照明传感器:光传感器

2021/11/04 02:15 · 传感器知识资讯 ·  · 照明传感器:光传感器已关闭评论
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照明传感器:光传感器

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光传感器
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光传感器通常是指能由能敏锐感应紫外光到红外光的光能量,并将光能量转换成电信号的器件。
[1]
光传感器是一种传感装置,主要由光敏元件组成,主要分为环境光传感器、红外光传感器、太阳光传感器、紫外光传感器四类,主要应用在改变车身电子应用和智能照明系统等领域。现代电测技术日趋成熟,由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点,已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰,在交流测量时,频率响应不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求,在激光技术迅速发展的今天,已经能够解决上述的问题。
中文名
光传感器
外文名
opto-sensor
主要功能
降低功耗并延长电量的运行时间
应用范围
国民经济、国防、日常生活等
目录
1
简介
2
种类应用
?
环境光传感器
?
红外光传感器
?
太阳光传感器
?
紫外光传感器
3
简单原理
4
相关论文
5
电气特性
6
典型应用
7
应用案例
?
改变车身电子应用
?
智能照明系统
8
技术指标
光传感器简介
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光传感器(1张)
磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光,是20世纪60年代初迅速发展起来的又一新技术,它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低,故很多重要的应用受到限制,而激光的出现,使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。利用激光已经制成了许多传感器,解决了许多以前不能解决的技术难题,使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。比如说用激光制成的光导纤维传感器,能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点,不必电源供电,这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用,也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时,若在光束传播方向存在着一个外磁场,那么光通过偏振面将旋转一个角度,这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下,偏转的角度和输出的光强成正比,通过输出光照射激光二极管LD,就可以获得数字化的光强,用来测量特定的物理量。
光传感器种类应用
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光传感器环境光传感器
例如,在手机、笔记本等移动应用中,显示器消耗的电量高达电池总电量的30%,采用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面,环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时,使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较暗时,显示器就会调成低亮度,实现自动调节亮度。 环境光传感器需要在芯片上贴一个红外截止膜,甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜。
光传感器红外光传感器
该红外光传感器使用充电的热电堆与溴碘化铊(KRS-5)窗口来感应580到nm的波长。该传感器使得学生可以自己测量一系列现象,包括自己手掌的红外辐射。
光传感器太阳光传感器
1. 太阳传感器。它可识别水平,垂直各360度。太阳所在的位置,识别,阴天,多云天,半阴天,晴天及晚上白天。跟踪方位识别。2. 识别电路处理和侍服驱动。采用数字芯片完成以上各信息的处理。可侍服各种普通电机,步进电机。整机功耗电流3mA,芯片工作电压5V。国际先进的太阳跟踪设备,采用的是电脑数据理论,需要地球经纬度地区的的数据和设定。电路原理、设备技术复杂。智能太阳跟踪仪采用识别理论技术,电路简单元件少,没有经纬度和数据信息的理论。一年四季太阳运行的路线不用考虑。太阳从哪个方向升起,到哪个方向落下,它都会准确无误的识别太阳升起和落下的位置。如果把他安放在行走的车或船上,不论向何方行驶,跟踪仪都能正对太阳。
光传感器紫外光传感器
该紫外光传感器使用一个过滤片测量紫外光波段(315nm-400nm)。除去滤光片,传感器可同时感应可见光。传感器包括紫外光滤光片,一个瞄准仪,和传感器手柄。
光传感器简单原理
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自60年代末开始,RC Lecraw提出有关磁光效应的研究报告后,引起大家的重视。日本,苏联等国家均开展了研究,国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性,因此对一些特殊场合电磁参数的测量,有独特的功效,尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件,也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中,最重要的是选择磁光介质和激光器,不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现,磁光效应传感器的性能越来越强,应用也越来越广泛。磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器,能够在特定的环境中发挥自己的功能,也是一种非常重要的工业传感器。在电子防盗探测器领域,被动红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。但随着入侵者的反侦测技术手段的提高,从而对探头的要求也越来越高,普通被动红外探头的局限性也越来越明显,这样,新一代的被动红外探头也应运而生。因为加拿大的PARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD的枫叶牌探头采用了很多最新技术,使用也较为广泛。所以,下面就结合该产品的技术特性来阐述被动红外探头的最新技术。