capteurmeteo1

CAPTEURS de LUMIERE 1

CAPTEUR DE LUMIERE BPW34  

Photométrie :  mesurer la lumière est une chose assez délicate si on ne sait pas exactement ce qu'on veut mesurer et dans quelles conditions. Les unités à utiliser sont :  

l'intensité d'une source lumineuse avec l'unité légale : la CANDELA  (  cd  ). 

le LUMEN est le flux lumineux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source ponctuelle uniforme située au sommet de l'angle solide et ayant une intensité lumineuse de 1 candela. ( lm ).

1 lm =  1 cd. sr

le LUX étant l'unité la plus connue du public, c'est une mesure d'éclairement :  éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux de 1 lumen par mètre carré. ( lx ).

1 lx  =   1  lm/ m² 

1 lx  =   1  cd.sr / m² 

la luminance en candela par m²  :   la luminance d'une source dont l'intensité lumineuse est 1 candela et l'aire, normale à la direction d'observation, de 1 m² .

1 cd.  / m²        ( L ) 

l'excitance lumineuse :  c'est le quotient du flux lumineux quittant un élément d'une surface par l'aire de cet élément. ( M  ). 

1 lm .  / m² 

l'exposition lumineuse ou quantité d'éclairement.   (  H  ). 

1 lx . s 

multiple :   1  lx . heure  =  3600  lx . s

l'efficacité lumineuse : c'est le quotient du flux lumineux émis par une source lumineuse par la puissance électrique absorbée par cette source. ( K ).

1  lm /  W                 

L'angle solide : 

Pour recevoir un éclairement de 1 lux, un écran d'un mètre carré doit être placé à un mètre d'une source lumineuse ponctuelle rayonnant une intensité d'un candéla  de façon uniforme dans toutes les directions.

Pour être plus rigoureux, il faudrait utiliser une calotte sphérique au lieu d'un écran carré plan. Tout point de l'écran calotte sphérique sera distant d'un mètre de la source. Le nombre de lux varie en raison inverse du carré de la distance de la source. 

L'angle solide est donc un cône de valeur 1 stéradian si la surface de la portion de sphère est de 1 m² et la distance de la source à la sphère est de 1 m.

L'écran de la portion de sphère émet une partie de la lumière reçue ( ALBEDO ), on va dire qu'il présente une certaine LUMINANCE. ( en   cd.  / m²  ).

Un posemètre peut mesurer la LUMINANCE. 

Le LUXMETRE mesure la quantité de lumière reçue par une surface. 

Quelques exemples de mesures avec un LUXMETRE :  dirigé vers la source

Le capteur de lumière doit fournir une tension de 0 à 5 volts qui sera fonction du nombre de lux reçu sur la surface de la nacelle. On peut limiter la réception de la lumière a un angle d'ouverture plus ou moins important.

Photodiode BPW34 : 

attention au brochage !

Si on fait fonctionner cette diode en pile photovoltaïque, son courant de court-circuit est pratiquement proportionnel à l'éclairement reçu. C'est donc bien un LUXMETRE. Mais il faut s'intéresser à la réponse spectrale de la diode, elle ne reçoit pas la lumière de la même façon suivant la longueur d'onde ou couleur de la source. La diode a donc une courbe de réponse spectrale de 400 à  1100 nm.  ( longueur d'onde en nanomètre ). 

La photodiode BPW34 est utilisée dans les satellites de télédétection de la série SPOT mais bien évidemment en version professionnelle et non grand public et avec un système optique perfectionné. Une photodiode BPW34 est une diode PIN au silicium monocristallin sensible principalement au rouge ( maximum sur 850 nm ). Pour utiliser cette photodiode en capteur de type luxmètre, il faut placer un filtre bleu-vert pour favoriser ces longueurs d'onde et atténuer celle du rouge. 

La photodiode BPW34 débite en court circuit environ 65 uA quand elle reçoit 1000 lux. La surface de l'élément capteur de lumière est de 7 mm² , 

expérience de transmission de la lumière à travers une surface transparente ou un filtre : 

montage en luxmètre :   montage testé délivrant une tension de 0 à 5 volts.

Les calculs sont nécessaires pour déterminer les valeurs des résistances Rm, R1 et R2. Ils sont assez simples et font appel à la loi d'ohm :

Un courant I circule de la sortie 6 et traverse les résistances R1 et R2 du plus vers la masse. On peut écrire la somme des tensions : 

+ Us  -  R2 . I  - R1 . I = 0         (1)

Du côté du capteur photodiode BPW34, on peut écrire :   

Rm . Ir  =   R1 . I        (2)        pourquoi ?   

parce que la tension entre les entrées 2- et 3+ de l'amplificateur opérationnel est obligatoirement très faible, en conséquence les potentiels des entrées 2- et 3+ sont les mêmes par rapport à la masse.  D'où  l'égalité des chutes de tension  Rm . Ir  et   R1 . I 

On choisit  R1 = R2  =  10 000  ohms.  

Us =  I  .  (   R1  +  R2  )   =   2 . R . I          (1)

avec  (2)     :      I  =  ( Rm / R ) . Ir         et   dans  (1)       Us  =   2 .  R  .  (  Rm / R ) . Ir    =   2  .  Rm  .  Ir      

Us  =  2  .  Rm  . Ir  

La tension de sortie est égale à  2 fois  la valeur de la résistance Rm en série multipliée par le courant dans la diode Ir . 

Or ce courant dans la diode Ir  et par conséquent la tension Ud  aux bornes de la diode varient suivant l'éclairement de la photodiode. 

D'après le constructeur la loi est  :    k  =  0,065   uA / lux     =   Ir  / lux   

Pour un éclairement maximum de 100 000 lux  (   plein soleil  : voir tableau )  le courant serait de 0,065 . 10^-6 . 100 000  =  0,0065  A  ou  6500 uA. 

Pour l'alimentation de la photodiode, une tension fixe de  Vcc =  + 5 volts est utilisée.  Vcc =  Ud + Rm . Ir =  5       (3)

avec un éclairement de 100 000 lux  la diode est saturée et Ud = 0   

Rm . Ir  =  5      et   Ir  =   0,0065  A      d'où  la valeur de  Rm  :        Rm  =    5  /  0,0065  =  770  ohms    

on soudera  deux résistances  en série  :   680  +  100  ohms

avec un éclairement de 15 lux  le courant devient très faible  Ir  =   0,000 000 975  A  

Ud  =  5   -   (  770 . 0,000 000 975 )  #   5 volts 

dans l'obscurité la tension aux bornes de la photodiode est pratiquement égale à 5 volts, donc  URm est quasi nulle ou très faible. 

---  pour 100 000 lux   :      Us  =   2 . 770  .  0,0065  =  10 volts

--- pour 15 lux  :    Us  =  2  . 770  . 0,000 000 975  =  0  

Le potentiomètre de 10 k en sortie sera réglé pour donner  5 volts pour les 10 volts en sortie de l'ampli. Le capteur de lumière couvre toute les valeurs de tension de 0 à 5 volts, pour les éclairements faibles, il faudrait réaliser un autre capteur pour couvrir la gamme des faibles éclairements. 

télécharger le document constructeur en fichier PDF  :   

à suivre, 

©2002 concept par SIECLE21 toute reproduction autorisée si mention du site.01/01/2014