馬駿+馬飛+徐麗梅+黃俊玲

摘要： 本論文使用發(fā)光二極管（LED）作為太陽(yáng)輻射計(jì)的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，構(gòu)成放大電路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。其主要功能是測(cè)量直接太陽(yáng)輻射，與專門設(shè)計(jì)的探測(cè)器相比，LED還能探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)。此外LED本身具有發(fā)光特性，將探測(cè)電路和發(fā)光電路設(shè)計(jì)在一起，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在兩種功能間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED燈可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。

Abstract： The thesis uses a light-emitting diode as the photodetector of the sun photometer. The LED is connected the two inputs of 741 Op Amp. which can make up amplifier circuit. Its structure is simple and it is easy to implement. The main function is measuring direct solar radiation. Compared with specialized detector， LED can detect the wavelength of narrow wave band. Moreover， LED itself has emission characteristics. In order to combine detection circuit with lighting circuit， the experiment use a switch. As a light-emitting element， different colours'LED lights are used as flashlight， money detector light and so on.

關(guān)鍵詞： LED；光探測(cè)器；太陽(yáng)輻射計(jì)

Key words： LED；photodetector；solar radiometer

中圖分類號(hào)：TL812 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）21-0027-02

0 引言

地球表面的太陽(yáng)輻射是地球表面的能量來(lái)源，在地球表面進(jìn)行太陽(yáng)輻射測(cè)量，對(duì)于研究太陽(yáng)輻射對(duì)地球生物的影響和合理有效利用太陽(yáng)能具有十分主要的意義，因此日益受到人們重視。太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接輻射、天空散射輻射、地面反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量。如今常用的太陽(yáng)輻射測(cè)量方法：①設(shè)計(jì)不同波長(zhǎng)的通道采用濾光片，用跟蹤系統(tǒng)來(lái)捕捉太陽(yáng)光譜數(shù)據(jù)，并用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；②用硅光電池作太陽(yáng)輻射傳感器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化傳輸。然而上述測(cè)量方法均存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和測(cè)量成本高的問(wèn)題，因此亟待改進(jìn)。而對(duì)于LED的使用，只廣泛應(yīng)用于照明系統(tǒng)。

可利用太陽(yáng)能大小是太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵參數(shù)。利用LED作為傳感器獲得太陽(yáng)能輻射大小，進(jìn)而計(jì)算太陽(yáng)能的利用率。目前使用太陽(yáng)能傳感器種類繁多，功能各異，具有直接太陽(yáng)輻射測(cè)量功能的也不少，但大多數(shù)測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。本論文的目的是提供一種使用發(fā)光二極管（LED）作為光探測(cè)器的太陽(yáng)輻射計(jì)，并且可以利用LED進(jìn)行照明。該儀器原理簡(jiǎn)單，所需原材料少，制作也很簡(jiǎn)單，還可探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)，添加不同顏色的LED和相應(yīng)放大器后還能用于測(cè)量其他波段的光。只要在使用前經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，得到的結(jié)構(gòu)就可和花費(fèi)幾千美金制作的專業(yè)儀器的結(jié)果一樣好。此外，還可以利用LED的發(fā)光特性，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)和照明兩種功能的切換。

太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接、天空散射輻射、地球反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量，是大氣光學(xué)、氣象研究和空氣污染檢測(cè)的一種很好的儀器。

1 目的和設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)光以電磁波輻射方式到達(dá)地球表面，通常稱為短波輻射，含紫外、可見(jiàn)和紅外三大光譜區(qū)，如圖1所示。

從圖中可知，在可見(jiàn)光中，綠光的波帶較寬，因此本項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用綠LED作為太陽(yáng)能傳感器的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳和地之間）接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)驗(yàn)采用了下面電路圖所示的方法，使用了一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S1：當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置右端時(shí)為探測(cè)電路，只需將LED接入741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳）和地之間接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置左端時(shí)，電路僅由電源、電阻、LED組成，是一個(gè)簡(jiǎn)單的照明電路，可添加不同顏色或功率的LED燈，實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他照明功能。

