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水槽の明るさやメタハラの比較、劣化を測定する為に秋月電子通商の照度計キットを作ってみました。
市販品１万５〜６千円クラス？？の照度計と同じ部品構成（デジタル電圧計とフォトダイオードとアンプ部）で￥２８００は安い！
詳しい事はここ
このキットはそのまま組み立てれば即動作って物では有りません。
難易度トップクラスで原理を理解していないとまともに調整する事も出来ないと思いますので、まずは原理から。
原理
付属のフォトダイオードと言う光センサーは太陽電池の親戚で、太陽電池と同じように光を受光すると出力端子から電圧が発生します。
太陽電池と何が違うかと言えば、大電流が取り出せない代わりに暗い光から明るい光まで受光した光量に比例した電流が取り出せます
ので測定器向けです。
だったらフォトダイオードに直接電圧計と抵抗を接続すればいいじゃないか？ って考え方も有りますが、それでも結構です。(^o^)
サンタマルタエイジ氏はこの方式で照度計を制作しておられます。 ここ
しかし暗い光での精度が悪くなる事と、レンジ切り替えが不可能なので私の場合キットの内容通りアンプを使用して組み立てました。
ま、メタハラの光量測定に限定すれば精度なんてあんまり関係無いのですけどね。一応いろんな用途用として・・
フォトダイオードの特性として端子が開放や抵抗負荷を接続した場合、受光した光量に比例した電圧、電流が取り出せません。
光量に比例した電流を取り出すには端子を限りなくショートに近い状態にして電流を取り出します。
フォトダイオードと抵抗を並列に接続して電圧を取り出す場合、抵抗をを小さくすれば直線性も上がりますが出力電圧が小さくなります
ので結局アンプが必要になってきます。
今回使用する回路はフォトダイオードの定番中の定番回路で、秋月のキットも同じ回路です。
基本回路図です。
秋月のキットはこの回路を単電源にして調整回路、分圧回路を付けた
物ですが、一応掲載出来ませんのでキットを買った人だけね！オペアンプのイマジナリーショートの特性をうまく利用した回路です。
オペアンプの＋、−入力に接続されたフォトダイオードは理論的にショート状態となり、フォトダイオードに流れる電流Ｉｏがそのまま
フィードバック抵抗を流れますので出力電圧 Ｖｏ＝−ＩｏＲ で算出出来ます。
出力端子をショートさせた場合の電流−照度特性
あ！・・あれ？ １００００ＬＸまでしか無い・・
付属していたフォトダイオードはシャープ製ＢＳ５２０で１００ＬＸ（ルクス）受光すると０．５５μＡのショート電流が流れます。
上図の式より、フィードバック抵抗Ｒが１０ＫΩの場合の出力電圧Ｖｏは、
１００ＬＸ でＶｏ ５．５ｍＶ
１０００ＬＸ でＶｏ ５５ｍＶ
１００００ＬＸ でＶｏ ５５０ｍＶ
付属している電圧計は２００ｍＶ入力させると表示が”１９９９”となります。
太陽光が６月の１２時で１２００００ＬＸありますので、１９９９９９ＬＸで表示”１９９９”とします。
あ！・・・れれれ！ このセンサーは１００００ＬＸまでしか測定出来ない！
１００００ＬＸと言えば部屋の明かり程度ですよ！
うちの２５０Ｗメタハラだって、直下では１２００００ＬＸありますよ！
まあ普通照度計と言えばカメラの露出を計算する時に使ったり、部屋の明るさを測定するものだから１００００ＬＸ以上は
必要ないって言えば必要ないけど・・
ちなみに私の会社にある照度計も５００００ＬＸまでで、太陽光を測定すると簡単に振り切ってしまいます。
秋月の説明書には「メーカー保証が１００００ＬＸまでで実際は１５０００ＬＸまで直線性が有りますが、それ以上の照度を測定
する場合はセンサーにフィルターを付けてください。」って書いてあります。
なるほどなるほど・・とりあえず組み立ててフィルター付けてみてそれから抵抗値を調整して１９９９９９ＬＸで表示”１９９９”になる
ようにしましょう。
組み立て
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まずは電圧計から組み立てです。 |
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次にフォトダイオードのアンプ部の組み立てです。 |
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ボックスに入れる前にフォトダイオードのフィルターを探しましょう。 |
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次はボックスに収納！ |
 基板間の接続図です。 |
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最終仕上げではこのように銘板を付けてやりました。 どうでしょ？？ |
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さーて・・それでは調整です。 |
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結局設計し直す事に・・・(;´д｀)ﾄﾎﾎ |
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まずオフセット調整。 |
はっきり言ってこりゃ手強いです。
残念ながら自信の無い人は諦めた方が良さそうです。
水槽の明るさ限定ならサンタマルタエイジ式がお勧め！ 心配だった精度も結構出てるし・・
肝心の精度ですが、人工照明の下ではちょっとの角度、位置の差で大幅に数値が変化しますので市販照度計との正確な比較は無理。
太陽光（平行光）で比較すると、各レンジ共にほぼ数値が合っていましたのでＯＫでしょう。
ホームセンターでケースを物色していたら、太陽電池式照度計が￥３，４００で売られていました！
ショック！
確かに秋月の照度計は￥２，８００ですが、スイッチやケースを買っていたら同じぐらいになります。
精度も感度も太陽電池式よりは桁違いに高性能なのですが、メタハラの明るさを測定するぐらいでしたら太陽電池式でもいいのでは・・
ま、探して見て下され。
２台目も作ってしまいました。
２号機の改良点は
・１号機では２５０Ｗランプの直下でオーバーレンジしてしまう事がわかりましたので、２００００００ＬＸまで測定出来るようにしました。
・もう少し格好良く作りました。
こんな感じ
スイッチ類はシーソースイッチにしてすっきり！
レンジは×１００００と×１００
オペアンプのフィードバック抵抗を１／１０にして高照度に対応しています。
２００００００ＬＸまで測定できる照度計って研究用以外売っていません！
（市販されてるのは５００００ＬＸがせいぜい）
測定上の注意！
よ〜く考えると、光源を測定する事ってむちゃくちゃ難しいんです。
光源と光を受ける面には逆二乗の法則って物が有って、照度計と電球との距離が半分になると照度は４倍になってしまいます。
だから測定時は電球からの距離を必ず一定にしないと大きな誤差を含んでしまいます。特に電球に近い場所では照度計の位置がミリ単位で大きく数値が動いてしまいます。
照明器具が違う物の明るさ比較はもっとシビア。
灯具によっては電球が縦に付いている物と横に付いてる物が有りますので、灯具と照度計の距離を一定にすると後者の方が電球との距離が短い分、高い数値になってしまいます。
反射板の形状の差でも集光型と散光型では大いに差が出てしまいます。
同一灯具で電球の寿命を調べる場合
必ず灯具から出来るだけ離れた一定の距離で毎回測定しましょう！
照明器具の比較をする場合。
こりゃ難しい。 出来るだけ灯具から離れた水槽の水面上ぐらいが良いのでは？ 目安程度の測定なら・・・
でも１台有れば結構遊べますよ。 どうでしょ？