Lux-Werte messen und berechnen

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Anonim

Lux-Werte messen und berechnen


Verwandeln Sie Ihr Fotosensorsignal in eine Beleuchtungsstärkemessung.

zusätzliche Informationen

  • Understanding Illuminance: Was in einem Lux "// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-illuminance-whats-in-a-lux/" target = "_ blank"> einem früheren Artikel, definierten wir die Beleuchtungsstärke als das wahrgenommene Niveau der Umgebungshelligkeit unter Berücksichtigung der objektiven Lichtintensität und der spektralen Antwort des menschlichen Auges. Die Beleuchtungsstärke ist die Standardmetrik für die Vorhersage, wie gut ein Mensch unter gegebenen Lichtbedingungen notwendige Aktivitäten sehen und durchführen kann. Wenn ein elektronisches Gerät eine menschliche Reaktion auf Umgebungslicht imitieren muss - z. B. automatisch eine Anzeige dimmen muss, um geringere Lichtpegel zu kompensieren oder die Innenbeleuchtung als Reaktion auf natürliche Beleuchtung von Fenstern anzupassen - muss das Gerät wissen, wie die Beleuchtungsstärke zu bestimmen ist.

    Das Problem besteht darin, dass lichtempfindliche Komponenten dazu neigen, Ausgangssignale in Form von Strom oder Spannung, nicht von Lux, zu erzeugen. Darüber hinaus ist Lux inhärent spezifisch für das menschliche Sehen: Die definierende Eigenschaft der Beleuchtungsstärke ist, dass die Messungen entsprechend der Wellenlängenempfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst werden. Wenn die Empfindlichkeit Ihres Fotosensors nicht mit denen des menschlichen Auges übereinstimmt, messen Sie nicht die Beleuchtungsstärke.

    Beginnen Sie mit der Empfindlichkeit

    Die Bestrahlungsstärke misst die objektive Intensität der elektromagnetischen Strahlung pro Flächeneinheit. Die SI-Einheit ist Watt pro Quadratmeter. Watt ist definiert als Joule pro Sekunde, und Joule ist eine Einheit von Energie. Die Bestrahlungsstärke ist proportional zur Rate der elektromagnetischen Energieübertragung pro Flächeneinheit. Diese Energieübertragung ruft eine subatomare Reaktion von photosensitiven elektronischen Komponenten hervor, so dass die Berechnung eines Lux-Wertes damit beginnt, die Beziehung zwischen der Strahlung und der Ausgabe eines Sensors herzustellen.

    Sehen wir uns einige Empfindlichkeitsdaten für einige verschiedene Fotosensoren an.

    OSRAM PIN Photodiode, p / n SFH 2701:

\ (\ frac {160 \ counts} {0.2 \ \ frac {W} {m ^ 2}} = \ frac {800 \ counts} {\ frac {W} {m ^ 2}} = \ frac {1 \ count } {0.00125 \ frac {W} {m ^ 2}} \)

Bestrahlung der Beleuchtungsstärke

Sobald Sie die Empfindlichkeit kennen, können Sie eine erste Umwandlung von der Sensorausgabe zur Beleuchtungsstärke in Lux vornehmen. Die magische Zahl ist 683:

\ (1 \ \ Frac {W} {m ^ 2} \ bei \ 555 \ nm = 683 \ lux \)

Wenn Sie diesen Umrechnungsfaktor einfach auf den Ausgang Ihres Sensors anwenden, kann die Messung der Beleuchtungsstärke leider ziemlich schlecht sein. Wie Sie wahrscheinlich schon bemerkt haben, gilt dieser Faktor nur für elektromagnetische Strahlung bei 555 nm . Denken Sie an die Leuchtkraftfunktion, die in einem früheren Artikel besprochen wurde:

Der Versuch, diese extreme Diskrepanz auszugleichen, ist einfach keine gute Zeitnutzung.

Der einfachere Weg

Wählen Sie stattdessen ein Gerät mit einer menschlichen Sicht-basierten Spektralantwort und mit Informationen zur Ausgabe-zu-Lux-Umwandlung, die im Datenblatt bereitgestellt werden. Solche Geräte sind nicht schwer zu finden; Ein Beispiel ist der oben erwähnte Fairchild Phototransistor.

Diese sind ziemlich konsistent, aber nicht perfekt aufeinander abgestimmt, so dass die vom Fototransistor erfasste Lichtintensität nicht direkt in Lux umgewandelt werden kann. Die Problemumgehung besteht darin, basierend auf der spektralen Zusammensetzung verschiedener Lichtquellen verschiedene Umrechnungsfaktoren zu bestimmen. Fairchild tat dies für Glüh- und Neonlicht, aber was ist mit Sonnenlicht? Oder weiße LEDs? Oder Halogenlampen? Nun, wie gesagt, eine Näherung sollte in Bezug auf die Beleuchtungsstärke gut genug sein. Suchen Sie einfach nach einem Teil mit einem Datenblatt, das ausreichende Informationen für Ihre spezielle Anwendung bietet. Hier ist ein Overlay für einen Umgebungslichtsensor (Vishay p / n TEPT4400) beschrieben als "empfindlich für sichtbares Licht ähnlich wie das menschliche Auge":

Offensichtlich ist ein unkorrigierter Lux-Wert, der auf diesem Gerät basiert, nicht besonders genau. Die Peak-Wellenlänge ist nahezu optimal, aber Wellenlängen im oberen und unteren Drittel des sichtbaren Spektrums werden viel zu viel zum Ausgangsstrom beitragen.

Fazit

Wir haben die Grundlagen der Photodetektorempfindlichkeit und ihre Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke behandelt. Sie wissen, nach welcher Art von Teilen Sie suchen müssen, wenn Sie einfache, ziemlich genaue Lux-Werte generieren müssen. Im nächsten Artikel werden wir einen komplexeren Ansatz diskutieren, bei dem die Ausgabe eines Breitbandphotosensors basierend auf Spektraldaten von roten, grünen und blauen Photosensoren modifiziert wird.

Nächster Artikel in der Reihe: Lux-Werte messen und berechnen, Teil 2