用LED实现光电转化的演示型太阳辐射计
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作者简介院马骏（1988-），男，安徽灵璧人，硕士研究生，研究方向 为在线检测及仪器智能化。
反射辐射或太阳总辐射等辐射量，是大气光学、气象研究 和空气污染检测的一种很好的仪器。
1 目的和设计思路 太阳光以电磁波辐射方式到达地球表面，通常称为短 波辐射，含紫外、可见和红外三大光谱区，如图 1 所示。
太阳辐射
管不仅可以通电后发光，而且有强光照射时可以将光信号
转换成微小电流信号，因此在 LED 后面串联一个大阻值
电阻，与 741 运放构成放大电路，将微小电流信号转换成
可以明显读数的电压信号，再在运放的输出端（即芯片 6
脚和地之间）接入电压表测量输出电压即可。
为实现上述目的，本实验采用了下面电路图所示的方
法，使用了一个转换开关 S1：当开关 S1 置右端时为探测
利用。
参考文献院
[1]宋志平，洪津.多功能手持式太阳辐射计的设计与实现[J].
安徽大学学报（自然科学版），2006，30(3).
[2]张海辉，杨青.可控 LED 亮度的植物自适应精准补光系统
[J].农业工程学报，2011，27（9）.
[3]唐慧强，魏倩.基于 Zigbee 技术的太阳辐射计的设计[J].仪
测太阳辐射的强弱，有利于更加充分的利用太阳能。LED
本身可作发光元件，使用一个转换开关即可实现 LED 在
探测电路和发光电路之间相互转换。作为发光元件，安装
不同颜色的 LED 可以实现手电筒、验钞灯等其他功能。实
验电源可以采用蓄电池，将探测到的太阳能存储起来并在
需要的时候转化为电能，供 LED 照明，实现能源的循环
器技术与传感器，2010(6).
[4]麻金继.利用太阳辐射计反演合肥地区的水汽含量[J].安徽
师范大学学报（自然科学版），2006，29(3).
[5]谢伟.太阳辐射计技术分析[J].红外，2003(3).
用LED实现光电转化的演示型太阳辐射计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
马骏， 马飞， 徐丽梅， 黄俊玲， MA Jun， MA Fei， XU Li-mei， HUANG Jun-ling 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥,230009
价值工程 Value Engineering 2014(21)
引用本文格式：马骏.马飞.徐丽梅.黄俊玲.MA Jun.MA Fei.XU Li-mei.HUANG Jun-ling 用LED实现光电转化的演示型太阳辐射计[期刊论
文]-价值工程 2014(21)
电路，只需将 LED 接入 741 运放的两个输入端，由于发光
二极管不仅可以通电后发光，而且有强光照射时可以将光
信号转换成微小电流信号，因此在 LED 后面串联一个大
阻值电阻，与 741 运放构成放大电路，将微小电流信号转
换成可以明显读数的电压信号，再在运放的输出端（即芯
片 6 脚）和地之间接入电压表测量输出电压即可。此外，当
（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥 230009）
（School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
摘要院 本论文使用发光二极管（LED）作为太阳辐射计的光探测器，只需将 LED 接入一个 741 运放的两个输入端，构成放大电路 即可，结构简单易于实现。其主要功能是测量直接太阳辐射，与专门设计的探测器相比，LED 还能探测窄波段的波长。此外 LED 本身 具有发光特性，将探测电路和发光电路设计在一起，使用一个转换开关即可实现 LED 在两种功能间相互转换。作为发光元件，安装不 同颜色的 LED 灯可以实现手电筒、验钞灯等其他功能。
colours'LED lights are used as flashlight, money detector light and so on.
