20章:照度(Lux)記録計の検討
作成2014.04.13
照度(Lux)記録計の検討の検討を行ってみたいと思います。
照度(Lux)の構成
(1)CdSセル(1MΩ)GL5528(4個入)1パック ¥100(税込)【秋月電子通商】
(2)2回路入汎用オペアンプ(フェアチャイルド製)LM358N(5個入)1パック ¥100(税込)【秋月電子通商】
(3)カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W1kΩ (100本入)1袋 ¥100【秋月電子通商】
を使用します。
CdSセル(1MΩ)GL5528の仕様
・外形寸法:直径5mm
・ピーク波長:540nm
・最大電圧:150VDC
・最大電力:100mW
・明抵抗:10〜20kΩ(10Lux時)
・暗抵抗:1MΩ
オペアンプLM358Nの仕様
・ Internally Frequency Compensated for Unity Gain
・Large DC Voltage Gain: 100dB
・Wide Power Supply Range: 3V~32V (or ±1.5V~ 16V)
・Input Common Mode Voltage Range Includes Ground
・Large Output Voltage Swing: 0V DC to Vcc -1.5V DC
・Power Drain Suitable for Battery Operation.
評価プログラム
19章:高精度IC温度センサLM61BIZと同一です。
照度の計算式の検討
照度(Lux)は波長540nmの単色光の単位面積当たりのエネルギーで定義されていますが、定義どおりに測定するのは大変です。
したがって、一般的には、サブ原器となる照度計を用いて、波長540nmの単色光の照度を調整したサブ基準光源を用いて校正します。
さて、サブ原器となる照度計もサブ基準光源も無い場合どうするか?カタログデータを信用して、計算式を推定するのが一番簡単です。
CdSセルの抵抗(R)と照度(L)の間には、定数AとBを用いて以下の関係式が成立するとします。

CdSセルのカタログデータから

(20.2)式から定数AとBを決定すると

が得られます。(20.3)式で抵抗Rと照度Lの関係を計算すると以下のようになります。
| 照度L(lux) | 抵抗R(Ω) |
| 21194 | 50 |
| 8356 | 100 |
| 3294 | 200 |
| 1299 | 400 |
| 512 | 800 |
| 202 | 1600 |
| 79.6 | 3200 |
| 31.4 | 6400 |
| 12.4 | 12800 |
| 4.88 | 25600 |
| 1.92 | 51200 |
| 0.758 | 102400 |
| 0.299 | 204800 |
| 0.118 | 409600 |
| 0.036 | 1000000 |
CdSセルの暗抵抗1MΩは照度0.036Lux以下と類推することができます。
動作確認
動作確認の状況を以下に示します。

測定結果データ
*測定は約1s毎で固定です。
*測定回数を50回で測定したAD値、電圧、抵抗、照度換算値を以下に示します。
*CdSセルへの供給電圧は3.30Vとして計算しました。
| No | AD値(div) | 電圧(V) | 抵抗R(Ω) | 照度L(lux) |
| 1 | 667 | 0.83 | 2972 | 87.9 |
| 2 | 671 | 0.84 | 2949 | 88.8 |
| 3 | 1095 | 1.34 | 1468 | 226.7 |
| 4 | 1304 | 1.58 | 1083 | 341.1 |
| 5 | 1483 | 1.8 | 837 | 481.8 |
| 6 | 1523 | 1.84 | 790 | 520.8 |
| 7 | 1520 | 1.84 | 793 | 517.8 |
| 8 | 1632 | 1.97 | 673 | 645.9 |
| 9 | 1615 | 1.95 | 690 | 624.4 |
| 10 | 1632 | 1.97 | 673 | 645.9 |
| 11 | 1919 | 2.31 | 427 | 1188.8 |
| 12 | 1998 | 2.41 | 372 | 1432.7 |
| 13 | 2027 | 2.44 | 353 | 1539 |
| 14 | 2048 | 2.46 | 339 | 1622.7 |
| 15 | 1950 | 2.35 | 405 | 1277.4 |
| 16 | 1791 | 2.16 | 527 | 896.2 |
| 17 | 1654 | 2 | 651 | 675.1 |
| 18 | 1679 | 2.03 | 627 | 710.2 |
| 19 | 1586 | 1.92 | 720 | 589.4 |
| 20 | 1590 | 1.92 | 716 | 594.1 |
| 21 | 1496 | 1.81 | 822 | 494.1 |
| 22 | 543 | 0.68 | 3824 | 62.7 |
| 23 | 502 | 0.64 | 4192 | 55.4 |
| 24 | 472 | 0.6 | 4499 | 50.4 |
| 25 | 122 | 0.19 | 16740 | 8.6 |
| 26 | 62 | 0.12 | 27687 | 4.4 |
| 27 | 44 | 0.09 | 34205 | 3.3 |
| 28 | 41 | 0.09 | 35591 | 3.1 |
| 29 | 70 | 0.12 | 25507 | 4.9 |
| 30 | 456 | 0.58 | 4678 | 47.8 |
| 31 | 1459 | 1.77 | 867 | 459.9 |
| 32 | 1507 | 1.82 | 809 | 504.8 |
| 33 | 1519 | 1.84 | 795 | 516.8 |
| 34 | 1551 | 1.88 | 758 | 550.2 |
| 35 | 1903 | 2.29 | 439 | 1146.1 |
| 36 | 2053 | 2.47 | 336 | 1643.5 |
| 37 | 2078 | 2.5 | 320 | 1753.5 |
| 38 | 2104 | 2.53 | 304 | 1878.9 |
| 39 | 2111 | 2.54 | 300 | 1914.8 |
| 40 | 2104 | 2.53 | 304 | 1878.9 |
| 41 | 2105 | 2.53 | 303 | 1884 |
| 42 | 1854 | 2.24 | 476 | 1027.2 |
| 43 | 1615 | 1.95 | 690 | 624.4 |
| 44 | 1547 | 1.87 | 763 | 545.9 |
| 45 | 287 | 0.38 | 7656 | 24.7 |
| 46 | 31 | 0.08 | 41116 | 2.6 |
| 47 | 0 | 0.04 | 78176 | 1.1 |
| 48 | 0 | 0.04 | 78176 | 1.1 |
| 49 | 152 | 0.22 | 13897 | 11.1 |
| 50 | 192 | 0.27 | 11275 | 14.7 |
測定結果グラフ
照度換算値をグラフにすると以下のようになります。

*CdSセルをLED電球に近づけたり、遠ざけたりして照度を変化させました。
*照度は約1〜2000Luxの範囲で変化する。
*AD値はオフセット誤差があり、約0.04VでAD値がゼロとなる。(この時の照度は約1Lux)
検討まとめ
(1)CdSセル(1MΩ)GL5528とオペアンプLM358Nを使用して、照度変化の記録が可能であることを確認できた。
(2)照度の計算式はカタログデータから類推した。
(3)CdSセルをLED電球に近づけたり、遠ざけたりして照度が変化することが確認できた。
(4)照度は約1〜2000Luxの範囲で変化する。
(5)AD値はオフセット誤差があり、約0.04VでAD値がゼロとなる。(この時の照度は約1Lux)
21章:温度記録計評価回路に行く。
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