一種極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路，由四個模擬器件組成，即一個硅光敏三極管U1和一個NPN三極管Q1及兩個電阻和一個帶AD采樣的單片機MCU；硅光敏三極管U1與負載R2串聯(lián)，該串聯(lián)的硅光敏三極管U1和負載R2與可調(diào)電阻R1并聯(lián)；可調(diào)電阻R1與NPN三極管Q1的1腳、2腳相連，負載R2與NPN三極管Q1的3腳相連，NPN三極管Q1的3腳通過單片機MCU內(nèi)的輸出端OUT與單片機MCU相連。本發(fā)明的有益效果為：簡單實用、成本低廉、測量范圍可調(diào)節(jié)；此電路特別適合應用于精度要求不高，但測量范圍可調(diào)且成本控制特別嚴格的區(qū)域。
【專利說明】一種極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測電路，尤其涉及一種極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)對光強度的檢測方法是通過光敏器件(光敏二極管，或者感光組件)感測光照強度，使光信號轉化為電信號，然后使用運放電路對弱電信號進行放大，再通過模擬/數(shù)字轉換電路將光強信息轉化為數(shù)字信息。這些光強數(shù)字信息相對一個參照表，從而計算得到光的強度。
[0003]雖然這種光強檢測的方法實現(xiàn)起來也不算太復雜，但是如果使用感光組件，相對來說價格會比較高；如果使用簡單的光敏二極管，對光敏感的線性區(qū)比較窄而且暗電流會隨溫度的變化呈非線性變化，測量誤差會比較大，最重要的是很難實現(xiàn)寬范圍的光強檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種對測量范圍和測量精度有所考慮并且成本極低的檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路。
[0005]本發(fā)明的目的是通過如下技術方案來完成的，所述光強檢測電路共四個模擬器件組成，即一個硅光敏三極管Ul和一個NPN三極管Ql及兩個電阻和一個帶AD采樣的單片機MCU ;所述的該硅光敏三極管Ul與負載R2串聯(lián)一起，該串聯(lián)一起的硅光敏三極管Ul和負載R2與可調(diào)電阻Rl并聯(lián)；可調(diào)電阻Rl與NPN三極管Ql的I腳、2腳相連，負載R2與NPN三極管Ql的3腳相連，該NPN三極管Ql的3腳通過單片機MCU內(nèi)的輸出端OUT與單片機MCU相連。所述的硅光敏三極管Ul作為光強檢測電路的感光器件，將光強信號轉化為電信號，經(jīng)NPN三極管Ql放大信號后直接輸入給單片機MCU進行采樣和處理，得到區(qū)域的光強；后加載到負載R2上，形成用于實際測量的電壓信號。
[0006]作為優(yōu)選，所述的硅光敏三極管Ul的檢測光波長從150?1200nm，即對光譜波長從150?1200nm的光都能感應，對可見光區(qū)域390?770nm也囊括其中，還涵括了 10?400nm區(qū)間的紫外線區(qū)域，及760nm以上波長的紅外線部分區(qū)域。
[0007]作為優(yōu)選，所述的可調(diào)電阻Rl —方面將消化掉硅光敏三極管Ul自身的暗電流，另一方面將感應得到的電信號偏移至NPN三極管Ql的線性放大區(qū)。
[0008]作為優(yōu)選，所述的NPN三極管Ql使娃光敏三極管Ul的工作電壓保持于工作電壓VCC-0.7V。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:簡單實用、成本低廉、測量范圍可調(diào)節(jié)；電路中不含有溫漂補償器件，如要實現(xiàn)高精度應用，則要增加溫感器件，而硅光敏三極管的溫度特性是線性的，單片機內(nèi)部可以根據(jù)溫度情況進行補償，這樣能夠使電路精度增加；故此電路特別適合應用于精度要求不高，但測量范圍可調(diào)且成本控制特別嚴格的區(qū)域?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明所使用的電路。
[0011]圖2為硅光敏三極管對不同頻率光的感應靈敏度曲線。
[0012]圖3為同一光強下不同溫度的感應電流曲線。
[0013]圖4為不同光強環(huán)境下感應電流曲線。
[0014]圖5為硅光敏三極管在不同溫度下的暗電流曲線。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合附圖對本發(fā)明做詳細的介紹:如附圖1所示，本發(fā)明包括一個廉價的硅光敏三極管Ul和一個最為普通的NPN三極管Ql及兩個電阻和一個帶AD采樣的單片機MCU組成，成本極低。該光強檢測電路通過硅光敏三極管Ul作為感光器件，將光強信號轉化為電信號，無論光強信號是直流信號還是像日光燈的50HZ信號，硅光敏三極管Ul都能夠準確的感應。電路中的可調(diào)電阻R1，一方面能夠消化掉硅光敏三極管Ul自身的暗電流，另一方面能夠起到將感應得到的電信號偏移至NPN三極管Ql的線性放大區(qū)的作用。NPN三極管Ql主要是起到對電信號的放大作用，將放大后的電流信號加載到負載R2上，從而形成可以用于實際測量的電壓信號。調(diào)節(jié)負載R2阻值的大小能夠設置檢測光強信息的精度，一般我們不去設置這個值，在下面計算中將負載R2設`置成一個定制，此定值時測量精度為下限。
