对温度的感应灵敏度曲线为一直线，斜率K，以25摄氏度为参照灵敏度α=1，其他温度T时的α=1+(T-25℃)*K。K可以从图中得到。

图4可以得到硅光敏三极管U1对光转电的对应曲线为一直线，斜率为J，以1mW光强为参照转换电流为0.6mA，其他光强Ee时转换电流为Ie=0.6+（Ee-1mW）*J。J可以从图中得到。

图5可以得到不同温度下硅光敏三极管U1暗电流的对应曲线为一直线，斜率为L，以25摄氏度为参照暗电流为10^-6mA,那么其他温度T下的暗电流Ia=10^-6+(T-25℃)*L。L可以从图中得到。

根据以上的参数和数据我们可以由图1计算出某光强Ee下转换出的电压值Ve,并且可以根据温度T对暗电流和温漂进行补偿。计算如下：

I1=转换电流*感应灵敏度+暗电流-补偿电流

=Ie*α+Ia-Ix

=【0.6+(Ee-1mW)*J】*【1+(T-25℃)*K】+10-6+(T-25℃)*L-0.7/R1

R1单位为KΩ，电流单位mA。

经三极管放大后电流

I2=I1*He

={【0.6+(Ee-1mW)*J】*【1+(T-25℃)*K】+10-6 +(T-25℃)*L -0.7/R1}*He

负载端电压

Ve=VCC-I2*R2

=VCC-{【0.6+(Ee-1mW)*J】*【1+(T-25℃)*K】+10-6 +(T-25℃)*L -0.7/R1}*He

以上公式中只有光强Ee是未知数，故单片机MCU可以根据测量得到的电压值Ve计算出区域光强Ee。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种极低成本检测范围可调的光强检测电路，其特征在于：所述光强检测电路共四个模拟器件组成，即一个硅光敏三极管U1和一个NPN三极管Q1及两个电阻和一个带AD采样的单片机MCU；所述的该硅光敏三极管U1与负载R2串联一起，该串联一起的硅光敏三极管U1和负载R2与可调电阻R1并联；可调电阻R1与NPN三极管Q1的1脚、2脚相连，负载R2与NPN三极管Q1的3脚相连，该NPN三极管Q1的3脚通过单片机MCU内的输出端OUT与单片机MCU相连；所述的硅光敏三极管U1作为光强检测电路的感光器件，将光强信号转化为电信号，经NPN三极管Q1放大信号后直接输入给单片机MCU进行采样和处理，得到区域的光强；后加载到负载R2上，形成用于实际测量的电压信号。

2.根据权利要求1所述的极低成本检测范围可调的光强检测电路，其特征在于：所述的硅光敏三极管U1的检测光波长从150～1200nm，即对光谱波长从150～1200nm的光都能感应，对可见光区域390～770nm也囊括其中，还涵括了10～400nm区间的紫外线区域，及760nm以上波长的红外线部分区域。

3.根据权利要求1所述的极低成本检测范围可调的光强检测电路，其特征在于：所述的可调电阻R1一方面将消化掉硅光敏三极管U1自身的暗电流，另一方面将感应得到的电信号偏移至NPN三极管Q1的线性放大区。

4.根据权利要求1所述的极低成本检测范围可调的光强检测电路，其特征在于：所述的NPN三极管Q1使硅光敏三极管U1的工作电压保持于工作电压VCC-0.7V。