Люксметр – переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров. Дома и на работе – везде, где нужно правильно распределить освещение, сэкономить на электроэнергии, создать комфортные условия для нахождения человека, – возникает необходимость в измерении освещённости. Уже давно доказано, что качество освещения оказывает значительное воздействие на человека, в частности на его мозговую активность, состояние нервной системы и функционирование различных органов и систем. При этом отрицательное влияние может оказывать как недостаточное, так и слишком яркое освещение. К примеру, плохой свет вызывает снижение работоспособности, депрессию, сонливость, нарушение зрения, быструю утомляемость, а слишком хороший возбуждает и активирует ресурсы организма, без которых человек мог бы и обойтись в конкретной ситуации, поэтому итогом этих процессов также является усталость.
Ненормальное освещение влияет также и на любой живой организм, как на растения, так и на животных. Вследствие этого растения плохо растут, а животные снижают свою продуктивность, плохо набирают вес и значительно ухудшают свои репродуктивные показатели. В условиях сельскохозяйственного комплекса данная проблема негативно сказывается на рентабельности производства. Поэтому люксметр является нужным прибором для измерения освещённости, необходимой для того, чтобы обеспечить комфортные условия жизнедеятельности человека. На Рисунке 1 изображена диаграмма рекомендуемых уровней освещённости для различных объектов жизнедеятельности, а точнее, мест работы человека. Ниже представлены две схемы люксметров, которые можно использовать для измерения освещённости.
 |
|
| Рисунок 1. | Рекомендуемая освещенность. |
Люксметр с большим динамическим диапазоном измерения
Предлагаемый вниманию люксметр позволяет измерять уровень освещенности в одном широком диапазоне 10 лк – 100,000 лк с точностью до ±1 лк без переключения поддиапазонов.
Схема люксметра изображена на Рисунке 2. В основе схемы применяется датчик внешней освещённости NOA1212 (DA2) с очень низким энергопотреблением, поэтому такой датчик целесообразно применять в портативных устройствах. В этом датчике используется встроенная функция динамического затемнения для компенсации темнового тока, что обеспечивает высокое отношение сигнал/шум принятого оптического сигнала. Фотооптический фильтр датчика обеспечивает светоотдачу, аналогичную светочувствительности человеческого глаза. Выходной сигнал датчика токовый. В составе датчика имеется усилитель выходного тока с регулируемым коэффициентом усиления – высокий, средний и низкий. Коэффициент усиления устанавливается цифровым кодом по входам GB1, GB2, при этом, в зависимости от коэффициента усиления, чувствительность датчика различна. В предлагаемой схеме люксметра используется низкий коэффициент усиления, что позволяет измерять освещённость свыше 100,000 люкс. Для низкого коэффициента усиления чувствительность датчика составляет 5.4 нA/лк.
 |
|
| Рисунок 2. | Широкодиапазонный люксметр. |
Выходной сигнал фотодатчика задаёт ток токового зеркала DA3 (ALD1116). Токовое зеркало, построенное на сборке идентичных по параметрам n-канальных MOSFET, согласует выход фотодатчика с вытекающим током с входом преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), также с вытекающим током. Транзисторы сборки DA3 достаточно чувствительные. Минимальный ток затвора при комнатной температуре 25 °С составляет 10 пА, что позволяет использовать их для работы с малыми уровнями токов. ПНЧ включён по схеме преобразования входного тока в частоту импульсов [1]. Нижний предел измерения ограничен величиной входного тока используемого в схеме ПНЧ AD654. Типовое значение входного тока ПНЧ AD654 равно 30 нА, а максимальное значение – 50 нА. Характеристика преобразования описывается формулой:
где
Iλ – фототок датчика,
CT – частотозадающий конденсатор; на схеме CT = 540 пФ (последовательное соединение конденсаторов С4 и С5).
Ёмкость конденсатора выбирается из расчёта, чтобы выходная частота соответствовала коэффициенту преобразования f = 1 Гц/лк. При таком коэффициенте преобразования показания частотомера в герцах будут соответствовать уровню освещённости в люксах. Например, частоте 100 кГц будет соответствовать освещённость 100,000 лк. Для измерения выходной частоты ПНЧ применяется встраиваемый частотомер «Профи LCD». Можно использовать и самодельный частотомер. В интернете сейчас предлагается масса схем частотомеров, как на микроконтроллерах, так и на дискретных элементах. Питается люксметр от двух пальчиковых батареек (GB1). Напряжение батареи импульсным преобразователем DA1 повышается до 5 вольт для обеспечения питанием прибора в целом.
Преобразование тока фотодатчика в частоту импульсов позволяет использовать один широкий диапазон измерения. Если измерять напряжение на нагрузочном резисторе фотодатчика, которое прямо пропорционально выходному току и, соответственно, освещённости, то потребуется несколько диапазонов измерения. При этом точность измерений будет уменьшаться с ростом уровня освещённости при переключении диапазонов. Кроме того, преобразование тока в частоту импульсов, которые могут передаваться на большие расстояния без искажения информационного параметра – частоты, – позволяет использовать люксметр для дистанционного мониторинга освещённости.
О применяемых в приборе деталях. Оксидные конденсаторы С1, С2 танталовые. Конденсатор С3 керамический. Конденсаторы С4, С5 металлизированные на основе полистирольной пленки – К71-7 с допуском по номиналу ±1%. Применение этих конденсаторов позволяет исключить настройку прибора.
Фито люксметр
Известно, что все растения развиваются благодаря процессу фотосинтеза; более глубокие изучения показали, что он активнее происходит в освещении синего и красного диапазона. Статистика различных экспериментов показывает, как некоторые растения отличаются по составу хлорофилла, который зависит от интенсивности освещения в различных спектрах излучения и, соответственно, протекания фотосинтеза.
Разные культуры растений в зависимости от этапа роста поглощают определенный участок спектра освещенности. Зелень типа лука, петрушки, укропа активнее растёт при синем спектре излучения (длина волны 445 нм). На раннем этапе развития этот диапазон предпочитают и саженцы овощных культур. Когда наступает период цветения, завязи и созревания плодов, активно поглощается свет красного спектра в диапазоне 660 нм. Некоторым овощным культурам для благоприятного роста подходит белый свет широкого спектра. Зелёный спектр (видимый цвет) необходим для «разбавления» синего и красного излучения. Для того чтобы правильно подобрать интенсивность спектральных составляющих освещения, надо эту интенсивность измерить, для чего и нужен люксметр.
Схема такого фито люксметра изображена на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Фито люксметр. |
В основе прибора применяются три фотодиода – S6428-01 для измерения интенсивности излучения в синем спектре (460 нм), S6429-01 – в зелёном (540 нм), и в красном – S6430-01 (660 нм); чувствительность, соответственно, равна 1 нА/лк, 1.1 нА/лк и 1.5 нА/лк. Как и в предыдущей схеме, для преобразования тока фотодиода применяется ПНЧ AD654 и полистирольные конденсаторы С2 – С4 К71-7 с допуском по номиналу ±1%.
Купить AD654 на РадиоЛоцман.Цены
