Development of the mathematical model of light flux intensity sensor based on the photodiode and operational amplifier

Abstract

У статті описано метод інтерполяції залежності відносної спектральної чутливості фотодіода від довжини хвилі оптичного випромінювання за допомогою спеціальної функції, яка забезпечує інтерполяцію експериментальної залежності з будь-яким коефіцієнтом асиметрії. Створено нову версію математичної моделі давача інтенсивності світлового потоку на основі фотодіода й операційного підсилювача із застосуванням запропонованої методики інтерполяції. Встановлено, що похибка інтерполяції не перевищує 3–6 % залежно від типу фотодіода та форми його експериментально отриманої спектральної характеристики. Проаналізовано процеси, що відбуваються в еквівалентній схемі вимірювального каналу на основі операційного підсилювача. Створену математичну модель можна застосовувати для оптимізації процесів у вимірювальному каналі інтенсивності світлового потоку. Результати дослідження, подані в статті, можна використовувати під час проєктування та математичного моделювання давачів інтенсивності світлового потоку для потреб різних галузей науки, промисловості та медицини.

The article describes a method for interpolating the dependence of the photodiode relative spectral sensitivity on the optical radiation wavelength using a special function that provides interpolation of the experimental dependence with any asymmetry coefficient. A new version of the light flux intensity sensor mathematical model based on a photodiode and an operational amplifier using the proposed interpolation technique has been created. It was found that the interpolation error does not exceed 3–6 %, depending on the type of photodiode and the shape of its experimentally obtained spectral characteristic. The processes occurring in the equivalent circuit of the measuring channel based on the operational amplifier are analyzed. The created mathematical model can be applied to optimize the processes in the measuring channel of the light flux intensity. The research results presented in the article can be used in the design and mathematical modeling of light flux intensity sensors for the needs of various fields of science, industry and medicine.