سنسور نوری (Optical Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور نوری (Optical Sensor) :
سنسور نوری یک دسته بسیار گسترده از حسگرها است که نور (معمولا در محدوده مرئی، فروسرخ یا فرابنفش) را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. این تبدیل بر اساس اثر فوتوالکتریک یا اثر فوتوولتاییک انجام می شود. اساس کار اکثر سنسورهای نوری، تولید جفت الکترون-حفره در یک ماده نیمه هادی در اثر جذب فوتون است. تعداد حامل های تولید شده (و در نتیجه جریان یا ولتاژ) به شدت نور و طول موج آن بستگی دارد.
انواع اصلی سنسورهای نوری (که برخی قبلا به طور جداگانه ذکر شده اند) عبارتند از:
فتودیود (Photodiode): سریع ترین و رایج ترین. در دو حالت فوتوولتاییک (ولتاژ تولید می کند) و فوتوکانداکتیو (جریان با نور تغییر می کند) کار می کند.
فتوترانزیستور (Phototransistor): حساسیت بالاتر از فتودیود (به دلیل بهره ترانزیستور) اما کندتر.
مقاومت نوری (LDR): ساده ترین و کم هزینه ترین، اما کند و با پاسخ طیفی محدود (بیشتر به نور سبز-زرد).
سلول فوتوولتاییک (سلول خورشیدی): برای تولید انرژی، اما می تواند به عنوان سنسور نور نیز استفاده شود.
فتومولتیپلایر (PMT): بسیار حساس و سریع، برای نورهای بسیار ضعیف (شمارش فوتون)، اما حجیم و با ولتاژ بالا.
سنسورهای تصویر (CCD و CMOS): آرایه های دوبعدی از فتودیودها.
پارامترهای مهم یک سنسور نوری:
پاسخ دهی طیفی (Spectral Response): حساسیت سنسور در طول موج های مختلف. سیلیکون برای نور مرئی و نزدیک فروسرخ حساس است.
حساسیت (Responsivity): نسبت جریان خروجی به توان نوری ورودی (A/W).
سرعت پاسخ (Response Time): سرعت واکنش به تغییرات نور.
نویز: جریان تاریکی (Dark current) مهم ترین منبع نویز است.
دامنه خطی (Dynamic Range): محدوده شدت نوری که سنسور می تواند به صورت خطی پاسخ دهد.
\[ I_{ph} = R(\lambda) \times P_{opt} \quad , \quad R(\lambda) = \frac{\eta(\lambda) q \lambda}{hc} \]که
\[ R(\lambda) \]پاسخ دهی،
\[ \eta \]بازده کوانتومی،
\[ q \]بار الکترون،
\[ h \]ثابت پلانک،
\[ c \]سرعت نور و
\[ \lambda \]طول موج است.
کاربردهای سنسورهای نوری بسیار گسترده است: اندازه گیری نور محیط (برای تنظیم روشنایی صفحه)، ارتباطات فیبر نوری، اسکنرها، دستگاه های پزشکی (پالس اکسیمتر)، حسگرهای مجاورتی، انکودرها، طیف سنجی، و بسیاری موارد دیگر. انتخاب نوع سنسور به کاربرد (نیاز به سرعت، حساسیت، هزینه) بستگی دارد.
