【世說設計】你有沒有試過用儀表放大器測量兩個光源的相對強度？

Q: 是否可以使用儀表放大器測量兩個光源之間的差異？

A: 是的，用兩個光敏電阻替換儀表放大器的主設定電阻就可以。

在許多照明應用中，測量兩個光源的相對強度比測量其各自的強度更重要。這樣能確保兩個光源以相同的強度發(fā)光。例如，比較同一建筑物內控制室（ 1 號房間）和另一間房（ 2 號房間）的亮度會有幫助，以便可以在白天的任何時間和夜里進行調整?；蛘撸瑢τ谝粋€生產系統(tǒng)，您可能希望確保明亮的光照條件不發(fā)生變化。
確定相對強度的一種辦法是測量兩個附加光檢測器的不同輸出。其差異將被轉換為以地為基準的單端電壓信號。
圖 1 中的電路就是解決此問題的一種簡單但有效的方法，其使用帶電阻增益控制功能的儀表放大器，例如 AD623。

圖1. 測量相對光強度的簡單電路

請注意，該電路中有兩個特殊電阻 R1 和 R2。R1 (LDR1) 測量兩個光源的亮度。
何謂 LDR？該術語表示光敏電阻。它是一種無源電子元件，帶有一個電阻，其阻值依據(jù)光強度而變化。光敏電阻有不同形狀和顏色，適用于許多電子電路，尤其是報警器、開關器件、時鐘和路燈。
一般來說，LDR 的電阻在黑暗中非常高，幾乎高達 1 MΩ，但當光線照在 LDR 上時，其電阻降至幾 kΩ（10 lux 時為 10kΩ 至 20kΩ，100 lux 時為 2kΩ 至4kΩ ），具體情況視型號而定。此原理圖使用的 LDR 來自 RadioShack（產品型號 276-1657）。

圖2. RadioShack產品型號276-1657

圖 1 中的原理圖采用 AD623 和兩個 LDR。作為主傳感器的光敏電阻 R1 是參考點光源。它用作光強度的基準，位于控制室中。若要比較兩個以上的光源，則在每次比較時都應使用此光源作為基準。這種比較可以在晚上或白天進行。請記住，電阻發(fā)生變化需要 8 毫秒到 12 毫秒。電阻恢復到初始值也需要幾秒鐘。
該設計非常簡單。系統(tǒng)電源為 ±5 V，兩個輸入端的輸入電壓為 VIN。因此，每個光敏電阻的一端有相同電壓，另一端接地。如果相同量的光照在兩個光敏電阻上，其間的電流差將為零，因為其電阻相等。結果是輸出電壓為零伏。當兩個房間的照明不均勻時，兩個光源的強度之間存在差異，這會在系統(tǒng)輸出端產生電壓。該電壓的極性指示哪個房間更亮。如果輸出電壓為正，則意味著照在 LDR2 上的光線較多，反之亦然。
圖 3 為輸出波形的示波器圖。輸入電壓為 1 V p-p方波，頻率為 1 kHz， 輸出（約 2 V ）表明 2 號房間中的光源更亮。

圖3. 輸出電壓指示相對光強度

在本文的電路中，AD623 的輸出端有兩個 LED。當輸出為正（光源 2 更亮）時，正極連接到輸出的紅光 LED 將開啟，而當光源 1 更亮時，正極接地的黃光 LED 將開啟。請注意，LED 的亮度表示房間相對強度的幅度水平。
當兩個房間看起來同樣明亮時，其照度相等，輸出為 0 V，兩個 LED 均關閉。
電路輸出端的電壓為：

輸出的均方根值表示兩個光源的強度等級。
校準 LDR1 值以找到特定亮度下的精確電阻值之后，可以用一個純電阻替換 LDR1，這樣系統(tǒng)在所有時候都會將 LDR2 的值與某個亮度進行比較。通過這種方式，固定電阻便可用作一個已知光強度的基準。這種電路可以充當太陽能導引頭，即一種跟蹤光源的簡單裝置。此類裝置可以使太陽能面板對準太陽，或用于搜救機器人中，引導被困人員走向有光的地方。為了實現(xiàn)太陽能導引頭，可以利用伺服電機來旋轉光敏電阻。

使用 AD623 并且將兩個燈泡分別與 LDR1 和 LDR2 一起放入不同的房間，可以了解這兩個燈泡的效率。該電路功耗低，只需兩節(jié) AA 電池供電，故適合于功耗敏感應用。