• Messen & Testen
  • Veröffentlicht in Heft 3/2004 auf Seite 0
Über den Artikel

Lichtsensorik

Tageslicht mit LEDs gemessen

Lichtsensorik
Ein dem menschlichen Sehvermögen ähnlich lichtempfindender Aufnehmer wird zumeist mit Foto-Widerständen oder mit speziellen und daher teuren Foto-Sensoren realisiert. Nur wenig bekannt ist, dass auch normale LEDs als optische Aufnehmer wie unser Auge reagieren.
Photodetektoren für das sichtbare Licht basieren zumeist auf den hinlänglich bekannten lichtempfindlichen Widerständen (LDR). Ihr Empfindlichkeits-Spektrum ähnelt dem des menschlichen Auges. Ihre Vor- und Nachteile im SMD-Zeitalter sind ihre große Bauformen, große Toleranzen, große Temperaturabhängigkeiten, hohe Detektorströme, außerdem sind sie teuer und sehr langsam. LDRs reagieren ähnlich langsam wie unser Auge auf Lichtänderung mit einer Widerstands-Änderung im Sekundenbereich.
Schnelle Fotodioden mit einer dem menschlichen Auge entsprechenden Sensibilität sind selten. Die meisten sind empfindlich im Infrarot-Bereich bis zu 1.100 nm. Die spezielle Silizium-Fotodiode BPW21 nimmt den sichtbaren Bereich von 425...675 nm auf, hat ein rundes TO5-Metallgehäuse mit einer aktiven Fläche von 7,5 mm2. Als Referenzelement ist sie entsprechend teuer, ansonsten präzise, exzellent linear und um Potenzen (ton/off = 6 ms) schneller als ein LDR (toff ² 3 s). Sie wird gern für Sonnenlicht-Referenzmessungen in Photovoltaik-Anlagen verwendet. Der Fototransistor BPW21 gilt als abgekündigtes Bauelement. Ersatz wird durch BPW21R von Vishay Semiconductors angeboten. Immerhin ist er noch recht gut erhältlich. Preislich liegt er allerdings mit dem Präzisions-Opamp AD820 von Analog Devises auf ähnlich hoher Stufe.
Dieser Artikel ist ausschließlich unseren GOLD- und GREEN-Mitgliedern vorbehalten.
Sind Sie bereits Mitglied? Klicken Sie hier, um sich einzuloggen.
Extra info, Update
Leserbrief: LEDs als Licht-Sensoren
Die in meinem Artikel "Lichtsensorik" in Elektor März beschriebene Lichtempfindlichkeit von LEDs scheint noch ziemlich unbekannt zu sein. Auch einige Hochschulen haben sich bei mir gemeldet. Hier noch zusätzliche Infos. Folgende LEDs sind als Lichtsensoren bislang von mir getestet:
- Kostengünstige 3mm-LowCurrent-LEDs (THT) in farbigem PMMA-Gehäuse rot, grün und gelb.
- Kostenträchtige 5mm-RGB-LED (THT) in klarem Gehäuse.
Es scheint belanglos zu sein, ob das PMMA-Gehäuse nun gefärbt oder klar ist. Sicherlich ist meine Basis-Schaltung eine Anregung, in dieser Richtung mehr zu forschen und zu entwickeln (gegenläufig zur überproportional stärkeren digitalen µC-basierenden Schaltungsentwicklung).
Bild 4b im Artikel zeigt die Abstrahlungseigenschaften von LEDs (durchgezogene Linien um farbige Flächen) und die Einstrahlungseigenschaften von optoelektronischen Sensoren (gestrichelte Linien). Es fehlen noch Messungen zur Empfangssensitivität von LEDs mit spektraler Lichteinstrahlung analog zur allgemein bekannten Abstrahlungssensitivität dieser LEDs. Auch unterschiedliche LED-Topologien/Typen sind nicht weiter von mir ermittelt worden. Zudem fehlen interessante Applikationen, um den Detektor in Verbindung mit diversen angeschlossenen Auswerteschaltungen zu analysieren. Für eine Folge-Dokumentation sammle ich alle diesbezüglichen weiteren Informationen.
Klaus-Jürgen Thiesler
Kommentare werden geladen...