سنسورهای نوری

در این مقاله نگاهی به سنسورهای نور و نحوه استفاده از آنها خواهیم داشت. حسگرهای نور قطعاتی هستند که نور اطراف را حس کرده و آن را به جریان تبدیل می کنند. چنین حسگرهایی معمولاً در کاربردهای مختلف مانند مدارهای سوئیچینگ و برای اهداف امنیتی استفاده می شوند. هنگامی که این سنسورها در مدارهای امنیتی مختلف استفاده می شوند، تغییرات نور را تشخیص می دهند و سپس سیگنال را به بخش هشدار می فرستند. انواع مختلفی از قطعات آشکارساز نور وجود دارد، اما اصل کار آن ها مشابه است. پرکاربردترین سنسورهای نور عبارتند از: دیود ساطع کننده نور(LED)، دیودهای نوری (PhotoDiode)، آشکارسازهای تشعشعات فروسرخ (IR) و غیره. 

سنسورهای نور چیست؟

حسگرهایی که نور یا تشعشعات مادون قرمز را به جریان الکتریکی تبدیل می کنند، به عنوان حسگرهای نور شناخته می شوند.

این حسگرها به دلیل تبدیل فوتون های آن به انرژی الکتریکی به عنوان آشکارساز فوتوالکتریک نیز نامیده می شوند.

2 دسته اصلی از حسگرهای نوری وجود دارد. یکی از آنها این است که در هنگام برخورد نور با این سنسورها جریان الکتریکی تولید می کنند که به سنسورهای فتوولتائیک معروف هستند. مورد دوم این است که پارامترهای الکتریکی آن مانند مقاومت به عنوان هدایت گر نوری تعریف می شود. چنین حسگرهای نوری که ولتاژی متناسب با میزان نور برخورد شده با آنها تولید می کنند، به عنوان فتوسل (Photocell) شناخته می شوند.

حسگرهای نوری وجود دارد که در مدارهای مختلف برای تنظیم مقدار جریان استفاده می شوند که به عنوان ماژول های اتصال نور شناخته می شوند. چنین ماژول هایی در مدارهای امنیتی مختلف و پروژه های الکترونیکی استفاده می شوند.

سلول فوتو رسانا

این ماژول آشکارساز نور، نور را به جریان الکتریکی تبدیل نمی کند، اما تغییر در پارامترهای فیزیکی آن رخ می دهد.

مقاومت نوری (photoresistor) نمونه ای از این سنسورها است که هنگام برخورد نور با این سنسور مقدار مقاومت تغییر می کند و نور آن را به جریان تبدیل نمی کند.

با استفاده از این حسگر نور، مقدار جریان در مدارهای مختلف و پروژه های مهندسی کنترل می شود، رسانای نوری معمولاً مورد استفاده در مقاومت وابسته به نور (LDR) است.

مقاومت وابسته به نور (LDR)

مقاومت‌های وابسته به نور به عنوان مقاومت نوری نیز شناخته می‌شوند، این حسگرهای نور در پروژه‌های مهندسی مختلف برای کنترل قدرت نور برای اجزای مختلف استفاده می‌شوند.

این ماده از Cds(کادمیم) ساخته شده است، این ماده به نور بسیار حساس است و با توجه به شدت نور، مقدار مقاومت آن را تغییر می دهد.

اصل کار LDR مبتنی بر رسانایی نوری است، بر این اساس با افزایش نور، میزان رسانایی مواد افزایش می‌یابد.

به ماژول های مقاومت وابسته به نور تجهیز وابسته نیز می گویند زیرا مقاومت آن با توجه به نور تغییر می کند بطوریکه در سایه مقاومت بیشتر و در نور مقاومت کمتر است.

در منطقه ای که نور وجود ندارد مقاومت LDR به عنوان مقاومت تاریک شناخته می شود، مقدار آن تا 1012 اهم است.

