照度原理及YF-170照度計拆解淺談

wish

shunxing發了一篇LX-1010B照度計的拆解文，才讓我想到多年前我也有買過一台照度計，但是專案結束後就沒有再用了，所以就把它找出來跟大家聊一聊！
所謂照度，就是被光線照射在某一面上，其單位面積所接受到的光通量，照度的單位為燭光，車速有分公里與英哩，燭光也有分公尺燭光(英美)與米燭光(歐洲)。
1公尺燭光是指距離光源1公尺時，與其光線正交面上的光照度。
那我們常聽到的某LED多少多少流明是什麼意思呢？其實流明數是有公式的︰

流明數=公尺燭光數*面積(平方公尺)

當然也可以

流明數=米燭光數*面積(平方米)

最後我們還要看一個最常見的照度單位Lux(有的寫成Lx)，中文譯名為勒克斯，Lux也是照度的單位，一勒克斯等於一流明之光通量垂直照射於一平方公尺平面之光照度。

先複習了一下跟光有關的基本的觀念後，我們來看一下我的照度計︰



我的照度計是宇鋒出品的YF-170，這台照度計目前大約1500元左右，如果跟對岸的產品價格相比，它應該是沒得比，不過大家看一看它的內部結構，或許會覺得會比較貴也不是沒原因喔！



上面的照片是照度計的後蓋，因為現在的儀表外殼都是塑膠製品，比較有品牌的產品都會在後貼有鋁箔貼紙，加大儀表的接地面積。



YF-170內部是採用雙面玻璃纖維電路板，及Cyrustek出品的ES5108CE這個3 1/2位的類比/數位轉換器(Analog to Digital Converter)，除了ES5108CE外，這台照度計的積體電路都是使用Philips(飛利浦)，另外有兩個TL071CP則是採用Texas Instruments(美商德儀)，這兩個TL071CP跟ES5108CE都是插在IC座上可供替換(很少見吧！)，我並沒有追線路，不過看起來TL071CP應該是矽光二極體的放大電路。





下圖就是照度計的探測頭，它叫做矽光二極體，沒看過的要記得喔！



這台YF-170照度計有一個叫做餘弦角度測量修正的功能，什麼叫做餘弦？學過三角函數的人都知道餘弦就是cos，由上述得知，照度的定義為單位面積所接受的光通量，所以光線的入射光角度與照度有餘弦關係，因此比較實用的照度計在設計時，就會把餘弦修正的能力考慮進去，用講的不清楚，我們來看一張簡圖︰



這樣就了解了吧！原來餘弦修正功能是針對非垂直光線在照度計上會造成誤差而設，不過這個修正角度值應該是要做成可以由使用者設定才更完善，至少我們也要知道它的修正角度是多少？這點YF-170的說明書上也沒有說明，但是我當時買這台照度計時曾經詢問過店家，當然他也不知道，但是他有幫我向原廠詢問，最後廠商有告訴我修正角度，不過我現在也忘了，有用到的話再問廠商好了。

後語︰
其實像學校、工廠、醫院......甚至住家，都有規定或建議多少照度範圍，我看到的單位都是用Lex，也就是勒克斯(反而流明好像比較少見)，當然也有可能是我看的不夠多啦！照度不夠容易眼睛疲勞，所以有些地方有明文規定至少要高於多少........，這些數值網路上應該都有，我就不要再浪費網路資源了。

cremaker

很好的一篇文章.. 收下了..
這類產品我沒用過, 最近也想買一個來研究 LED 燈, 不錯的參考資料..
這台, 在市面上還可買得的, 很漂亮的一台..

^_^

knott913

流明這個詞我記得反而在投影機上面有看到這個名詞喔…

zfev01

很清楚的解說，感覺這個白色外蓋擴散罩很神奇，會自己把光線的角度修正。

wish

回復 zfev01 的帖子

不是不是！你誤會我的意思了，那個白色金圓的蓋子叫做擴散罩，它會做成半球形狀是因為要接受更多角度的光線，也正是這個原因，才需要修正光線的角度帶來的誤差，我指的餘弦修正是一個內建在照度計的電路，而不指這個蓋子。
簡單說餘弦修正的目的是在於將讀數值修正成跟垂直測量時一樣，那如果你採用在光源下垂直量測，那就不需要修正了。

legion

原來里面用的是矽光二極體,
不過我記得這種作受光用的二極體應該有矽及砷化鎵銦兩種材質吧
現在應該只有矽的吧
至於TL071CP是單OPA,應是作受光二極體的放大及耦合用的
而ES5108CE應是和7107一樣都是作特定用的ADC,都有直接顯示輸出.
原來里面是作成這種結構

shunxing

挖~~~~W大的～寶貝~~~真多阿~~~難怪當初用3頓半的貨車在搬......

真沒想到你也有用到這東西阿~~~不過~~LUX確實很重要~~
只是沒想到~~你居然還將概念都寫出來了.....

剛剛還測試了一下~~
看書的時候~~在書的表面光度..要是低於50LUX..看久了~會很傷眼睛...

shunxing

剛剛順手拆開看一下感光元件....居然是一樣的東西.......

zfev01

看來是我誤會那張圖片了，以為擴散罩可以把光線修正成跟垂直量測一樣。

wish

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用ES5108CE與TL071CP是沒什麼稀奇，不過這種東西居然會為它們配上IC座我覺得很稀奇。

wish

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記憶力真好，還記得我用3噸半的事情，這種東西很多人有呀！那些光的概念都是國中時期的東西了，因年代久，所以我也得參考一下照度計的說明書。

legion

嗯,大概早期怕CHIP本身有問題還要修改
或是QC過程中有問題,所以改用IC座來作更換
而且不是用圓柱型IC座只用一般簧片式IC座,成本上負荷已是最小的了
以前用過7107的成品也是加上IC座,結果在維修上反而方便多了.
有問題時先直接換掉7107,也許當時這台工廠也是這麼想的.

emc88888

提到 lux, 以前小的當業餘排球裁判時k過規則, 就有提到室內場地的照度不能低於多少lux.

偏偏當年學校體育館既不夠高, 照度也不夠 (可惜沒有照度計, 但一進場就覺得暗).

wish

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我是覺得應該不是這樣才對，至少TL071CP這個OP AMP並非CHIP本身有問題還要修改吧！

legion

wish 發表於 2011-4-27 10:49 PM static/image/common/back.gif
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我是覺得應該不是這樣才對，至少TL071CP這個OP AMP並非CHIP本身有問題還要修改吧！{:1 ...

嗯,,,,,,,這個很難說,
畢竟大家都不是原始的製作者,
一般的販售品,即然其它的物件都是用SMD的,
那當然不會IC座,但是里面看了一下,只有TLO71和ADC本身是使用DIP的
一般OPA也都有SMD型的,結果連TL071都使用DIP包裝的,
該不會設計者本身也考慮使用別的OPA,也許是更高速或是頻宽更好的
只要換OPA,接腳位置都一樣的,
不過只有這兩個元件使用DIP包裝的還加IC座,除了原始製造商外,我們也只能猜測

逃兵

wish 發表於 2011-4-27 10:49 PM static/image/common/back.gif
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我是覺得應該不是這樣才對，至少TL071CP這個OP AMP並非CHIP本身有問題還要修改吧！{:1 ...

也許可以由OP的腳位大家都一樣來看待。
它預留了將來想要變更的本錢。