當(dāng)用紅色、黃色或其他顏色的LED燈做實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓變化范圍不明顯，可在原來(lái)電路后面再接一級(jí)運(yùn)放（如圖2右半部分），將輸出電壓信號(hào)進(jìn)一步放大，便于觀察。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

如圖3所示，由于是在室內(nèi)，故采用手電筒光做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用手電筒光逐漸靠近LED燈時(shí)，電壓逐漸增大。為便于觀察，本實(shí)驗(yàn)采用了三線電壓表來(lái)實(shí)時(shí)顯示電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，電壓幾乎為0；當(dāng)手電筒光逐漸靠近綠色LED時(shí)電壓逐漸增大，最大能到6V多；之后，又分別用了紅色和黃色的LED做實(shí)驗(yàn)，其變化范圍都不到1V。由于紅色LED變化不明顯，因此在紅色LED探測(cè)電路后面添加了二級(jí)放大電路，其變化規(guī)律如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)取綠色和紅色LED隨光強(qiáng)變化的電壓數(shù)據(jù)，X軸為光強(qiáng)，Y軸為電壓；左圖為綠色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到6V；中間的圖為紅色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到0.99V；由于紅色變化范圍較小，可將紅色那一路接放大電路，如右圖所示數(shù)據(jù)，最大可到9.8V

此外，還可以如圖2電路原理圖所示添加一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)置左端時(shí)，電路只由電源和LED組成，是一個(gè)發(fā)光照明電路；當(dāng)開(kāi)關(guān)置右端時(shí)，為探測(cè)電路，此時(shí)LED燈不亮，電壓與光強(qiáng)呈線性的關(guān)系，如圖4所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)所測(cè)得的電壓變化來(lái)證明LED能探測(cè)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱，有利于更加充分的利用太陽(yáng)能。LED本身可作發(fā)光元件，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在探測(cè)電路和發(fā)光電路之間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。實(shí)驗(yàn)電源可以采用蓄電池，將探測(cè)到的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)并在需要的時(shí)候轉(zhuǎn)化為電能，供LED照明，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)

利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋志平，洪津.多功能手持式太陽(yáng)輻射計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，30（3）.

[2]張海輝，楊青.可控LED亮度的植物自適應(yīng)精準(zhǔn)補(bǔ)光系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（9）.

[3]唐慧強(qiáng)，魏倩.基于Zigbee技術(shù)的太陽(yáng)輻射計(jì)的設(shè)計(jì)[J].儀器技術(shù)與傳感器，2010（6）.

[4]麻金繼.利用太陽(yáng)輻射計(jì)反演合肥地區(qū)的水汽含量[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，29（3）.

[5]謝偉.太陽(yáng)輻射計(jì)技術(shù)分析[J].紅外，2003（3）.endprint

摘要： 本論文使用發(fā)光二極管（LED）作為太陽(yáng)輻射計(jì)的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，構(gòu)成放大電路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。其主要功能是測(cè)量直接太陽(yáng)輻射，與專門設(shè)計(jì)的探測(cè)器相比，LED還能探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)。此外LED本身具有發(fā)光特性，將探測(cè)電路和發(fā)光電路設(shè)計(jì)在一起，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在兩種功能間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED燈可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。

Abstract： The thesis uses a light-emitting diode as the photodetector of the sun photometer. The LED is connected the two inputs of 741 Op Amp. which can make up amplifier circuit. Its structure is simple and it is easy to implement. The main function is measuring direct solar radiation. Compared with specialized detector， LED can detect the wavelength of narrow wave band. Moreover， LED itself has emission characteristics. In order to combine detection circuit with lighting circuit， the experiment use a switch. As a light-emitting element， different colours'LED lights are used as flashlight， money detector light and so on.

