سنسورهای نوری

سنسور نوری یک سیگنال خروجی تولید می کند که شدت روشنایی را با اندازه گیری انرژی تابشی که در بازه فرکانسی کوچکی به نام "نـور" نشان می دهد . این محدوده فرکانسی بین مادون قرمز و فرابنفش قرار گرفته (شامل آن ها نمی شود) و به طیف مرئی (Visible Spectrum) معروف است .

سنسور نوری یک قطعه Passive یا غیر فعال است و این انرژی تابشی را چه در طیف نور مرئی باشد و چه در بخش مادون قرمز گرفته و به یک سیگنال الکتریکی خروجی تبدیل می کند . سنسور های نوری معمولاً تحت عنوان قطعات فتوالکتریکی عرضه می شوند ، به این دلیل که انرژی نور (ذرات فتون) را به الکتریکیسیته (الکترون) تبدیل می کنند .

قطعات فتوالکتریکی را می توان در دو دسته اصلی جای داد : قطعاتی که وقتی نور به آن ها می تابد الکتریسیته تولید می کنند مثل قطعات فتو ولتائیک ، منتشر کننده های نور و ... و دسته دوم قطعاتی هستند که ویژگی های الکتریکی آن ها پس از تابش نور به شیوه های مختلفی تغییر می کند ، مثل مقاومت های نوری و یا رساناهای نوری . این امر منتج به ایجاد دسته بندی های زیر می گردد :

سلول های انتشار نور : این قطعات نوری یک سری الکترون آزاد را از یک ماده حساس به نور آزاد می کند ، مانند سزیم وقتی که فوتون های نور انرژی کافی به آن رسانده باشند . میزان انرژی فوتون ها بستگی به مقدار فرکانس نور دارد ، در فرکانس های بالاتر ، انرژی بیشتر فوتون ها باعث تبدیل نور به الکتریسیته خواهند شد .

سلول های نوری رسانا :مقاومت نوری این قطعات نوری هنگامی که در معرض نور قرار می گیرند تغییر می کند . قابلیت رسانش نور نتیجه برخورد نور به یک ماده نیمه هادی است که میزان جریان توسط آن کنترل می شود . بنابراین نور بیشتر در یک ولتاژ خاص جریان را افزایش می دهد . رایج ترین مواد رسانای نور سولفید کادمیوم است که معمولاً در سلول های نوری LDR به کار می رود .

سلول های فتوولتائیک : این قطعات نوری مقداری از نور تابیده شده به خود را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند . رفتاری مشابه رساناهای نوری بروز می دهند . انرژی نور بین دو نیمه هادی تابیده می شود که به دور هم پیچیده شده که ولتاژی حدود 0.5 ولت را ایجاد می کنند . رایج ترین مواد فتوولتائیک سلنیوم است که معمولاً در ساخت سلول های خورشیدی به کار می رود .

قطعات پیوند نوری : این قطعات نوری عموماً دیودها و ترنزیستورهای نوری هستند که از نور برای کنترل عبور الکترون ها و حفره ها از محدوده پیوند P-N خود استفاده می کنند . این قطعات به ویژه به منظور آشکارسازی و کشف نور طراحی می شوند و پاسخ طیفیشان با طول موج نور تابشی تنظیم می گردد .
 

سلول نوری رسانا :

سلول حساس به نور الکتریسیته تولید نمی کند بلکه زمانی که در معرض نور قرار بگیرد خواص فیزیکیش به سادگی تغییر می کند . رایج ترین نوع این قطعات مقاومت نوری است که مقاومت الکتریکی اش با شدت نور تابیده شده تغییر می کند . مقاومت های نوری نیمه هادی هایی هستند که از انرژی نور برای کنترل جریان الکترون ها استفاده می کنند و به این طریق جریان در آن ها جاری می گردد . پرکاربرد ترین رسانای نوری مقاومت تابع نور است که به آن LDR می گویند . LDR کوتاه شده عبارت Light Dependent Resistor است .

LDR های معمولی :

همان طور که از اسمش پیداست (مقاومت وابسته به نور) از یک قطعه نیمه هادی مثل سولفید کادمیوم ساخته شده است که مقاومت الکتریکی اش از چندین هزار اهم در تاریکی تا چند صد اهم زمانی که نور به آن می تابد تغییر می کند که این با ایجاد یک جفت حفره و الکترون در ماده رخ می دهد . اثر اصلی این قطعه در بهبود رسانش الکتریکی این است که با افزایش شدت نور مقاومت آن کاهش پیدا می کند . سلول های مقاومت نوری زمان پاسخ گویی نسبتاً طولانی در حد ثانیه دارند تا نسبت به تغییرات شدت نور پاسخ بدهند .

موادی که به عنوان بستر نیمه هادی استفاده می شود شامل : سولفید سرب PbS ، سلنید سرب PbSe ، آنتیمونید ایندیوم InSb ، که نور را در بازه مادون قرمز تشخیص می دهند و سولفید کادمیوم CdS ، که رایج ترین آن هاست . دلیل استفاده بیشتر از سولفید کادمیوم در ساخت سلول های رسانای نور این است که منحنی پاسخ طیفی آن به شدت نور به چشم انسان نزدیک تر است و می تواند با ساده ترین منابع نوری مثل چراغ قوه کنترل شود . معمولاً یک اوج حساسیت به طول موج (λp) دارد که بین 560nm تا 600nm در طیف مرئی قرار دارد .

برای افزایش ناگهانی مقاومت تاریکی و در نتیجه کاهش جریان محدوده تاریکی مسیر مقاومتی به با یک الگوی زیکزاک شکل روی بستر سرامیکی در می آید . بطور کل فتوسل سولفید کادمیوم قطعه ای ارزان قیمت است و اغلب موارد استفاده آن برای تنظیم خودکار نور است که برای تشخیص تاریکی شب یا گرگ و میش و روشن و خاموش کردن چراغ های سطح شهر کاربرد دارد .