关键词院 LED；光探测器；太阳辐射计
Key words: LED；photodetector；solar radiometer
中图分类号院TL812
文献标识码院A
Abstract: The thesis uses a light-emitting diode as the photodetector of the sun photometer. The LED is connected the two inputs of
741 Op Amp. which can make up amplifier circuit. Its structure is simple and it is easy to implement. The main function is measuring direct
不可见光谱区可见光谱区不可见光谱区紫
外
紫蓝
线
红
绿
黄橙
红
外
线
100
400 425
490
575 585
650 700
14000
波长（nm）
图1
从图中可知，在可见光中，绿光的波带较宽，因此本项
目优先使用绿 LED 作为太阳能传感器的光探测器，只需
将 LED 接入一个 741 运放的两个输入端，由于发光二极
Value Engineering
· 27 ·
用 LED 实现光电转化的演示型太阳辐射计
Demonstration Solar Radiometer of Photoelectric Conversion Achieved with LED
马骏 MA Jun曰马飞 MA Fei曰徐丽梅 XU Li-mei曰黄俊玲 HUANG Jun-ling
solar radiation. Compared with specialized detector, LED can detect the wavelength of narrow wave band. Moreover, LED itself has emission
characteristics. In order to combine detection circuit with lighting circuit, the experiment use a switch. As a light-emitting element, different
2 实验过程及现象 如图 3 所示，由于是在室内，故采用手电筒光做实验， 当用手电筒光逐渐靠近 LED 灯时，电压逐渐增大。为便于 观察，本实验采用了三线电压表来实时显示电压数据。当 无光照时，电压几乎为 0；当手电筒光逐渐靠近绿色 LED 时电压逐渐增大，最大能到 6V 多；之后，又分别用了红色 和黄色的 LED 做实验，其变化范围都不到 1V。由于红色 LED 变化不明显，因此在红色 LED 探测电路后面添加了 二级放大电路，其变化规律如图 4 所示。
图 3 实验电路板
Y
Y
Y
9.8V
6V
0.99V
1.66V
0.15V
0.15V
X
X
X
图 4 实验所得数据
实验取绿色和红色 LED 随光强变化的电压数据，X 轴为光强，Y 轴为电压；左图为绿色 LED 的电压数据，最
大可到 6V；中间的图为红色 LED 的电压数据，最大可到 0.99V；由于红色变化范围较小，可将红色那一路接放大电 路，如右图所示数据，最大可到 9.8V
文章编号院1006-4311（2014）21-0027-02
0 引言 地球表面的太阳辐射是地球表面的能量来源，在地球 表面进行太阳辐射测量，对于研究太阳辐射对地球生物的 影响和合理有效利用太阳能具有十分主要的意义，因此日 益受到人们重视。太阳辐射计是用来测量太阳辐射光谱特 性的仪器，可同时用于测量不同波长的太阳直接辐射、天 空散射辐射、地面反射辐射或太阳总辐射等辐射量。如今 常用的太阳辐射测量方法：淤设计不同波长的通道采用滤 光片，用跟踪系统来捕捉太阳光谱数据，并用单片机进行 数据处理；于用硅光电池作太阳辐射传感器，经过模数转 换，再对采集到的数据进行网络化传输。然而上述测量方 法均存在着结构复杂和测量成本高的问题，因此亟待改 进。而对于 LED 的使用，只广泛应用于照明系统。 可利用太阳能大小是太阳能热水器和太阳能发电的 关键参数。利用 LED 作为传感器获得太阳能辐射大小，进 而计算太阳能的利用率。目前使用太阳能传感器种类繁 多，功能各异，具有直接太阳辐射测量功能的也不少，但大 多数测量仪器结构复杂，成本较高。本论文的目的是提供 一种使用发光二极管（LED）作为光探测器的太阳辐射计， 并且可以利用 LED 进行照明。该仪器原理简单，所需原材 料少，制作也很简单，还可探测窄波段的波长，添加不同颜 色的 LED 和相应放大器后还能用于测量其他波段的光。 只要在使用前经过校准，得到的结构就可和花费几千美金 制作的专业仪器的结果一样好。此外，还可以利用 LED 的 发光特性，使用一个转换开关，实现探测和照明两种功能 的切换。 太阳辐射计是用来测量太阳辐射光谱特性的仪器，可 同时用于测量不同波长的太阳直接、天空散射辐射、地球 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
此外，还可以如图 2 电路原理图所示添加一个转换开 关，当开关置左端时，电路只由电源和 LED 组成，是一个 发光照明电路；当开关置右端时，为探测电路，此时 LED 灯不亮，电压与光强呈线性的关系，如图 4 所得实验数据。
产品外观图
3 结论
内部组装图 图5
本实验可以通过所测得的电压变化来证明 LED 能探
开关 S1 置左端时，电路仅由电源、电阻、LED 组成，是一个
简单的照明电路，可添加不同颜色或功率的 LED 灯，实现
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价值工程
图 2 电路原理图
反射辐射或太阳总辐射等辐射量，是大气光学、气象研究 和空气污染检测的一种很好的仪器。
1 目的和设计思路 太阳光以电磁波辐射方式到达地球表面，通常称为短 波辐射，含紫外、可见和红外三大光谱区，如图 1 所示。
太阳辐射
管不仅可以通电后发光，而且有强光照射时可以将光信号
转换成微小电流信号，因此在 LED 后面串联一个大阻值
电阻，与 741 运放构成放大电路，将微小电流信号转换成
可以明显读数的电压信号，再在运放的输出端（即芯片 6
脚和地之间）接入电压表测量输出电压即可。
为实现上述目的，本实验采用了下面电路图所示的方
法，使用了一个转换开关 S1：当开关 S1 置右端时为探测
利用。
参考文献院
[1]宋志平，洪津.多功能手持式太阳辐射计的设计与实现[J].
