照度傳感器課件

生物環(huán)境測試與數(shù)據(jù)分析光環(huán)境檢測策劃與制作人員：王申麗劉尚武宗睿曹正茂邱恒清曾祥斐劉同海徐微微疑問5132輻射機(jī)理及度量傳感器類型及測量原理ZD照度傳感器使用傳感器發(fā)展趨勢4光照對農(nóng)業(yè)生物的影響主要表現(xiàn)在光強(qiáng)、光質(zhì)、以及光照時(shí)間光強(qiáng)的作用：生長發(fā)育、形態(tài)建構(gòu)作用。典型例子—植物黃化現(xiàn)象。光質(zhì)的作用：紅光有利于糖的合成，藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)的合成。光對動物生殖、體色變化、遷徙、毛羽更換、生長發(fā)育有影響。紫外光過強(qiáng)有致死作用，波長360nm即開始有殺菌作用。200-300nm的輻射下，殺菌力強(qiáng)，能殺滅空氣中、水面和各種物體邊面的微生物，這對于抑制自然界的傳染病病原體是極為重要的。光周期4§1、輻射機(jī)理及度量一、光輻射（電磁輻射）1、太陽輻射能：太陽時(shí)刻不斷地向周圍空間放射出巨大的能量即太陽輻射能。2、電磁波3、電磁輻射：電磁波能量傳遞4、電磁波譜10-810-6110-410210410-2106電磁波譜波長(mm)X射線紫外線紅外線可見光太陽輻射常溫輻射熱射線無線電波g射線可見光：0.38～0.76μm太陽輻射：0.2～3μm（占太陽輻射能總量99%）常溫物體的輻射：3～100μm熱射線：0.1～100μm5波長（nm）05001500100020003000250025002000150010005000輻射能（W/m2.mm）太陽輻射光譜地面大氣層外緣6000K黑體輻射可見光紅外線紫外線38076048.3%8.7%43.0%二、農(nóng)業(yè)中常用光照術(shù)語輻射量光合作用有效輻射光度量1、輻射量及其單位輻射能量(Qe)–包括紫外輻射、可見光輻射和紅外輻射的全部輻射能量。單位J。輻射通量(Φe)–單位時(shí)間到達(dá)或通過某一面積的輻射能量。單位為W。輻射強(qiáng)度(Ie)–點(diǎn)輻射源在單位時(shí)間內(nèi)在單位立體角內(nèi)所發(fā)出輻射通量，單位為W/sr輻射照度–輻照度（Ee），單位面積上所接受的輻射通量。單位：W/m2。–光譜輻照度輻射亮度(Le)–單位面積的源輻射（散射）面發(fā)射（散射）的輻射強(qiáng)度。單位為W/(m2sr)基本輻射度量的名稱、符號和定義方程名稱符號單位符號輻射能Qe焦耳J輻射通量，輻射功率Φe瓦特W輻射強(qiáng)度Ｉe瓦特／球面度Wsr-1輻射亮度Ｌe瓦特／球面度平方米Wm-2sr-1輻射出射度Ｍe瓦特／平方米Wm-2輻射照度Ｅe瓦特／平方米Wm-22、光合有效輻射（PAR）及其單位量子流密度：單位時(shí)間到達(dá)或通過單位面積的摩爾量子流密度。單位：1μmol/s*m2=1μE/s*m2。應(yīng)用波長范圍:400-700nm。3、光度量及其單位光度量和輻射度量的定義及其方程是一一對應(yīng)的，都是波長的函數(shù)，一般加下標(biāo)v和e來區(qū)分如Ｑe，Φe，Ie，Me，Ee等Ｑv，Φv，Iv，Lv,Mv，Ev等所不同的只是光度量只適用于可見光區(qū)段（0.40~0.78μm），而光輻射度量在整個(gè)電磁波譜范圍內(nèi)都有意義。3、光度量及其單位發(fā)光強(qiáng)度–單位——Candela，記作cd光通量–光源單位時(shí)間內(nèi)所輻射的光能，單位是流明（lm），1lm是光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在1sr內(nèi)發(fā)出的光通量。（光）照度——照度只能在可見光區(qū)域。–指物體被照亮的程度，單位垂直面積所接受的光通量來表示，單位為勒克斯(Lux,lx)。1勒克斯等于1lm的光通量均勻分布于1m2面積上的光照度。