[0016]所述光強檢測電路，通過硅光敏三極管Ul感測光強不同感應而導致內(nèi)部電阻和過流能力的變化來反應區(qū)域光強，NPN三級管Ql的BE端中的PN結鉗衛(wèi)電壓使硅光敏三極管Ul的工作電壓始終保持工作電壓VCC-0.7V，NPN三級管Ql對感應得到的電信號放大之后直接輸入給單片機MCU進行采樣和處理，從而得到區(qū)域的光強。
[0017]圖1是本發(fā)明的電路，電路中VCC為工作電壓，Ul為硅光敏三極管，Ql為NPN型三極管(放大系數(shù)為He)，Rl為可調(diào)電阻，R2為負載?？烧{(diào)電阻Rl能夠去除光敏三極管流Ul過的部分電流，可調(diào)電阻Rl兩端電壓為0.7V，補償電流為Ix=0.7V/R1，作用是用來去除暗電流和調(diào)節(jié)檢測區(qū)間。
[0018]圖2可以得知此硅光敏三極管Ul (產(chǎn)品為EVERLIGHT公司的PT19-21C-L41-TR8)對光譜波長從150~1200nm的光都能感應，對可見光區(qū)域390~770nm也囊括其中，還涵括了 10~400nm區(qū)間的紫外線區(qū)域，及760nm以上波長的紅外線部分區(qū)域。
[0019]圖3可以得到硅光敏三極管Ul對溫度的感應靈敏度曲線為一直線，斜率K，以25攝氏度為參照靈敏度a=l，其他溫度T時的a=l+(T_25°C )*K。K可以從圖中得到。
[0020]圖4可以得到硅光敏三極管Ul對光轉電的對應曲線為一直線，斜率為J，以ImW光強為參照轉換電流為0.6mA，其他光強Ee時轉換電流為Ie=0.6+ (Ee-1mff)^J0 J可以從圖中得到。
[0021]圖5可以得到不同溫度下硅光敏三極管Ul暗電流的對應曲線為一直線，斜率為L，以25攝氏度為參照暗電流為10_6mA，那么其他溫度T下的暗電流Ia=10_6+(T_25°C )*L。L可以從圖中得到。
[0022]根據(jù)以上的參數(shù)和數(shù)據(jù)我們可以由圖1計算出某光強Ee下轉換出的電壓值Ve，并且可以根據(jù)溫度T對暗電流和溫漂進行補償。計算如下:
[0023]11=轉換電流*感應靈敏度+暗電流-補償電流[0024]=Ie氺 a +Ia-1x
[0025]=【0.6+(Ee-1mW)*T】*【1+(T_25°C )*K】+10-6+(T_25°C )*L_0.7/R1
[0026]Rl單位為K Q，電流單位mA。
[0027]經(jīng)三極管放大后電流
[0028]12=1 I^He
[0029]={【0.6+(Ee-1mW)*Tl*【1+(T_25°C )*K】+10-6+(T_25°C )*L_0.7/Rll*He
[0030]負載端電壓
[0031]Ve=VCC-12*R2
[0032]=VCC-1【0.6+(Ee-1mW) *T】*【1+(T_25°C ) *K】+10-6+(T_25°C )*L_0.7/Rll*He
[0033]以上公式中只有光強Ee是未知數(shù)，故單片機MCU可以根據(jù)測量得到的電壓值Ve計算出區(qū)域光強Ee。
[0034]可以理解的 是，對本領域技術人員來說，對本發(fā)明的技術方案及發(fā)明構思加以等同替換或改變都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路，其特征在于:所述光強檢測電路共四個模擬器件組成，即一個硅光敏三極管Ul和一個NPN三極管Ql及兩個電阻和一個帶AD采樣的單片機MCU ;所述的該硅光敏三極管Ul與負載R2串聯(lián)一起，該串聯(lián)一起的硅光敏三極管Ul和負載R2與可調(diào)電阻Rl并聯(lián)；可調(diào)電阻Rl與NPN三極管Ql的I腳、2腳相連，負載R2與NPN三極管Ql的3腳相連，該NPN三極管Ql的3腳通過單片機MCU內(nèi)的輸出端OUT與單片機MCU相連；所述的娃光敏三極管Ul作為光強檢測電路的感光器件,將光強信號轉化為電信號，經(jīng)NPN三極管Ql放大信號后直接輸入給單片機MCU進行采樣和處理，得到區(qū)域的光強；后加載到負載R2上，形成用于實際測量的電壓信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路，其特征在于:所述的硅光敏三極管Ul的檢測光波長從150?1200nm，即對光譜波長從150?1200nm的光都能感應，對可見光區(qū)域390?770nm也囊括其中，還涵括了 10?400nm區(qū)間的紫外線區(qū)域，及760nm以上波長的紅外線部分區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求1所述的極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路，其特征在于:所述的可調(diào)電阻Rl —方面將消化掉硅光敏三極管Ul自身的暗電流，另一方面將感應得到的電信號偏移至NPN三極管Ql的線性放大區(qū)。
4.根據(jù)權利要求1所述的極低成本檢測范圍可調(diào)的光強檢測電路，其特征在于:所述的NPN三極管Ql使硅光敏三極管Ul的工作電壓保持于工作電壓VCC-0.7V。
【文檔編號】G01J1/44GK103743481SQ201310667387
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】何先貴 申請人:三維通信股份有限公司