安徽大学学报（自然科学版），2006，30(3).
[2]张海辉，杨青.可控 LED 亮度的植物自适应精准补光系统
[J].农业工程学报，2011，27（9）.
[3]唐慧强，魏倩.基于 Zigbee 技术的太阳辐射计的设计[J].仪
测太阳辐射的强弱，有利于更加充分的利用太阳能。LED
本身可作发光元件，使用一个转换开关即可实现 LED 在
探测电路和发光电路之间相互转换。作为发光元件，安装
不同颜色的 LED 可以实现手电筒、验钞灯等其他功能。实
验电源可以采用蓄电池，将探测到的太阳能存储起来并在
需要的时候转化为电能，供 LED 照明，实现能源的循环
器技术与传感器，2010(6).
[4]麻金继.利用太阳辐射计反演合肥地区的水汽含量[J].安徽
师范大学学报（自然科学版），2006，29(3).
[5]谢伟.太阳辐射计技术分析[J].红外，2003(3).
用LED实现光电转化的演示型太阳辐射计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
马骏， 马飞， 徐丽梅， 黄俊玲， MA Jun， MA Fei， XU Li-mei， HUANG Jun-ling 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥,230009
价值工程 Value Engineering 2014(21)
引用本文格式：马骏.马飞.徐丽梅.黄俊玲.MA Jun.MA Fei.XU Li-mei.HUANG Jun-ling 用LED实现光电转化的演示型太阳辐射计[期刊论
文]-价值工程 2014(21)
电路，只需将 LED 接入 741 运放的两个输入端，由于发光
二极管不仅可以通电后发光，而且有强光照射时可以将光
信号转换成微小电流信号，因此在 LED 后面串联一个大
阻值电阻，与 741 运放构成放大电路，将微小电流信号转
换成可以明显读数的电压信号，再在运放的输出端（即芯
片 6 脚）和地之间接入电压表测量输出电压即可。此外，当
（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥 230009）
（School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
摘要院 本论文使用发光二极管（LED）作为太阳辐射计的光探测器，只需将 LED 接入一个 741 运放的两个输入端，构成放大电路 即可，结构简单易于实现。其主要功能是测量直接太阳辐射，与专门设计的探测器相比，LED 还能探测窄波段的波长。此外 LED 本身 具有发光特性，将探测电路和发光电路设计在一起，使用一个转换开关即可实现 LED 在两种功能间相互转换。作为发光元件，安装不 同颜色的 LED 灯可以实现手电筒、验钞灯等其他功能。
colours'LED lights are used as flashlight, money detector light and so on.
