实验三、光照度计设计实验
一、实验目的
1、了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理
2、了解和掌握光照度计结构原理
3、了解和掌握光照度计电路设计原理
二、实验内容
1、光照度计测量光照度实验
2、光照度计设计实性验
三、实验仪器
1、光电创新实验仪主机箱
2、光照度计&光功率计设计模块
3、照度计探头
4、连接线
4、万用表
四、实验原理
光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。

光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。

因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。

光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即：
2
E
/L
I
式中：E——光照度，单位为Lx；
I——光源发光强度，单位为cd；
L——距离，单位为m。

光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如下图所示：
图 3-1
图中D为光探测器，图3-2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。

余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，
光探测器接收到的始终是漫射光。

余弦校正器的透光性要好；F为V（λ）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V（λ），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（λ）匹配。

匹配基本上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（λ）滤光片）来实现的，满足条件的滤光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。

当D 接收到通过C和F的光辐射时，所产生的光电信号，首先经过I/V变换，然后经过运算放大器A放大，最后在显示器上显示出相应的信号定标后就是照度值。

图3-2 硅光电探测器光谱特性曲线
图3-3 光谱视觉曲线
照度测量的误差因素
1）照度计相对光谱响应度与V（λ）的偏离引起的误差。

2）接收器线性：也就是说接收器的响应度在整个指定输出范围内为常数。

3）疲劳特性：疲劳是照度计在恒定的工作条件下，由投射照度引起的响应度可逆的暂时的变化。

4）照度计的方向性响应。

5）由于量程改变产生的误差：这个误差是照度计的开关从一个量程变到邻近量程所产生的系统误差。

6）温度依赖性：温度依赖性是用环境温度对照度头绝对响应度和相对光谱响应度的影响来表征。

7）偏振依赖性：照度计的输出信号还依赖于光源的偏振状态。

8）照度头接收面受非均匀照明的影响。

五、注意事项
1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。

2、说明：输入“+”“-”为探头输入端、输出“+”“-”为照度计输出电压测试点。

X1、X10、X100开关为放大倍数切换开关。

六、实验步骤
1、照度计探头红黑插座对应接到实验模块上输入端“+”“-”。

2、万用表红黑表笔对应接到实验模块上输出端“+”“-”。

3、放大倍数切换开关拨至X1挡，向上拨。

4、打开电源开关，观察万用表指示数值。

5、改变不同光照度和放大倍数，观察万用表指示数值变化。

6、关闭电源。

七、设计性实验
光照度计电路原理图如下：
U1对光电池输出电流进行I/V变换，将光电流转换为电压，K1为档位切换开关。

U2对输出电压进行放大，调节RP1阻值大小可以给便放大倍数，5脚对应电位器为调零电位器。

八、思考题
分析放大电路芯片选用条件。

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