1、反射式光传感器的工作原理及特性反射式光传感器是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上面。红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷,检测处理后产生报警。1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10UM左右的红外辐射必须敏感。2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。3) 被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。4) 一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。5) 多视场的获得,一是多法线小镜面组成的反光聚焦,聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统,是多面组合一起的透镜——菲尼尔透镜聚焦在红外传感器上。6) 这要指出的是被动红外的几束光表示有几个视场,并非被动红外发红外光,视场越多,控制越严密。被动红外探头的优缺点:优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。 光传感器
光传感器(1张)
价格低廉。缺点:◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。◆易受射频辐射的干扰。
光传感器相关论文
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·《振动/温度光纤光栅传感器技术研究》·《分布式光纤光栅传感系统的研究》·《保偏光纤布拉格光栅传感技术研究》·《基于节流—遮断功能分离的真空失效遮断器结构及试验研究》·《干涉型光纤传感器的信号处理系统》·《PZT晶片敏感元分析及性能实验》·《棱镜光波导耦合型液体折射率传感器的研制》·《反射式光强调制光纤测振系统的设计与研究》·《光纤EFPI传感器系统及其在油气井中应用的研究》·《用于煤矿瓦斯探测的光纤传感器的研究》·《基于P-OTDR分布式光纤传感器若干问题的研究》·《模间干涉光纤传感器的研究》·《油气井中超结构光纤光栅传感器系统的应用研究》·《光纤Bragg光栅称重传感器的研制》 On9658集成了光接收双敏感元,微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路,也就是把以前在电路板上作的电路全集成到一颗小小的IC里了。应用电路简单,成本核算下来跟用光敏电阻来实现相同功能的电路成本差不多。
光传感器电气特性
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光传感器原理图(1张)
暗电流小,低照度响应,灵敏度高,电流随光照度增强呈线性变化;内置双敏感元,自动衰减近红外,光谱响应接近人眼函数曲线;内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路,输出电流大,工作电压范围宽,温度稳定性好;可选光学纳米材料封装,可见光透过,紫外线截止、近红外相对衰减,增强了光学滤波效果;符合欧盟RoHS指令,无铅、无镉
光传感器典型应用
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背光调节:电视机、电脑显示器、LCD背光、手机、数码相机、MP4、PDA、GPS;节能控制:室外广告机、感应照明器具、玩具;仪器 仪表:测量光照度的仪器及工业控制;环保替代:替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管·《进位式编码盘光纤液位传感器的研究
光传感器应用案例
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光传感器改变车身电子应用
环境光检测在车身电子应用中,环境光传感器用于调节仪表盘的背光强度,以及导航系统(GPS)、温度控制及DVD屏幕中的LCD背光强度。这对于像BMW的iDrive及Prius的Multi-Info等显示屏而言尤其重要。例如,当日光变得昏暗并且漆黑一片时,仪表盘背光将进行不同程度地调节,以达到最佳可见度,并降低可能对驾驶者造成的强光。使用这些传感器可消除在白天打开车大灯时烦人的显示屏自动亮度调节等程序,环境光传感器的关键功能是利用380nm~780nm的敏感度可见波长,复制了人眼的敏感度。隧道检测隧道检测需要两个传感器的输入。第一个传感器具有“向上看”的较宽视野,以及相对较长的平均移动时间段,长时间段可防止车灯打开和关闭。第二个传感器具有“向前看”的较窄视野,以及相对较短的平均移动时间段。这可使隧道传感器对突然的日光变化做出快速反应,并打开车大灯,以及在进入隧道时可调节显示屏的背光亮度。前向传感器消除了在进入桥下或遮天蔽日的大树下时打开及关闭车灯。在这些情况下,该传感器仍将“看到”前方的光线。当进入隧道时,隧道传感器信号将下降,而宽视野传感器的信号将仍保持高强度;车大灯将打开。当出了隧道时,隧道传感器信号将加强,而宽视野传感器信号将下降;车大灯将关闭。凭借不同的平均移动时间段,控制器可做出明确的区别。
光传感器智能照明系统
为了提高工作环境的舒适性,照明控制系统采取光传感器,根据当前环境的照度自动控制照明设备,从而使照度控制在舒适的范围内。在传统的照明控制系统中,往往采用普通光传感器结合A/D转换器(ADC)。由于光传感器检测到的光信号既包含可见光成分又有红外光成分,滤除红外光对光传感器检测结果。
光传感器技术指标
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1、光谱响应/IR抑制:环境光传感器应该仅对400nm至700nm光谱的范围有感应。2、最大勒克斯数:大多数应用为1万勒克斯。
[2]
3、光敏度:根据光传感器的镜片类别,光线通过镜片后,光衰减可以再25%-50%之间。低光敏度非常关键(<5勒克斯),必须选择可以再找个范围内工作的光传感器。4、集成的信号调节功能(即放大器和ADC):一些传感器可能提供非常小的封装,但是却需要一个外部放大器或无源元件来获取所需的输出信号。具有更高集成度的光传感器省去了外部元件(ADC、放大器、电阻器、电容器等),具有更多的优势。5、功耗:对于要承受高勒克斯(>1万勒克斯)的光传感器来说,最好采用非线性模拟输出或数字输出。6、封装大小:对于大多数应用来说,封装都是越小越好。可提供的较小封装尺寸约为2.0mm*2.1mm。而尺寸为1.3mm*1.5mm的4引脚封装则是下一代封装。
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ICGOO在线商城
ICGOO在线商城是国内领先的元器件采购平台
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2021-04-190
参考资料
1.