關(guān)鍵詞： LED；光探測(cè)器；太陽(yáng)輻射計(jì)

Key words： LED；photodetector；solar radiometer

中圖分類號(hào)：TL812 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）21-0027-02

0 引言

地球表面的太陽(yáng)輻射是地球表面的能量來(lái)源，在地球表面進(jìn)行太陽(yáng)輻射測(cè)量，對(duì)于研究太陽(yáng)輻射對(duì)地球生物的影響和合理有效利用太陽(yáng)能具有十分主要的意義，因此日益受到人們重視。太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接輻射、天空散射輻射、地面反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量。如今常用的太陽(yáng)輻射測(cè)量方法：①設(shè)計(jì)不同波長(zhǎng)的通道采用濾光片，用跟蹤系統(tǒng)來(lái)捕捉太陽(yáng)光譜數(shù)據(jù)，并用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；②用硅光電池作太陽(yáng)輻射傳感器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化傳輸。然而上述測(cè)量方法均存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和測(cè)量成本高的問(wèn)題，因此亟待改進(jìn)。而對(duì)于LED的使用，只廣泛應(yīng)用于照明系統(tǒng)。

可利用太陽(yáng)能大小是太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵參數(shù)。利用LED作為傳感器獲得太陽(yáng)能輻射大小，進(jìn)而計(jì)算太陽(yáng)能的利用率。目前使用太陽(yáng)能傳感器種類繁多，功能各異，具有直接太陽(yáng)輻射測(cè)量功能的也不少，但大多數(shù)測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。本論文的目的是提供一種使用發(fā)光二極管（LED）作為光探測(cè)器的太陽(yáng)輻射計(jì)，并且可以利用LED進(jìn)行照明。該儀器原理簡(jiǎn)單，所需原材料少，制作也很簡(jiǎn)單，還可探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)，添加不同顏色的LED和相應(yīng)放大器后還能用于測(cè)量其他波段的光。只要在使用前經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，得到的結(jié)構(gòu)就可和花費(fèi)幾千美金制作的專業(yè)儀器的結(jié)果一樣好。此外，還可以利用LED的發(fā)光特性，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)和照明兩種功能的切換。

太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接、天空散射輻射、地球反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量，是大氣光學(xué)、氣象研究和空氣污染檢測(cè)的一種很好的儀器。

1 目的和設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)光以電磁波輻射方式到達(dá)地球表面，通常稱為短波輻射，含紫外、可見(jiàn)和紅外三大光譜區(qū)，如圖1所示。

從圖中可知，在可見(jiàn)光中，綠光的波帶較寬，因此本項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用綠LED作為太陽(yáng)能傳感器的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳和地之間）接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)驗(yàn)采用了下面電路圖所示的方法，使用了一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S1：當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置右端時(shí)為探測(cè)電路，只需將LED接入741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳）和地之間接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置左端時(shí)，電路僅由電源、電阻、LED組成，是一個(gè)簡(jiǎn)單的照明電路，可添加不同顏色或功率的LED燈，實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他照明功能。

當(dāng)用紅色、黃色或其他顏色的LED燈做實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓變化范圍不明顯，可在原來(lái)電路后面再接一級(jí)運(yùn)放（如圖2右半部分），將輸出電壓信號(hào)進(jìn)一步放大，便于觀察。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

如圖3所示，由于是在室內(nèi)，故采用手電筒光做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用手電筒光逐漸靠近LED燈時(shí)，電壓逐漸增大。為便于觀察，本實(shí)驗(yàn)采用了三線電壓表來(lái)實(shí)時(shí)顯示電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，電壓幾乎為0；當(dāng)手電筒光逐漸靠近綠色LED時(shí)電壓逐漸增大，最大能到6V多；之后，又分別用了紅色和黃色的LED做實(shí)驗(yàn)，其變化范圍都不到1V。由于紅色LED變化不明顯，因此在紅色LED探測(cè)電路后面添加了二級(jí)放大電路，其變化規(guī)律如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)取綠色和紅色LED隨光強(qiáng)變化的電壓數(shù)據(jù)，X軸為光強(qiáng)，Y軸為電壓；左圖為綠色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到6V；中間的圖為紅色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到0.99V；由于紅色變化范圍較小，可將紅色那一路接放大電路，如右圖所示數(shù)據(jù)，最大可到9.8V

此外，還可以如圖2電路原理圖所示添加一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)置左端時(shí)，電路只由電源和LED組成，是一個(gè)發(fā)光照明電路；當(dāng)開(kāi)關(guān)置右端時(shí)，為探測(cè)電路，此時(shí)LED燈不亮，電壓與光強(qiáng)呈線性的關(guān)系，如圖4所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)所測(cè)得的電壓變化來(lái)證明LED能探測(cè)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱，有利于更加充分的利用太陽(yáng)能。LED本身可作發(fā)光元件，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在探測(cè)電路和發(fā)光電路之間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。實(shí)驗(yàn)電源可以采用蓄電池，將探測(cè)到的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)并在需要的時(shí)候轉(zhuǎn)化為電能，供LED照明，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)

利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋志平，洪津.多功能手持式太陽(yáng)輻射計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，30（3）.

