罗姆照度传感器的工作原理及具体应用

简介

照度传感器是以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的装置。早期照度传感器的光敏元件采用光敏电阻，现基本都改用半导体材料制成的光敏二极管。

工作原理

根据爱因斯坦的光子假说：光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一个光子具有一定的能量，其大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ。所以，不同频率的光子具有不同的能量。光的频率越高，其光子能量就越大。

光线照射在某些物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光伏效应三类，根据这些效应可制成不同的光电转换器件（称为光敏元件）。照度传感器是以光伏特效应来工作的。

在光照下，若入射光子的能量大于禁带宽度，半导体PN结附近被束缚的价电子吸收光子能量，受激发跃迁至导带形成自由电子，而价带则相应的形成自由空穴。这些电子一空穴对，在内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，使P区带正电，N区带负电，于是在P区与N区之间产生电压，称为光生电动势，这就是光伏效应。利用光伏效应制成的敏感元件有光电池、光敏二极管和光敏三极管等，其应用极为广泛。

利用光敏二极管的光伏效应可以制作照度传感器。光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，它的PN结装在管顶，可直接受到光照射，光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。光敏二极管在电路中处于反向偏置，在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，此反向电流称为暗电流。反向电流小的原因是在PN结中，P型中的电子和N型中的空穴（少数载流子）很少。当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，使少数载流子的浓度大大增加，因此通过PN结的反向电流也随着增加。如果入射光照度变化，光生电子一空穴对的浓度也相应变动，通过外电路的光电流强度也随之变动，可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。

照度传感器的应用

照度传感器根据环境灯光的变化，采用电子元器件将可见光转化成电信号，从而控制照明系统来保证使作业面的照度在一定范围内。当作业面的照度高于预设的照度值，关闭或调暗采光系统；当作业面的照度低于预设的照度值，开启或调亮采光系统。通常，前一个预设的照度值高于后一个预设的照度值，利用该“死区”以免频繁地开关照明设备。

照度传感器主要用于对天然采光的补偿或利用，若能从窗户或天空获得充足的自然光，则可以关闭电灯或降低电力消耗，这多见于玻璃幕墙建筑内办公室照明的控制。或者发送信号启动电动窗帘、遮阳幕布等，或者调节遮阳格栅的角度，来降低自然采光产生的照度，这样既可利用日光在室内产生的光影变化效果和色温变化效果，又可以保障照度控制在一定范围内，维持室内光环境的和谐，这都需要考虑与诸如电动窗帘等设备的配合，可在一些利用自然采光的展览厅见到。

照度传感器大多设有延时装置，以免天空中云的变化带来自然采光的变化，而导致照明系统控制的频繁变化，这在多云的天气尤显得重要。

采用单个照度传感器设置其控制区域时，应注意以下事项：

控制区内作业活动内容、照度要求和环境相同；

控制区内天然采光的条件相同；

控制区域连续，没有隔断或墙体。

在室内，照度传感器的安装位置有两种：一种是直接安装在工作面上，但需要保证探头不被作业设备损伤，或者按照通常的做法，安装在天花板上，朝向作业面；另一种安装位置是朝向采光窗，直接测量自然采光。照度传感器也可以安装在灯具内，成为灯具的一部分，还可以安装在远离所控制的灯具回路的天花板上。当照度传感器用于室外环境中时，在北半球则多朝向北方．以免太阳光的直射，从而保证比较好的恒定照度。同时需要指出的是，由于室外照度传感器的灵敏度和可调节性比较低，所以不能与室内的照度传感器互换

16bit串行输出型数字照度传感器IC——BH1721FVC

数字输出型的环境光亮度传感器IC，由作为基本电路的光电二极管、电流电压转换电路、A/D转换器、控制逻辑电路以及接口电路等构成，与机器内的I²C BUS连接使用。

对应I²CBUS接口(f/s Mode Support)

接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性（峰值灵敏度波长:typ.560nm)

输出对应亮度的数字值

对应广泛的输入光范围(相当于1-65528lx)

通过降低功率功能，实现低电流化

通过50Hz/60Hz除光噪音功能实现稳定的测定

对应1.8V逻辑输入接口

审核编辑 黄昊宇