张福学.传感器电子学及其应用:国防工业出版社,1990年
2.

光传感器的技术指标
.仪器仪表世界网[引用日期2013-06-03]

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照明传感器:智能照明传感器图

  视觉传感技术是传感技术七大类中的一个,视觉传感器是指:利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息的仪器,通常用图像分辨率来描述视觉传感器的性能,视觉传感器的进度与分辨率、被测物体的检测距离相关,被测物体距离越远,其绝对的位置精度越差。

  一、视觉传感器概述

  视觉传感技术是传感技术七大类中的一个,视觉传感器是指:通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理,来计算对象物的特征量(面积、重心、长度、位置等),并输出数据和判断结果的传感器。

  二、分类

  1、3D视觉传感技术

  3D视觉传感器具有广泛的用途,比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等。这些不同的应用均是基于3D视觉图像传感器技术。特别是3D影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有急迫的应用。

  2、智能视觉传感技术

  智能视觉传感技术下的智能视觉传感器也称智能相机,是近年来机器视觉领域发展最快的一项新技术。智能相机是一个兼具图像采集、图像处理和信息传递功能的小型机器视觉系统,是一种嵌入式计算机视觉系统。它将图像传感器、数字处理器、通讯模块和其他外设集成到一个单一的相机内,由于这种一体化的设计,可降低系统的复杂度,并提高可靠性。同时系统尺寸大大缩小,拓宽了视觉技术的应用领域。

  智能视觉传感器的易学、易用、易维护、安装方便,可在短期内构建起可靠而有效的视觉检测系统等优点使得这项技术得到飞速的发展。

  三、视觉传感技术的实现基础

  视觉传感器的图像采集单元主要由CCD/CMOS像机、光学系统、照明系统和图像采集卡组成,将光学影像转换成数字图像,传递给图像处理单元。通常使用的图像传感器件主要有CCD图像传感器和CMOS图像传感器两种。下面将介绍两种传感器的实现原理及优缺点。

  类别 CCD CMOS

  生产线 专用 通用

  成本 高 低

  集成状况 低,需外接芯片 单片高度集成

  系统功耗 高(1) 低(1/10~1/100)

  电源 多电源 单一电源

  抗辐射 弱 强

  电路结构 复杂 简单

  灵敏度 优 良

  信噪比 优 良

  图像 顺次扫描 同时读取

  红外线 灵敏度低 灵敏度高

  动态范围 >70dB >70dB

  模块体积 大 小

  四、视觉传感技术的应用

  1、汽车车身视觉检测系统

  车身成型是汽车制造的关键工序之一,对车身的各项指标要求严格,需对车身进行100%的检测。传统的车身检测方法是利用三坐标测量机,其操作复杂,速度慢,工期长,只能进行抽检。

  通常,车身的关键尺寸主要是挡风玻璃尺寸、车门安装处棱边位置、定位孔位置等。因此视觉传感器分布于这些位置附近,测量其相应的棱边、孔、表面的空间位置尺寸。在生产线上设计测量工位,车身定位后,置于一框架内,框架由纵横分布的金属柱、杆构成,可根据需要在框架上灵活安装视觉传感器。根据测量点的数量可安装相应数量的视觉传感器,(通常情况下每个视觉传感器测量一个被测点),根据不同形式的传感器包括双目立体视觉传感器、轮廓传感器等多种类型。