[2]張海輝，楊青.可控LED亮度的植物自適應(yīng)精準(zhǔn)補(bǔ)光系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（9）.

[3]唐慧強(qiáng)，魏倩.基于Zigbee技術(shù)的太陽(yáng)輻射計(jì)的設(shè)計(jì)[J].儀器技術(shù)與傳感器，2010（6）.

[4]麻金繼.利用太陽(yáng)輻射計(jì)反演合肥地區(qū)的水汽含量[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，29（3）.

[5]謝偉.太陽(yáng)輻射計(jì)技術(shù)分析[J].紅外，2003（3）.endprint

摘要： 本論文使用發(fā)光二極管（LED）作為太陽(yáng)輻射計(jì)的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，構(gòu)成放大電路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。其主要功能是測(cè)量直接太陽(yáng)輻射，與專門設(shè)計(jì)的探測(cè)器相比，LED還能探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)。此外LED本身具有發(fā)光特性，將探測(cè)電路和發(fā)光電路設(shè)計(jì)在一起，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在兩種功能間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED燈可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。

Abstract： The thesis uses a light-emitting diode as the photodetector of the sun photometer. The LED is connected the two inputs of 741 Op Amp. which can make up amplifier circuit. Its structure is simple and it is easy to implement. The main function is measuring direct solar radiation. Compared with specialized detector， LED can detect the wavelength of narrow wave band. Moreover， LED itself has emission characteristics. In order to combine detection circuit with lighting circuit， the experiment use a switch. As a light-emitting element， different colours'LED lights are used as flashlight， money detector light and so on.

關(guān)鍵詞： LED；光探測(cè)器；太陽(yáng)輻射計(jì)

Key words： LED；photodetector；solar radiometer

中圖分類號(hào)：TL812 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）21-0027-02

0 引言

地球表面的太陽(yáng)輻射是地球表面的能量來(lái)源，在地球表面進(jìn)行太陽(yáng)輻射測(cè)量，對(duì)于研究太陽(yáng)輻射對(duì)地球生物的影響和合理有效利用太陽(yáng)能具有十分主要的意義，因此日益受到人們重視。太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接輻射、天空散射輻射、地面反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量。如今常用的太陽(yáng)輻射測(cè)量方法：①設(shè)計(jì)不同波長(zhǎng)的通道采用濾光片，用跟蹤系統(tǒng)來(lái)捕捉太陽(yáng)光譜數(shù)據(jù)，并用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；②用硅光電池作太陽(yáng)輻射傳感器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化傳輸。然而上述測(cè)量方法均存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和測(cè)量成本高的問(wèn)題，因此亟待改進(jìn)。而對(duì)于LED的使用，只廣泛應(yīng)用于照明系統(tǒng)。

可利用太陽(yáng)能大小是太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵參數(shù)。利用LED作為傳感器獲得太陽(yáng)能輻射大小，進(jìn)而計(jì)算太陽(yáng)能的利用率。目前使用太陽(yáng)能傳感器種類繁多，功能各異，具有直接太陽(yáng)輻射測(cè)量功能的也不少，但大多數(shù)測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。本論文的目的是提供一種使用發(fā)光二極管（LED）作為光探測(cè)器的太陽(yáng)輻射計(jì)，并且可以利用LED進(jìn)行照明。該儀器原理簡(jiǎn)單，所需原材料少，制作也很簡(jiǎn)單，還可探測(cè)窄波段的波長(zhǎng)，添加不同顏色的LED和相應(yīng)放大器后還能用于測(cè)量其他波段的光。只要在使用前經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，得到的結(jié)構(gòu)就可和花費(fèi)幾千美金制作的專業(yè)儀器的結(jié)果一樣好。此外，還可以利用LED的發(fā)光特性，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)和照明兩種功能的切換。