关键词院 LED；光探测器；太阳辐射计
Key words: LED；photodetector；solar radiometer
中图分类号院TL812
文献标识码院A
Abstract: The thesis uses a light-emitting diode as the photodetector of the sun photometer. The LED is connected the two inputs of
741 Op Amp. which can make up amplifier circuit. Its structure is simple and it is easy to implement. The main function is measuring direct
不可见光谱区可见光谱区不可见光谱区紫
外
紫蓝
线
红
绿
黄橙
红
外
线
100
400 425
490
575 585
650 700
14000
波长（nm）
图1
从图中可知，在可见光中，绿光的波带较宽，因此本项
目优先使用绿 LED 作为太阳能传感器的光探测器，只需
将 LED 接入一个 741 运放的两个输入端，由于发光二极
Value Engineering
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用 LED 实现光电转化的演示型太阳辐射计
Demonstration Solar Radiometer of Photoelectric Conversion Achieved with LED
马骏 MA Jun曰马飞 MA Fei曰徐丽梅 XU Li-mei曰黄俊玲 HUANG Jun-ling
solar radiation. Compared with specialized detector, LED can detect the wavelength of narrow wave band. Moreover, LED itself has emission
characteristics. In order to combine detection circuit with lighting circuit, the experiment use a switch. As a light-emitting element, different
2 实验过程及现象 如图 3 所示，由于是在室内，故采用手电筒光做实验， 当用手电筒光逐渐靠近 LED 灯时，电压逐渐增大。为便于 观察，本实验采用了三线电压表来实时显示电压数据。当 无光照时，电压几乎为 0；当手电筒光逐渐靠近绿色 LED 时电压逐渐增大，最大能到 6V 多；之后，又分别用了红色 和黄色的 LED 做实验，其变化范围都不到 1V。由于红色 LED 变化不明显，因此在红色 LED 探测电路后面添加了 二级放大电路，其变化规律如图 4 所示。
图 3 实验电路板
Y
Y
Y
9.8V
6V
0.99V
1.66V
0.15V
0.15V
X
X
X
图 4 实验所得数据
实验取绿色和红色 LED 随光强变化的电压数据，X 轴为光强，Y 轴为电压；左图为绿色 LED 的电压数据，最
大可到 6V；中间的图为红色 LED 的电压数据，最大可到 0.99V；由于红色变化范围较小，可将红色那一路接放大电 路，如右图所示数据，最大可到 9.8V
文章编号院1006-4311（2014）21-0027-02
0 引言 地球表面的太阳辐射是地球表面的能量来源，在地球 表面进行太阳辐射测量，对于研究太阳辐射对地球生物的 影响和合理有效利用太阳能具有十分主要的意义，因此日 益受到人们重视。太阳辐射计是用来测量太阳辐射光谱特 性的仪器，可同时用于测量不同波长的太阳直接辐射、天 空散射辐射、地面反射辐射或太阳总辐射等辐射量。如今 常用的太阳辐射测量方法：淤设计不同波长的通道采用滤 光片，用跟踪系统来捕捉太阳光谱数据，并用单片机进行 数据处理；于用硅光电池作太阳辐射传感器，经过模数转 换，再对采集到的数据进行网络化传输。然而上述测量方 法均存在着结构复杂和测量成本高的问题，因此亟待改 进。而对于 LED 的使用，只广泛应用于照明系统。 可利用太阳能大小是太阳能热水器和太阳能发电的 关键参数。利用 LED 作为传感器获得太阳能辐射大小，进 而计算太阳能的利用率。目前使用太阳能传感器种类繁 多，功能各异，具有直接太阳辐射测量功能的也不少，但大 多数测量仪器结构复杂，成本较高。本论文的目的是提供 一种使用发光二极管（LED）作为光探测器的太阳辐射计， 并且可以利用 LED 进行照明。该仪器原理简单，所需原材 料少，制作也很简单，还可探测窄波段的波长，添加不同颜 色的 LED 和相应放大器后还能用于测量其他波段的光。 只要在使用前经过校准，得到的结构就可和花费几千美金 制作的专业仪器的结果一样好。此外，还可以利用 LED 的 发光特性，使用一个转换开关，实现探测和照明两种功能 的切换。 太阳辐射计是用来测量太阳辐射光谱特性的仪器，可 同时用于测量不同波长的太阳直接、天空散射辐射、地球 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
此外，还可以如图 2 电路原理图所示添加一个转换开 关，当开关置左端时，电路只由电源和 LED 组成，是一个 发光照明电路；当开关置右端时，为探测电路，此时 LED 灯不亮，电压与光强呈线性的关系，如图 4 所得实验数据。
产品外观图
3 结论
内部组装图 图5
本实验可以通过所测得的电压变化来证明 LED 能探
开关 S1 置左端时，电路仅由电源、电阻、LED 组成，是一个
简单的照明电路，可添加不同颜色或功率的 LED 灯，实现
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价值工程
图 2 电路原理图