سلول مقاومت وابسته به نور چیست؟

نوع معمول استفاده شده از سلول LDR OPR12 است که توسط سولفید کادمیوم ساخته می شود. این حسگر دارای طول موج 600 نانومتر تابش است.

این سنسور دارای مقاومت بالایی در سایه در حدود ده مگا اهم است، اما در صورت وجود نور، مقدار آن تقریباً صد اهم است.

این سلول ارزان تر است و بیشتر در وسایلی استفاده می شود که در شب در خیابان ها برای روشنایی استفاده می شود. در دوربین ها و دستگاه های مختلف عکاسی نیز استفاده می شود.

اگر این سنسور را با مقاومت معمولی وصل کنیم و به آن ولتاژ بدهیم، مداری که با این آرایش ها تشکیل می شود، مزایایی دارد که برای طول موج های مختلف نور، ولتاژهای متفاوتی تولید می کند. این آرایش مدار در شکل زیر نشان داده شده است.

افت ولتاژ روی مقاومت سری R2 می تواند از روی قانون تقسیم کننده ولتاژ پیدا شود.

فتودیود

ساختار فتودیود شبیه دیود معمولی است، تنها تفاوت آن این است که پوششی از موادی دارد که نور را جذب می کند.

این پوشش بیشتر نورهایی را جذب می کرد که فرکانس کمتری نسبت به فرکانس بزرگتر دارند.

دیودهای ساطع کننده نور نیز به عنوان دیود نوری شناخته می شوند زیرا به راحتی می توانند نور را ارسال و دریافت کنند.

هنگامی که نور با سطح فوتودیود برخورد می کند، جفت حفره و الکترون در ماژول ایجاد می شود.

به دلیل تشکیل حفره و الکترون، جریان در دیود شروع به جریان می کند.

این جفت ها هنگام برخورد نور با دیود ایجاد می شوند که انرژی تقریباً 1.1 الکترون ولت دارد.

هنگامی که انرژی نور با اتم ها برخورد می کند، الکترون های اتم پس از به دست آوردن این انرژی، اتم را ترک می کنند و جفت حفره-الکترون ایجاد می شود.

بار روی الکترون ها منفی است و حفره ها مانند بارهای مثبت رفتار می کنند.

به دلیل نواحی تخلیه، الکترون ها و حفره نمی توانند از یک قسمت به قسمت دیگر دیود حرکت کنند، بنابراین الکترون ها به سمت پایه مثبت دیود و حفره به سمت پایه منفی حرکت می کنند.

کاربرد سنسورهای نور

کنترل روشنایی

در تلفن همراه و لپ تاپ ها، افزایش و کاهش وضوح نور صفحه توسط سنسورهای نور متفاوت است.

سنسورهای محیطی بیشتر در وسایل الکترونیکی مانند موبایل، لپ‌تاپ و کامپیوتر استفاده می‌شوند.

از این سنسورها در نورهای خیابانی مختلف برای کنترل خودکار نور نیز استفاده می شود.

سیستم امنیتی

در مدارهای امنیتی مختلف از سنسورهای نور استفاده می شود. در حمل و نقل، این سنسورها از محصولات مختلفی که از مکانی به مکان دیگر در حال حرکت هستند محافظت می کنند.

حسگرهای نور در محفظه ای نصب می‌شوند تا در برابر ضربات محافظت شوند و اگر کسی سعی می‌کند در را باز کند حسگر نور سیگنالی به آلارم متصل به آن می‌فرستد.

کشاورزی

تابش نور خورشید نقش مهمی در کشاورزی برای تولید محصولات مختلف دارد.

دانه های غذایی مختلف به مقدار متفاوتی نور نیاز دارند، بنابراین مهم است که بدانید کدام قسمت از زمین زیر نور خورشید قرار دارد.

  این سنسورها برای پاشیدن آب در مواقعی که نور خورشید در دسترس نیست استفاده می شود زیرا بیشتر آب به رطوبت تبدیل می شود.