نور یکی از جنبه‌های حیاتی زندگی مدرن است. ما در بخش زیادی از فعالیت‌های روزانه خودمان از عکاسی از دوره‌همی‌های خانوادگی گرفته تا رانندگی در شب با کمک نور چراغ‌های اتومبیل، در حال بهره‌مندی از مزیت‌های بی‌شمار نور هستیم. موضوع قابل توجه در بحث نور، نقشی است که سنسورهای نوری ایفا می‌کنند. سنسور نوری یک دستگاه الکترونیکی است که به منظور اندازه‌گیری یا تشخیص میزان نور محیطی و تبدیل آن به سیگنال‌های الکتریکی یا دیگر اشکال اطلاعات به کار می‌رود و عدم وجود آن می‌تواند منجر به بروز چالش‌ها و مشکلات بسیاری در زندگی روزانه ما شود.
در واقع، سنسورهای نوری به دلیل توانایی اندازه‌گیری و تشخیص نوری که دارند، در صنایع و برنامه‌های کاربردی مختلف از جمله صنعت خودروسازی، عکاسی دیجیتال، کنترل اتوماتیک نورپردازی، شناسایی اشیاء و حتی در پزشکی و بسیاری از موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله از ایریسا مگ به معرفی سنسور نوری و نحوه استفاده از آنها پرداخته و در ادامه نیز انواع مختلف سنسور نوری را بررسی خواهیم کرد. پس تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
در این مقاله به بررسی موضوعات زیر می‌پردازیم:
تعریف سنسور نوری
حسگر نوری وسیله‌ای است که می‌تواند یک محرک فیزیکی را جهت خواندن یا پردازش بیشتر، به یک خروجی نوری تبدیل کند. به طور دقیق‌تر می‌توان گفت که حسگرهای نوری شدت نور را شناسایی و اندازه‌گیری می‌کنند و پرتوهای نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. حسگرهای نوری بخش جدایی‌ناپذیر بسیاری از دستگاه‌های رایج از جمله رایانه‌ها، دستگاه‌های کپی و وسایل روشنایی هستند که به طور خودکار در تاریکی روشن می‌شوند.
| بیشتر بخوانید: اتوماسیون صنعتی چیست؟ |
کاربردهای سنسورهای نوری عمدتاً در زمینه‌های زیر می‌باشند:
- دوربین‌ها و عکاسی: سنسورهای نوری در دوربین‌ها و دستگاه‌های عکسبرداری برای اندازه‌گیری میزان نور و تنظیم اتوماتیک شاتر و دیافراگم استفاده می‌شوند.
- کنترل اتوماتیک نورپردازی: در سیستم‌های نورپردازی مختلف از سنسورهای نوری برای تنظیم روشنایی محیط و صرفه‌جویی در مصرف انرژی استفاده می‌شود.
- صنعت خودروسازی: سنسورهای نوری برای تشخیص نور روز و شب و تنظیم خودکار نور هدلایت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- دستگاه‌های الکترونیکی: در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف مثل تلفن‌همراه و تلویزیون از سنسورهای نوری برای تنظیم نور صفحه نمایش و افزایش راحتی کاربران استفاده می‌شود.
- سیستم‌های امنیتی: در سیستم‌های امنیتی و نظارتی، سنسورهای نوری برای تشخیص حرکت در شبکه‌های نوری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- تجهیزات پزشکی: در تجهیزات پزشکی مانند اسکوپ‌های چشمی و تجهیزات جراحی، سنسورهای نوری برای اندازه‌گیری نور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- اتوماسیون صنعتی: در صنعت، سنسورهای نوری به تشخیص و کنترل میزان نور در فرایندهای تولید و همچنین ماشین‌آلات صنعتی به کار برده می‌شوند.