  测量系统工作过程为:由生产线运送车身到测量工位进行准确定位,然后传感器按要求顺序开始工作,计算机采集检测点图像并进行处理,计算出被测点的空间三维坐标,计算值与标准值比对,得出检测结果,并将车身送出测量工位。

  2、钢管直线度、截面尺寸在线视觉测量系统

  在工业生产中,无缝钢管是一类重要的工业产品,而它的质量参数则是制造的重要数据,其中钢管的直线度及截面积是主要的几何参数,是控制无缝钢管制造质量的关键,但由于以下原因使得参数的测量成为难题:(1)无缝钢管采取非接触式测量,且制造现场环境恶劣;(2)无缝钢管的空间尺寸大,这也要求检测系统具备很大的测量空间。视觉传感技术的出现解决了上述问题,视觉传感技术采用的是非接触式测量且测量范围大。

  测量系统由多个结构光传感器组成,传感器上结构光投射器投射的光平面和被测钢管相交,得到钢管截面圆周上的部分圆弧,传感器测量部分圆弧在空间中的位置。系统中每一个传感器实现一个截面上部分圆弧的测量,通过适当的数学方法,由圆弧拟合得到截面尺寸和截面圆心的空间位置,由截面圆心分布的空间包络,得到直线度参数。测量系统在计算机的控制下,可在数秒内完成测量,满足实时性要求。

  3、三维形貌视觉测量

  在三维形貌数字化测量技术是逆向工程和产品数字化设计、管理及制造的基础支撑技术。它所实现三维形貌数字化测量的机理是将视觉非接触、快速测量和最新的高分辨力数字成像技术相结合。由于所测量的物体多是大型、具有复杂表面的物体,测量通常分为局部三维信息获取和整体拼接两部分,先利用视觉扫描传感器对被测形貌各个局部区域进行测量,再采用拼接技术将各部分形貌进行拼接最终得到完整图像。

  这项传感器的视觉扫描测头采用局域双目立体视觉测量原理设计。形貌整体拼接实质上是将所采集到的数据放到公共坐标上,这样就能得到整体的数据描述。通过高分辨率数码相机从测量空间的上方以不同的角度和位置对被测量进行数据收集,运用光束定向交汇平差原理得到控制点空间坐标并建立全局坐标系,最后通过各个坐标系进行关联、转换,完成数据拼接。

  视觉源于生物界获取外部环境信息的一种方式,是自然界生物获取信息的最有效手段,是生物智能的核心组成之一。视觉传感器技术的实质就是图像处理技术,通过截取物体表面的信号绘制成图像从而呈现在研究人员的面前。视觉传感技术的出现解决了其他传感器因场地大小限制或检测设备庞大而无法操作的问题,由此广受工业制造界的欢迎。

智能机器视觉传感技术下的智能机器视觉传感器也称智能相机,是近年来机器机器视觉领域发展最快的一项新技术。智能相机是一个兼具图像采集、图像处理和信息传递功能的小型机器视觉检测系统,是一种嵌入式计算机视觉检测系统。它将图像传感器、数字处理器、通讯模块和其他外设集成到一个单一的相机内,由于这种一体化的设计,可降低系统的复杂度,并提高可靠性。同时系统尺寸大大缩小,拓宽了机器视觉的应用领域。

