Устройства на светодиодах, и не только

Функциональная схема прибора

Функциональная схема устройства представлена на рис. 3.8.

На рис. 3.8 под числовыми обозначениями показаны составляю­щие устройства:

1 - осветительный прибор, совмещенный с объективом (линзой);

2 - аквариум с водой;

3 - фотодатчик, реализованный на фотодиоде ФД-7К;

4 - электронный усилитель с измерительным прибором;

5 - стабилизированный источник питания (выходное напряжение 12 В).

Электрические характеристики фотодиода ФД-7К:

• область спектральной чувствительности 0,47-0,12 мкм;

• длина волны максимальной спектральной чувствительности 0,75-0,85 мкм;

• максимальное рабочее напряжение 27 В;

• темновой ток 2,5 мкА;

• сопротивление корпус-вывод фотодиода не менее 100 МОм;

• предельная рабочая освещенность 1100 лк.

Фотодиод представлен на рис. 3.9 и 3.10.

Рис. 3.9. Внешний вид фотодиода Рис. 3.10. Внешний вид фотодиода ФД - 7К сверху ФД - 7К со стороны контактов

Измерение прозрачности воды в аквариуме фотоэлектрическим способом

Электрические характеристики фотодиода ФД-7К позволили вклю­чить его в схему фотоприемника с операционным усилителем (ОУ) общего назначения с высоким входным сопротивлением. Рассмот­рим электрическую схему на рис. 3.11.

На входе ОУ КР140УД1208 реализован дифференциальный кас­кад с согласованной парой полевых транзисторов. Усилитель на микросхеме КР140УД1208 выбран для устройства благодаря своим оптимальным электрическим характеристикам (сопротивление на-

грузки на выходе ОУ RH > 2 кОм и высокая чувствительность по входу).

Операционный усилитель DA1 - усилитель постоянного тока, на вход которого подключен фотодиод VD1. Фотодиод работает в этой схеме в режиме автогенератора, преобразуя энергию светового по­тока в электрическую энергию (фото-ЭДС). Фотодиод подключен на инвертирующий вход ОУ (вывод 2 DA1) как генератор тока. ОУ преобразовывает ток в напряжение на выходе (вывод 6 DA1). Вы­ход ОУ нагружен на портативный цифровой вольтметр PV1 типа М-830-В, индицирующий значения напряжения, зависящие от про­зрачности (замутнения) воды.

Резистор R6 шунтирует вольтметр РV1 для защиты ОУ в случае обрыва контактов с вольтметром (при отключении вольтметра);

Выходное напряжение на выводе 6 DA1 рассчитывают по фор­муле:

4-х = V*l£*

На выходе ОУ максимальное напряжение 10 В окажется при мак­симальном фототоке фотодиода VD1, то есть при проецировании светового потока от светодиодной лампы (или лампы накаливания) через кювету с чистой дистиллированной водой.

На рис. 3.12 представлено фото действующего устройства, где ис­следуется прозрачность раствора соли с насыщенностью 3%.

При этом эксперименте показания вольтметра составляют 8,91 В. Это почти прозрачная, но не самая прозрачная жидкость. Таким об­разом, максимальное значение прибора PV1, включенного в режим измерения напряжения (-10 В), соответствует чистой воде. А мини­мальное - соответственно, раствору определенной мутности. Запись показаний вольтметра осуществляют опытным путем при. различ­ных значениях коэффициента пропускания, которые фиксируют при разной мутности воды в аквариуме в одно и то же световое время дня.

Световой поток в данном случае поступает от светодиода (в фо­наре, рис. 3.12), который снабжен линзой. Источник освещения и устройство фотоколориметра зафиксированы тисками и струбциной на одном уровне; это важно для точности измерения.

По той же аналогии исследуют мутность воды в аквариуме.

Налаживание

Налаживание сводится к установке устройства «в нуль», то есть к максимальным показаниям вольтметра (PV1) при исследовании заведомо прозрачного раствора дистиллированной воды, помещен­ного в трехлитровую банку (или иную подходящую кювету) объ­емом 0,5-3 л. Эта корректировка осуществляется подбором сопро­тивления резистора R1.

О деталях

Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25, MF-125. Оксидный конденсатор С2 сглаживает пульсации источника питания. Вместо вольтметра М830-В можно применить любой вольтметр (желательно цифровой) с пределом измерения постоянного напряжения 10-20 В.

Монтаж частей устройства

Светодиод ELI закрепляют в корпусе портативного фонаря с от­ражателем, а сам фонарь жестко закрепляют в миниатюрных тисках (струбцинах) напротив фотодатчика. Фотодатчик закрепляют в тис­ках с другой стороны аквариума (кюветы с раствором) в любом под­ходящем компактном корпусе с линзой. Корпус фотодатчика уста­навливают напротив источника света, выравнивая горизонтальную плоскость линейкой или строительным уровнем. Внешний вид за­крепленных частей конструкции показан на фото рис. 3.12.

Перспектива применения

Кроме рассмотренного варианта контроля мутности воды, пред­ложенным способом можно эффективно измерять мутность и опти­ческую светопроницаемость других растворов.