常用光度學(xué)量的名稱、符號與單位名稱符號單位符號光量Qv流明秒lm·s光通量Φv流明lm發(fā)光強(qiáng)度Ｉv坎德拉cd光亮度Ｌv坎每平方米cd·m-2光出射度Ｍv流每平方米lm·m-2光照度（光強(qiáng)度）Ｅv勒克司Lx3、三度量間互算根據(jù)以上三種計(jì)量單位中，輻照度、照度、量子流密度與光譜能量分布密切相關(guān)，它們之間并無固定關(guān)系。三者只有在確定的光譜能量分布條件下（光譜分布已知，且限于可見光譜區(qū)400-700nm）才有確定關(guān)系。A光量子轉(zhuǎn)換為輻射度單位將量子傳感器的輸出單位由μmol/s·m2（400~700nm）轉(zhuǎn)換成輻射度單位W/m2的過程非常復(fù)雜。對于不同光源轉(zhuǎn)換系數(shù)不同必須知道輻射源的光譜分布曲線1w/m2≈4.6μmol/s·m214輻射度是Wλ在400~700nm波段的積分值給定波長處每秒發(fā)射的光子數(shù)因此400~700nm波段范圍內(nèi)每秒發(fā)射的光子數(shù)為??700400??dWWT（4-1）??/hcW（4-2）???dhcW?700400/（4-3）這個(gè)積分可由量子傳感器測量，如果R是以μmol/s·m2·1μmol/s·m2≡6.022×1017光子（s·m2）為單位的量子傳感器的讀數(shù)，則有由式與式可得16???dhcWR???70040017/)(10022.6（4-4）（4-1）（4-4）????70040070040017)(10022.6?????dWdWRhcWT（4-5）因?yàn)閃λ同時(shí)在分子分母中，可以用標(biāo)準(zhǔn)曲線Nλ代替式中：△λ為所取區(qū)間長度；λ為各區(qū)間中點(diǎn)處的波長；Nλi為位于區(qū)間中點(diǎn)波長的標(biāo)準(zhǔn)輻射輸出。17?????iiiiiTNNRhcW????)(10022.617（4-6）最后得：式中R的單位為μmol/s·m2???iiiiiTNNRW???)(8.119（4-7）)(2??mW根據(jù)方程（4-7）分成如下步驟計(jì)算：1）將400~700nm波段分成i個(gè)長度都為△λ的區(qū)間；2）算出區(qū)間中點(diǎn)處的波長λi；3）測算出每個(gè)區(qū)間中點(diǎn)處波長的標(biāo)準(zhǔn)輻射Nλi；4）；5）求Nλi6）求；7）利用方程（4-7）求得WT?iiN???iN?B光子單位轉(zhuǎn)換為光學(xué)度單位將光子單位μmol/(s﹒m2)（400-700nm）轉(zhuǎn)換成光學(xué)度Ws的單位lx（400-700nm）的轉(zhuǎn)換過程除以下各步外與上相同。1000lx≈19.5μmol/(s·m2)1）用方程Wx=683代入方程（4-1），是CIE曲線的發(fā)光系數(shù)，在550nm處yλ=1，是光譜照度（W/（m2﹒nm））。???dWy700400??W2）用=683*6.022*1017（Rhc）代入方程（4-5）。3）用=683*6.022*1017（Rhc）代入方程（4-6）。4）用=8.17*104（R）代入方程（4-7）5）首先用求各區(qū)間中點(diǎn)處的乘以對應(yīng)區(qū)間中點(diǎn)處的,再求和得后代入步驟4）21??????dWdWy700400700400??????iiiiiNNy????????iiiiiNNy?????y?iiy??NiN?§2、傳感器及其測量原理輻射傳感器及測量原理量子流密度傳感器及測量原理照度傳感器及測量原理一、輻射度的測量儀器1、直接測量太陽輻射的儀器太陽輻射一方面是形成一定的氣候生態(tài)環(huán)境的重要因素，另一方面與植物的生活有多方面的直接關(guān)系。這就需要專門的儀器測量太陽輻射。2、分光輻射測量的儀器LI-1800便攜式分光輻射度儀能夠迅速地，方便地獲得輻射光譜的分光數(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)是LI-1800關(guān)于輻射最基本的測量。