| 人們有時忘記了發(fā)光二極管也能夠很好地檢測光。發(fā)光二極管作為廉價而容易使用的光檢測器而得到廣泛的應用。一般來說，LED檢測器檢測的光的波長比其發(fā)射光的波長稍短，使其可用作波長選擇檢測器。例如，發(fā)射峰值波長約為555nm的綠-黃光的LED，檢測峰值波長約為525nm、譜寬約50nm的綠波。
幾乎所有LED都可以以不同的靈敏度檢測相對窄的波長帶。實際上，標準LED可以在同一電路中完成兩種功能，而不用改變物理或電氣連接。圖1示意了一種非常簡單的基于微控制器的電路，可以僅使用微控制器的兩個I/O口和一個LED及電阻，交替發(fā)射和檢測光線。電路可以用作智能光開關、高分辨率調光器、編碼檢測器、煙霧檢測器等。
如何使單個LED同時具備光發(fā)射和檢測功能
因為LED光電二極管比商用光電二極管的靈敏度要小的多(光電流小10到100倍)，如果不進行放大，直接檢測光電流很困難。一般地，需要一個皮可安培計和多個價格昂貴的運放。
然而，絕大多數(shù)現(xiàn)代微控制器都具備可配置內部提拉或三態(tài)(高阻)輸入的雙向I/O口。該電路利用一個高阻輸入，通過一種簡單的閾值技術和微控制器內置計時器，可以非常準確而且精確地測量光電流。
如何使單個LED同時具備光發(fā)射和檢測功能
在檢測器模式下，LED很快(在100～200ns的時間內)“充電”到+5V。該充電由大小一般為10～15pF的二極管固有電容來維持(見圖2步驟1)。隨后，微控制器的P1引腳切換到高阻抗模式(電阻約1015Ω)，此為步驟2。在反向偏置狀態(tài)下，一種LED簡單模型是一個電容與一個電流源iR(Φ)并聯(lián)，iR(Φ)表示由光強度感應的電流。該模型包括流過P1的漏電流iL，iL一般為0.002pA，與通常環(huán)境光水平下二極管流過的大小為50pA的典型光電流iR(Φ)相比，漏電流iL可以忽略。圖3a給出了LED在Φ1和Φ2下(Φ2>Φ1)VP1(t)放電的實驗結果。
一個軟件程序(為8位微控制器的16位計時器TCNT1所寫)用P1的邏輯態(tài)數(shù)字等效值連續(xù)檢測VP1(t)，直到達到邏輯0閾值VTR(約2.2V)。微秒量級的衰減時間Td正比于檢測到的光量，因此，就測量到了二極管光電流iR(Φ)。隨著接收到的光量的增加，二極管放電加快，Td減小，反之亦然(見圖3a)。
如何使單個LED同時具備光發(fā)射和檢測功能
如果衰減時間大于用戶設定的某個光強度閾值，該閾值以Tdcr(臨界值)表示，微控制器則可導通LED，LED發(fā)光報警(見圖2，步驟3)。此外，微控制器其它引腳可以用作繼電器輸出或光控制、脈寬調制輸出。圖3b示意了各工作步驟下P2的電壓輸出。
采用這一成本低廉的方法，能實現(xiàn)光強度固有數(shù)字測量，而無需放大，其信噪比特性極佳，因為在整個測量期間信號是積分的。該技術提高了光電二極管的靈敏度，使其比常規(guī)(價格更貴)光電二極管更有魅力。常規(guī)光電二極管對電容的充電要快得多，進行基于時間的測量更困難，并且費用更高。
以上信息由煙臺燈光音響網(wǎng)提供 |