照明传感器:光传感器  第2张

照明传感器:照度传感器

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照度传感器
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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目
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照度传感器是以光电效应为基础,将光信号转换成电信号的装置。早期照度传感器的光敏元件采用光敏电阻,现基本都改用半导体材料制成的光敏二极管。
中文名
照度传感器
外文名
Illumination sensor
原 理
光信号转换成电信号的装置
特 点
暗电流小,低照度响应,灵敏度高
目录
1
工作原理
2
特光照度传感器的结构及性
3
照度传感器的应用
照度传感器工作原理
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语音
根据爱因斯坦的光子假说:光是一粒一粒运动着的粒子流,这些光粒子称为光子。每一个光子具有一定的能量,其大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ。所以,不同频率的光子具有不同的能量。光的频率越高,其光子能量就越大。光线照射在某些物体上,使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应,也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光伏效应三类,根据这些效应可制成不同的光电转换器件(称为光敏元件)。照度传感器是以光伏特效应来工作的。在光照下,若入射光子的能量大于禁带宽度,半导体PN结附近被束缚的价电子吸收光子能量,受激发跃迁至导带形成自由电子,而价带则相应的形成自由空穴。这些电子一空穴对,在内电场的作用下,空穴移向P区,电子移向N区,使P区带正电,N区带负电,于是在P区与N区之间产生电压,称为光生电动势,这就是光伏效应。利用光伏效应制成的敏感元件有光电池、光敏二极管和光敏三极管等,其应用极为广泛。利用光敏二极管的光伏效应可以制作照度传感器。光敏二极管的结构与一般二极管相似,装在透明玻璃外壳中,它的PN结装在管顶,可直接受到光照射,光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。光敏二极管在电路中处于反向偏置,在没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小,此反向电流称为暗电流。反向电流小的原因是在PN结中,P型中的电子和N型中的空穴(少数载流子)很少。当光照射在PN结上,光子打在PN结附近,使PN结附近产生光生电子和光生空穴对,使少数载流子的浓度大大增加,因此通过PN结的反向电流也随着增加。如果入射光照度变化,光生电子一空穴对的浓度也相应变动,通过外电路的光电流强度也随之变动,可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。
照度传感器特光照度传感器的结构及性
编辑
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国内某公司生产的On9668光控阀值可调的光电集成传感器就可做成一个开关型可见光照度传感器。其典型入射波长为λp=520nm,内置双敏感元接收器,可见光范围内高度敏感,光开关阀值通过外置电阻线性可调,直接输出高、低电平,外围电路简单。下图1是开关型可见光照度传感器的原理图。
电气特性如下:(1)暗电流小,低照度响应,灵敏度高。(2)光控阀值通过外置电阻线性可调,直接输出高、低电平,外围电路简单。(3)内置双敏感元,自动衰减近红外,光谱响应接近人眼函数曲线。(4)内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路,输出电流可达30 mA。(5)工作电压范围宽,温度稳定性好。(6)可选光学纳米材料封装,可见光透过,紫外线截止,近红外相对衰减,增强光学滤波效果。
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照度传感器照度传感器的应用
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照度传感器根据环境灯光的变化,采用电子元器件将可见光转化成电信号,从而控制照明系统来保证使作业面的照度在一定范围内。当作业面的照度高于预设的照度值,关闭或调暗采光系统;当作业面的照度低于预设的照度值,开启或调亮采光系统。通常,前一个预设的照度值高于后一个预设的照度值,利用该“死区”以免频繁地开关照明设备。照度传感器主要用于对天然采光的补偿或利用,若能从窗户或天空获得充足的自然光,则可以关闭电灯或降低电力消耗,这多见于玻璃幕墙建筑内办公室照明的控制。或者发送信号启动电动窗帘、遮阳幕布等,或者调节遮阳格栅的角度,来降低自然采光产生的照度,这样既可利用日光在室内产生的光影变化效果和色温变化效果,又可以保障照度控制在一定范围内,维持室内光环境的和谐,这都需要考虑与诸如电动窗帘等设备的配合,可在一些利用自然采光的展览厅见到。照度传感器大多设有延时装置,以免天空中云的变化带来自然采光的变化,而导致照明系统控制的频繁变化,这在多云的天气尤显得重要。采用单个照度传感器设置其控制区域时,应注意以下事项:(1)控制区内作业活动内容、照度要求和环境相同;(2)控制区内天然采光的条件相同;(3)控制区域连续,没有隔断或墙体。在室内,照度传感器的安装位置有两种:一种是直接安装在工作面上,但需要保证探头不被作业设备损伤,或者按照通常的做法,安装在天花板上,朝向作业面;另一种安装位置是朝向采光窗,直接测量自然采光。照度传感器也可以安装在灯具内,成为灯具的一部分,还可以安装在远离所控制的灯具回路的天花板上。当照度传感器用于室外环境中时,在北半球则多朝向北方.以免太阳光的直射,从而保证比较好的恒定照度。同时需要指出的是,由于室外照度传感器的灵敏度和可调节性比较低,所以不能与室内的照度传感器互换。
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参考资料
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马小军.智能照明控制系统:东南大学出版社 ,2009

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