LI-1800的輸出圖像其他分光輻射計(jì)3、輻射傳感器工作原理熱電效應(yīng)原理：感應(yīng)元件采用繞線電鍍式熱電堆，其表面涂有高吸收率、高發(fā)射率的黑色涂層，其涂層可保證儀表的方位響應(yīng)和余弦響應(yīng)的偏差很小。熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷結(jié)點(diǎn)則位于機(jī)體內(nèi)，冷熱接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢。然后換算成輻射通量密度。二、量子流密度的測量儀器LI-191SA線性光量子傳感器和LI-190SA光量子傳感器：LI-191SA線性光量子傳感器主要應(yīng)用在空間不一致的環(huán)境中（如植物的樹冠內(nèi)部）測量光合有效輻射（PAR）。1.感應(yīng)波長為400～700nm2.測量結(jié)果是1米空間內(nèi)的光合有效輻射的平均值LI-190SA光量子傳感器主要測量空氣中、植物生長箱和溫室中的光合作用量子通量密度。三、照度傳感器及測量原理傳感器類型?光通量傳感器?光強(qiáng)度傳感器?光照度傳感器主要儀器有1、自動量程照度計(jì)2、輕巧型照度計(jì)測量光照強(qiáng)度3、弱光照度計(jì)4、照度記錄儀等流明照度傳感器結(jié)構(gòu)及測量原理選用專業(yè)光接選器件，對于可見光頻段光譜吸收后轉(zhuǎn)換成電信號根據(jù)電信號的大小對應(yīng)光照度的強(qiáng)弱。內(nèi)裝有濾光片，使可見光以外的光譜不能到達(dá)光接收器，內(nèi)部放大電路有可調(diào)放大器，用于調(diào)制光譜接收范圍，從而可實(shí)現(xiàn)不同光強(qiáng)度的測量。整個(gè)探測器所接受的光通量除以探測器的面積，即為所測的光照度E=Φ/A照度計(jì)由帶濾光器的光電探測器及電子放大器和讀數(shù)系統(tǒng)組成§3、ZD照度傳感器及其使用一、ZD系列照度變送器產(chǎn)品簡介：ZD型照度變送器采用對弱光也有較高靈敏度的硅藍(lán)光伏探測器作為傳感器，具有測量范圍寬，線性度好，使用方便，便于安裝，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，特別適用溫室。特點(diǎn)：采用光敏探測器，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出；當(dāng)光照強(qiáng)度超過測量范圍時(shí)，報(bào)警指示燈點(diǎn)亮。二、主要技術(shù)指標(biāo)供電電壓：□12VDC□24VDC□9VDC準(zhǔn)確度：□±7%；重復(fù)測試：±5%；溫度特性：±0.5%/℃；感光體：帶濾光片的硅藍(lán)光伏探測器；波長測量范圍：380nm～730nm；測量范圍：□0.01Lux～200000Lux□0.01Lux～20000Lux輸出范圍：□4mA～20mA、□0～5V；操作環(huán)境溫濕度：0～40℃、0～70%RH；儲存環(huán)境溫濕度：-10℃～50℃、0～80%RH。三、工作原理由于光電二極管的輸出與照度（光流量/感光面積）成比例，因此可以構(gòu)成照度計(jì)（其它光度值測量都可以采取相應(yīng)辦法將其變換為感光面的照度進(jìn)行測量）；再將光電流通過通用運(yùn)放進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換。四、外觀簡介五、接線方法電流輸出（ZD*AT*）供電+：紅線供電-和電流輸出：黑線電壓輸出+：綠線電壓輸出（ZD*VB*）注意事項(xiàng)：在安裝和使用本產(chǎn)品前，應(yīng)做到：●仔細(xì)閱讀產(chǎn)品使用說明書，供電電源電壓不得超出產(chǎn)品的供電電壓，并注意電源極性；●勿在高溫、高濕度場所下測量；●使用時(shí)，光檢測器應(yīng)保持干凈。