سنسورهای نوری از اهمیت زیادی برخوردارند و باتوجه‌به نیاز موجود، در انواع مختلفی از صنایع و برنامه‌های کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
آشنایی با انواع سنسور نوری
سنسورهای نوری انواع مختلفی دارند که بر اساس نوع عملکرد، کاربردی که دارند و همچنین تکنولوژی مورد استفاده تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه به معرفی برخی از رایج‌ترین انواع مختلف سنسور نوری موجود در بازار خواهیم پرداخت:
1. فتودیود (Photodiode)
یک نوع سنسور نوری دیودی است که می‌تواند نور را به جریان یا ولتاژ الکتریکی تبدیل کند. این سنسورها برای تشخیص نور و اندازه‌گیری شدت نور در برنامه‌های مختلف از جمله دوربین‌ها، سنسورهای حضور و نورپردازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. فتوترانزیستور (Phototransistor)
این نوع سنسور نوری از ترانزیستورها ساخته شده‌اند و همانند فتودیودها نور ورودی را به جریان الکتریکی ترانزیستور تبدیل می‌کنند. در مقایسه با فتودتودها، آنها معمولاً حساسیت بالاتری نسبت به نور دارند و به همین دلیل برای مواردی که از حساسیت بیشتری برخوردار هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین به دلیل توانایی تقویت سیگنال نوری، در برخی موارد می‌توانند در برنامه‌هایی که نیاز به تقویت سیگنال دارند، به کار گرفته شوند.
| بیشتر بخوانید: کنتاکتور چیست و چگونه کار می‌کند؟ |
3. فتورزیستور (Photocell or Photoresistor)
فتورزیستور یا فتوسل یک دستگاه الکترونیکی است که مقاومت الکتریکی آن تحت تأثیر نور تغییر می‌کند. وقتی نور به یک فتوسل تابیده می‌شود، مقاومت الکتریکی آن کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، وقتی نور به این نوع از سنسور نوری می‌رسد، مقدار جریان الکتریکی که از سلول عبور می‌کند، افزایش می‌یابد و در نتیجه مقاومت الکتریکی آن کمتر می‌شود. در همین راستا، به طور معمول از فتورزیستورها برای کنترل روشنایی و تنظیم اتوماتیک نور در انواع دستگاه‌ها و سیستم‌های روشنایی استفاده می‌شود.
4. فتوآی‌آر دیود (Photovoltaic or PV Cell)
این نوع سنسور نوری، یک نوع دیود نوری است که بر اساس اصل فتوولتاییک یا همان سلول خورشیدی عمل کرده و نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در واقع، وقتی نور به فتوآی‌آر دیود تابیده می‌شود، انرژی فوتون‌ها به الکترون‌های موجود در دیود منتقل می‌شود و الکترون‌ها از میانه‌ی دیود جدا می‌شوند. این جداشدن الکترون‌ها باعث ایجاد یک جریان الکتریکی به سمت خارج از دیود می‌شود.
5. سنسور فیبر نوری (Optical Fiber Sensor)
سنسور فیبر نوری یک دستگاه تشخیصی است که از فیبرهای نوری به منظور جمع‌آوری اطلاعات و انتقال داده‌ها با استفاده از نور استفاده می‌کند. این سنسورها از نور انعکاسی در فیبر نوری برای اندازه‌گیری متغیرهای فیزیکی و شیمیایی مختلف مانند دما، فشار، تغییرات شکل و موارد دیگر استفاده می‌کنند. سنسور فیبر نوری معمولاً در برنامه‌های پزشکی، صنعتی و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
6. سنسورهای تصویری (Image Sensors)
سنسورهای تصویری یکی دیگر از انواع مختلف سنسور نوری موجود در بازار هستند که برای تشخیص نور و تبدیل آن به تصویر در دوربین‌ها و دستگاه‌های تصویربرداری دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها در دوربین‌ها، تلفن‌های همراه، دوربین‌های مداربسته، اسکنرها، دستگاه‌های پزشکی و بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
7. سنسورهای نوری تقویت شده (Avalanche Photodiode – APD)
در این نوع سنسورهای نوری دیودی که با نام فتودیود بهمنی نیز شناخته می‌شود، به ازای ورودی‌های نور کوچک‌تر، جریان الکتریکی بیشتری تولید می‌شود. به همین دلیل از آنها برای تشخیص نورهای خیلی ضعیف و در دستگاه‌های ارتباطات بی‌سیم استفاده می‌شود.
این تنها چند نمونه از انواع سنسورهای نوری هستند. هر نوع سنسور نوری بر اساس قابلیت‌هایی که دارند می‌توانند کاربردهای مختلفی داشته باشند و در جهت رفع نیازهای مشخصی مورد استفاده قرار بگیرند.
در این مقاله تلاش کردیم تا شما را با مفهوم سنسور نوری و کاربردی که می‌تواند داشته باشد، آشنا کنیم و سپس در ادامه نیز به معرفی برخی از رایج‌ترین انواع مختلف سنسور نوری موجود در بازار پرداخته و ویژگی‌های اصلی آنها را بیان نمودیم. امیدواریم که این مقاله برای شما مفید بوده باشد.