ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ОСВЕЩЕННОСТИ

Полезная модель относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам, преобразующим лучистую энергию в электрическую, и может быть использовано в приборах для измерения освещенности и интенсивности излучения, в частности для изготовления люксметров.
Для создания приборов для измерения освещенности, как правило, применяют датчики на основе фоторезисторов, фотодиодов, вакуумных и газонаполненных фотоэлементов и др.
Для измерения освещенности необходимо, чтобы у датчика света была строго заданная спектральная чувствительность определенная ГОСТ Р 8.850-2013: …Характеристики люксметров…
Известен сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод для детектирования ультрафиолетового, видимого и инфракрасного оптического излучения который может быть использовано при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации. Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод, детектирующий оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что форма поверхности фотоэмиттера представляет 3D пространственно наноградиентную структуру с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля, расстояние между фотоэмиттером и анодом формируется в микро- или нанометровом диапазоне, (патент РФ №2523097, опубликован 20.07.2014).
Известен фотометр, содержащий, по крайней мере, два фотодиода, блоки усиления, регистрации и обработки сигналов фотодиодов, источник напряжения или тока, оптическую схему для концентрации потока излучения от измеряемого объекта, по крайней мере, на два фотодиода, и дополнительно содержит коммутатор, обеспечивающий взаимосвязь фотодиодов и блоков друг с другом, включая обеспечение возможности одновременного подключения одного или нескольких фотодиодов к источнику, а остальных фотодиодов - к упомянутым блокам усиления, по крайней мере, один из фотодиодов, подключаемых к источнику, выполнен с активной областью на основе прямозонного полупроводника и оптически связан, по крайней мере, с одним из фотодиодов, чувствительных к излучению с энергией квантов, соразмерной со значением ширины запрещенной зоны прямозонного полупроводника (заявка 2013109254/28, 01.03.2013 Дата публикации заявки: 10.09.2014)
Известен твердотельный фотогальванический элемент с p-i-n-структурой с повышенной фоточувствительности по фото-ЭДС в области длин волн 400÷500 нм (патент РФ №2282272, Опубликован: 20.08.2006).
Известно, так же что в качестве фотодатчика можно использовать светодиоды, включенные в режим с обратным смещением, при котором, при попадании света на светодиод у него появляется проводимость. Примером такого решения является датчик освещенности для энергосберегающей системы искусственного освещения, содержащий фотодиод и устройство управления, датчик освещенности размещен в корпусе дымового пожарного извещателя, а устройство управления датчиком совмещено в одной микросхеме с контроллером дымового пожарного извещателя, в качестве измерительного фотодиода датчика освещенности используется индикаторный светодиод пожарного извещателя, индикаторный выход контроллера пожарного извещателя соединен через внешний накопительный конденсатор с анодом индикаторного светодиода, катод которого подключен к шине питания, а измерительный вход датчика освещенности соединен непосредственно с анодом светодиода (заявка: 2012147014/08, 06.11.2012. Дата публикации заявки: 20.05.2014).
Известно устройство, в котором светодиод включается в режиме фотодиода, при этом, при освещении светодиода изменяется его внутреннее сопротивление, таким образом, светодиод можно использовать в качестве фото датчика (В. Макаренко, Необычное использование светодиодов, Опто-электронные устройства, №7-9, июль-сентябрь 2014). В данной статье автором экспериментально установлено, что на световой поток белого светодиода наилучшим образом реагирует светодиод с длиной волны 590 нм. Недостатком данного устройства является то, что его спектральная чувствительность не соответствует спектральной чувствительности дневного зрения человека, а соответственно и чувствительности измерителя освещенности.
Так же известно, что при освещении светодиода у него появляется фототок. (http://electronics.stackexchange.com/questions/36080/specific-color-sensing-is-it-possible-in-an-economical-way-without-using-camer).
В ходе лабораторных испытаний установлено, что светодиоды разного цвета свечения реагируют на определенный участок оптического излучения, причем максимум чувствительности немного сдвинут в область более короткой длины волны, чем ту, которую светодиод излучает.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции измерителя освещенности - люксметра, и повышение точности выделения спектра для измерения уровня освещенности без применения специальных фотодатчиков и светофильтров.
Технический результат предлагаемого устройства - выделение из светового потока той ее части, которая соответствует заданной для измерения уровня освещенности подбором соответствующего светодиода с нужной длиной волны.
Предлагаемый технический результат достигается тем, что измеритель уровня освещенности, содержащий фотодатчик и измерительную часть, содержит фотодатчик на основе светодиода, включенного в вентильный режим фотодиода, и имеющего спектральную чувствительность, соответствующую заданной для измерения уровня освещенности, к светодиоду подключается параллельно сопротивление нагрузки, определяющее чувствительность и измерительная часть.
Сопротивление нагрузки светодиода может быть как отдельное сопротивление, так и входное сопротивление измерительной части.
Предлагаемым устройством измеряют освещенность выделением из светового потока той ее части, которая соответствует заданной для измерения уровня освещенности.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг 1, 2 и 3.
На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства для измерения уровня освещенности.
На фиг. 2 представлен пример включения светодиода в фотоэлектрический режим.
На фиг. 3 представлены данные лабораторных измерений спектральной фоточувствительности светодиодов и сравнение их со спектральной чувствительностью приборов измерения освещенности для дневного зрения (люксметров) и ночного зрения.
Измеритель освещенности фиг. 1 содержит светодиод 1 измерительную часть 2 и сопротивление нагрузки светодиода 3 для подключения его в фотоэлектрический режим.
Оптическое излучение поступает на светодиод 1, к которому подключено сопротивление нагрузки 3, с которым соединена измерительная часть прибора 2.
Измеритель работает следующим образом: Оптическое излучение поступает на светодиод 1, который генерирует фототок, при этом, на сопротивлении нагрузки 3 выделяется разность потенциалов, которая поступает на вход измерительной части 2 прибора, при этом сопротивлением нагрузки может быть входное сопротивление измерительной части.
Пример реализации измерителя освещенности - светодиод (СД) с прозрачной линзой фиг. 2 подключается к нагрузочному сопротивлению R1 10 кОм и к входу усилителя на основе операционного усилителя ОУ у которого резисторами R2, R3 задается коэффициент усиления. К выходу усилителя подключается измерительная часть, например на основе цифровой измерительной головки или АЦП микроконтроллера. При этом отсутствует необходимость в применении корректирующих светофильтров.
Из-за того, что максимум чувствительности светодиодов сдвинут в область более коротких волн фиг. 3, для прибора измеряющего освещенность со спектральной чувствительностью соответствующей заданной дневному зрению, как у люксметра, наиболее подходящими будут светодиоды с длиной волны 625 или 628 нм, а наибольшее соответствие ночному зрению имеют светодиоды с длиной волны 590 нм.