太陽(yáng)輻射計(jì)是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射光譜特性的儀器，可同時(shí)用于測(cè)量不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)直接、天空散射輻射、地球反射輻射或太陽(yáng)總輻射等輻射量，是大氣光學(xué)、氣象研究和空氣污染檢測(cè)的一種很好的儀器。

1 目的和設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)光以電磁波輻射方式到達(dá)地球表面，通常稱為短波輻射，含紫外、可見(jiàn)和紅外三大光譜區(qū)，如圖1所示。

從圖中可知，在可見(jiàn)光中，綠光的波帶較寬，因此本項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用綠LED作為太陽(yáng)能傳感器的光探測(cè)器，只需將LED接入一個(gè)741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳和地之間）接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)驗(yàn)采用了下面電路圖所示的方法，使用了一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S1：當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置右端時(shí)為探測(cè)電路，只需將LED接入741運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，由于發(fā)光二極管不僅可以通電后發(fā)光，而且有強(qiáng)光照射時(shí)可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微小電流信號(hào)，因此在LED后面串聯(lián)一個(gè)大阻值電阻，與741運(yùn)放構(gòu)成放大電路，將微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以明顯讀數(shù)的電壓信號(hào)，再在運(yùn)放的輸出端（即芯片6腳）和地之間接入電壓表測(cè)量輸出電壓即可。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置左端時(shí)，電路僅由電源、電阻、LED組成，是一個(gè)簡(jiǎn)單的照明電路，可添加不同顏色或功率的LED燈，實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他照明功能。

當(dāng)用紅色、黃色或其他顏色的LED燈做實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓變化范圍不明顯，可在原來(lái)電路后面再接一級(jí)運(yùn)放（如圖2右半部分），將輸出電壓信號(hào)進(jìn)一步放大，便于觀察。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

如圖3所示，由于是在室內(nèi)，故采用手電筒光做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用手電筒光逐漸靠近LED燈時(shí)，電壓逐漸增大。為便于觀察，本實(shí)驗(yàn)采用了三線電壓表來(lái)實(shí)時(shí)顯示電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，電壓幾乎為0；當(dāng)手電筒光逐漸靠近綠色LED時(shí)電壓逐漸增大，最大能到6V多；之后，又分別用了紅色和黃色的LED做實(shí)驗(yàn)，其變化范圍都不到1V。由于紅色LED變化不明顯，因此在紅色LED探測(cè)電路后面添加了二級(jí)放大電路，其變化規(guī)律如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)取綠色和紅色LED隨光強(qiáng)變化的電壓數(shù)據(jù)，X軸為光強(qiáng)，Y軸為電壓；左圖為綠色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到6V；中間的圖為紅色LED的電壓數(shù)據(jù)，最大可到0.99V；由于紅色變化范圍較小，可將紅色那一路接放大電路，如右圖所示數(shù)據(jù)，最大可到9.8V

此外，還可以如圖2電路原理圖所示添加一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)置左端時(shí)，電路只由電源和LED組成，是一個(gè)發(fā)光照明電路；當(dāng)開(kāi)關(guān)置右端時(shí)，為探測(cè)電路，此時(shí)LED燈不亮，電壓與光強(qiáng)呈線性的關(guān)系，如圖4所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)所測(cè)得的電壓變化來(lái)證明LED能探測(cè)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱，有利于更加充分的利用太陽(yáng)能。LED本身可作發(fā)光元件，使用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)LED在探測(cè)電路和發(fā)光電路之間相互轉(zhuǎn)換。作為發(fā)光元件，安裝不同顏色的LED可以實(shí)現(xiàn)手電筒、驗(yàn)鈔燈等其他功能。實(shí)驗(yàn)電源可以采用蓄電池，將探測(cè)到的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)并在需要的時(shí)候轉(zhuǎn)化為電能，供LED照明，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)

利用。

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