Измеритель коэффициента пульсаций бытовых источников света.

Проверенная схема измерителя коэффициента пульсаций ламп накаливания, СДЛ, КЛЛ и т.д.

1. Вместо введения.
Статья в журнале Lumen&ExpertUnion №3/2013 ПУЛЬСАЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ: ПРОБЛЕМЫ, МЕТРОЛОГИЯ И РАСЧЕТ

Мои увлечения светотехническими замерами потянули за собой появление данной схемы.
Искать по сети чужие схемы и разбираться в них было лениво.
С микропроцессорами у меня не сложилось, поэтому всякие варианты с прошивками были отправлены в игнор.
Мне проще было спаять свою схему из проверенных (стандартных) узлов на базе обычных операционных усилителей (ОУ).

2. Структурная схема:

АПД — активный пиковый детектор
Ф/U — преобразователь ток-напряжение (преобразователь фототока)
ФНЧ — фильтр низкой частоты
АЦП — аналого-цифровой преобразователь с управлением ЖКИ индикатором (ICL7106).

Документация на ICL7106.

Идея, как обычно, простая:
— с выхода преобразователя Ф/U через ФНЧ1 формируется опорное напряжение Uоп. для АЦП (ICL7106)
— через разделительный конденсатор выделяется переменная составляющая, которая детектируется АПД и через ФНЧ2 поступает на вход АЦП (Uвх)

Отношение Uвх (ака размах пульсаций) / Uоп и есть коэффициент пульсаций (Кп) источника света.

Для схемы значение Uоп не имеет большого значения.
Главное, чтобы оно было в диапазоне 0,7..1,0 В и не изменялось в течение выполнения замера.

Поскольку коэффициент пульсаций источника света — величина, независящая от расстояния,
изменение расстояние источник-фотоприёмник влияет лишь на величину Uоп,
но соотношение Uвх/Uоп остаётся неизменным. )))

АЦП при этом работает не с жёстко фиксированным Uоп, а с «плавающим».

3. Схема устройства:


В схеме реализуется функция: (полный размах пульсаций)/Uсредн.*100% (отображение в процентах)
Т.о. в отличии от формулы в ГОСТ Р 54945-2012 (приложение Г, формула Г.1; ссылки на 1-й стр. темы), получается результат в 2 раза больше.
Чтобы измерения проводилось в точности по гостовской формуле, резистор R8 надо поставить такого же номинала, как и R7.

На ОУ D1 собрана искусственная средняя точка, т.о. из однополярного питания +10В получается двухполярное питание +-5В для других ОУ и АЦП.

D2.1 с обвязкой — преобразователь ток-напряжение
D2.2 с обвязкой — АПД
R11, C6 — ФНЧ1 для Uоп
R9, R10, C7 — ФНЧ2 для АПД

Узел на транзисторе VT — простейший компаратор напряжения на 0,7В.
Измеритель пульсаций необходимо приблизить к тестируемому источнику, чтобы загорелся индикаторный светодиод VD5.
При этом на АЦП поступает Uоп около 0,7В, чего достаточно для его нормального функционирования.

Использование компаратора упростило устройство: уж очень не хотелось связываться с автоматической регулировкой усиления.

Вместо макетных плат были использованы ненужные ПП от моих давних разработок.
Схема в стадии отладки:


На рабочем столе у меня давно уже использовались 10Вт СД с питанием от 12В БП (ноль пульсаций), поэтому пришлось найти настольную лампу-прищепку и вкрутить в неё лампу накаливания 40 Вт.

Осциллограмма на выходе АПД (КТ1 на схеме):

Осциллограмма на выходе ФНЧ2 (КТ2 на схеме):


Для ЛН 40 Вт показание прибора 21,4%, т.е. полный размах пульсаций 21,4%.
По ГОСТу, соответственно, в 2 раза меньше: 10,7 %.

Измеритель в собранном виде (пластиковый корпус серии Z):

Вид со стороны фотоприёмника:

Питание приборчика — от сетевого БП 10В.

4. Эксперимент удался. Прибор работает уже более шести лет. )
Сейчас, глядя назад, можно поумничать, как бы можно было сделать прибор удобнее, функциональнее и т.д.
С сожалению, никто так и не выложил простую схемку, чтобы на коленке собрать машину времени. Поэтому… )))

По возможности отвечу на вопросы по теме.
Всем удачных экспериментов. Берегите зрение!

Дополнение 8.03.2021
Кое-кто выразил сомнения на счёт достоверности показаний приборчика в зависимости от спектрального состава.
Пришлось вытащить из загашников зональные светофильтры:


И собрать переноску с патроном и лампой накаливания 75Вт.

Без светофильтров:

За синим светофильтром:

За красным:

За зелёным:

ФД совсем слабо чувствует зелёный, пришлось придвинуть ЛН совсем близко.

Так вот, господа теоретики, с точностью прибора в зависимости от спектра полный порядок. )))