سنسور نور

سنسور نور

 سنسورهای نور، سنسورهایی هستند که بر حسب میزان شدت نور دریافتی، سیگنالی در خروجی خود نشان می‌دهند. آن‌ها انرژی نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. از سنسورهای نور تحت عناوین دیگری همچون، ابزار فوتو الکتریک یا فوتو سنسور نیز یاد می‌شود.

سنسورهای نور، نور را حس می‌کنند همانطور که سنسورهای حرارت‌سنج، دما و سنسورهای سرعت‌سنج، سرعت را. دما و سرعت به راحتی درک می‌شوند، زیرا به صورت مستقیم بدست می‌ایند. اما نور کمی پیچیده است. دما و سرعت خواص شدتی و نور خاصیتی مقداری است. خواص شدتی به اندازه و جرم جسم وابسته نیستند اما خواص مقداری وابسته به اندازه و جرم جسم هستند.

 پس سنسورهای نور چه چیز را اندازه می‌گیرند؟ فوتون‌ها؟ انرژی؟! توضیح آن پیچیده‌ است. قبل از آن باید به معرفی واحد‌های اندازه‌گیری نور پرداخت.

واحدهای سنسور نور

قبل از فهمیدن و استفاده از سنسورهای نور، ابتدا باید کمیت نور را تعیین کنیم. در لامپ‌ها از واحد لومن استفاده می‌شود در حالی‌که سنسورهای نور از واحد لوکس استفاده می‌کنند. هر دوی این واحدها بر پایه واحدی عجیب به اسم شمع[۱] هستند. در ادامه به توضیح این واحدها می پردازیم.

شمع

از این واحد برای توصیف شدت نوری که مستقیما چشم انسان می‌بیند استفاده می‌شود. شمع یک واحد SI است و هر طول موج در یک پرتو نور را بر اساس میزان حساسیت چشم انسان وزن دهی می‌کند. اما از این واحد زیاد استفاده نمی‌شود. زیرا فقط شدت نور خروجی مثلا لامپ مطرح نیست، بلکه میزان متمرکز شدن نور در یک جهت نیز مطرح است. برخی از لامپ‌ها توسط چند آینه احاطه شده‌اند و نورشان در جهت خاصی متمرکز شده است. این به این معناست که شدت نور در آن جهت افزایش یافته اما از همان لامپ و با همان توان استفاده شده است. در اینجا واحد جدیدی مطرح می‌شود تحت عنوان لومن.

لومن

از لومن به منظور اندازه‌گیری کل شار نوری یک لامپ استفاده می‌شود. لومن حاصل شدت نور و زاویه فضایی[۲] است. لامپی را در نظر بگیرید که در تمام جهات نور پخش می‌کند و شدت نوری معادل ۱۰ شمع دارد. با ضرب این عدد در ۴π استرادیان[۳]، شار نوری ۱۲۶ لومن خواهد شد. اگر یک آینه در یک طرف لامپ قرار دهیم، شدت نور ۲۰ شمع خواهد شد اما زاویه فضایی ۲π استرادیان خواهد شد و با ضرب شدت نور در زاویه فضایی، همان مقدار ۱۲۶ لومن بدست خواهد آمد. بنابراین لامپ در هر حالتی ۱۲۶ لومن شدت نور خواهد داشت.

لوکس

حال سوالی که مطرح است این‌است که اگر لامپ‌ها از واحد لومن استفاده می‌کنند. چرا سنسورها از واحد لوکس استفاده می‌کنند؟ همانطور که شیئ از منبع نور دور می‌شود، میزان نور دریافتی‌اش کاهش می‌یابد. برای اندازه‌گیری صحیح شار نوری دریافت شده به ازای یک سطح، شدت روشنایی[۴] یا لوکس نامیده می‌شود و برابر است با یک لومن بر مترمربع. در یک فاصله یکسان، یک صفحه ۱ متر مربعی همان شدت روشنایی دریافت می‌کند که یک صفحه ۱۰ متر مربعی دریافت می‌کند. اگر واحد اندازه‌گیری شار نوری را لومن در نظر بگیریم، صفحه ۱۰ متر مربعی، ۱۰ برابر بیشتر نور دریافت می‌کند. اما، حاصل تقسیم لومن بر سطح مقطعشان یکسان خواهد شد. اگر صفحه‌ها به سمت منبع نور نزدیک شوند. به خاطر افزایش زاویه فضایی‌شان، شدت روشنایی افزایش خواهد یافت. شدت نور و سطح مقطح صفحه ثابت است و فقط زاویه فضایی افزایش می‌یابد، در نتیجه شدت روشنایی افزایش می‌یابد.

 سنسورهای نور باید شدت روشنایی را اندازه بگیرند. زیرا پخش نور را در یک سطح واحد نشان می‌دهند و نمی‌توانند بفهمند که چه زاویه فضایی دارند.

شکل ۱: زاویه فضایی
انواع سنسورهای نور

 سنسورهای نور را می‌توان بر اساس خروجی‌شان به دو دسته تقسیم کرد. اول آن‌ها که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند( مانند سلول‌های خورشیدی)، دوم آن‌ها که خواص الکتریکی‌شان (مانند رسانایی)، تغییر می‌کند( مانند فوتوسل‌ها).

در فوتو دیودها، هنگامی که نوری به آن‌ها تابیده می‌شود. تمایل به از دست دادن الکترون‌هایشان دارند و به این خاطر جریانی در آن‌ها شکل می گیرد. با اندازه‌گیری مقدار جریان، می‌توان شدت روشنایی را بدست آورد.

در فوفتو رزیست‌ها، مقاومت سنسور با میزان شدت نور تابیده شده در ارتباط است . با تغییرات شدت نور تغییر می‌کنند. نسبت به فوتو دیودها ارزان‌ترند اما دقت پایین دارند و معمولا برای تشخیص بودن یا نبودن نور استفاده می‌شوند.

کاربرد سنسورهای نور

سنسورهای نور بسته به نوعشان، کاربردهای مختلفی دارند. اما از همگی برای تشخیص نور استفاده می‌شود. در تلویزیون‌ها، رایانه‌ها و گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها با استفاده از نور محیط، روشنایی صفحه نمایششان را تنظیم می کنند. کاربردهای دیگرشان در مخابرات و اسکنرهای بارکد می‌باشد.

شکل ۲:استفاده از سنسورهای نوری برای اسکن کردن بارکد

[۱] candela

[۲] Solid angle

[۳] steradian

[۴] illuminance

بزودی پروژه عملی و کاربردی با سنسور های متنوع  نور به بخش پروژه های سایت افزوده میشود.

برای مشاهده رفرنس مقاله اینجا کلیک کنید.

اشتراک گذاری:

یک دیدگاه بگذارید

آدرس ایمیل شما منتشر نمیشود.

5 × 1 =

0

بالا