Was ist ein Lichtsensor?
Ein Lichtsensor ist ein fotoelektrisches Instrument, das Lichtenergie oder Photonen (die vom Infrarot- bis zum Ultraviolettspektrum reichen können) in ein elektrisches Signal (Elektronen) umwandelt. Der Lichtsensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal mit einer Energie, die der eingegebenen Lichtenergie entspricht. Lichtsensoren werden auch als Fotosensoren oder fotoelektrische Sensoren bezeichnet.
Inhalte
- Was ist das Prinzip von Lichtsensoren?
- Wie funktioniert ein Lichtsensor?
- Welche Arten von Lichtsensoren gibt es?
- Was sind die Anwendungen eines Lichtsensors?
Was ist das Prinzip von Lichtsensoren?
Das Arbeitsprinzip des Lichtsensors basiert auf einem internen photoelektrischen Effekt, der besagt, dass beim Beschuss von Lichtenergie oder Photonen auf eine Metalloberfläche die freien Elektronen aus dem Metall angeregt werden und herausspringen können, was zu einem Elektronenfluss oder elektrischem Strom führt . Die erzeugte Strommenge hängt von der Energie des Photons (dh der Wellenlänge des Lichts) ab. Die Emission von Elektronen von der Metalloberfläche erfolgt erst, nachdem das Licht eine bestimmte Schwellenfrequenz erreicht hat, die der minimalen Energie entspricht, die die Elektronen zum Aufbrechen der Metallbindungen benötigen.
Wie funktioniert ein Lichtsensor?
Der Lichtsensor besteht aus einer sehr hochpräzisen Lichtschranke. Im Inneren des Lichtschranks befindet sich eine kleine flache Metallplatte, die aus „zwei Nadeltuben“ besteht. Der Aufprall von Licht auf die Enden der photoelektrischen Röhre, wenn ein umgekehrter fester Druck angelegt wird, führt zur Freisetzung von Elektronen oder elektrischem Strom. Die Erzeugung von elektrischem Strom oder die Änderung des elektrischen Stroms zeigt das Vorhandensein von Lichtenergie, dh sie erfasst Licht.
Welche Arten von Lichtsensoren gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Lichtsensoren. Diese Sensoren können entweder Energie in Gegenwart von Licht oder verschiedene andere elektrische Eigenschaften erzeugen. Die gebräuchlichsten Arten von Lichtsensoren sind Photovoltaikzellen, Fotodioden, Fotowiderstände und Fototransistoren.
Photovoltaik-Zellen:
Photovoltaikzellen folgen, wie der Name schon sagt, dem Prinzip des photovoltaischen Effekts zur direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Diese Zellen erzeugen eine elektromotorische Kraft proportional zur empfangenen Strahlungsenergie. Die gängigsten Single-Junction-Siliziumzellen erzeugen eine maximale Leerlaufspannung von etwa 0.5 bis 0.6 Volt. Solarzellen verwenden Selen als photovoltaisches Material.
Neben der Erzeugung und Speicherung elektrischer Energie fungieren Photovoltaikzellen auch als Fotodetektoren. Fotoleitende Zellen und fotoemittierende Zellen stellen ebenfalls eine ähnliche Funktion bereit.
Fotodioden:
Fotodiodenlichtsensoren sind Dioden, die Lichtenergie in einen Elektronenfluss umwandeln. Fotodioden sind mit den üblichen PN-Sperrschichtdioden vergleichbar, aber anstelle eines undurchsichtigen Gehäuses verfügen diese Dioden über eine transparente Linse zum Fokussieren von Licht auf den PN-Sperrschichtübergang. Diese Dioden sind empfindlicher gegenüber Licht mit längeren Wellenlängen, dh Licht, das zum Rot- und Infrarotspektrum gehört, als zum sichtbaren oder ultravioletten Spektrum. Silizium und Germanium sind die am häufigsten verwendeten Materialien in solchen Dioden. Da Fotodioden gegenüber Infrarotlicht empfindlich sind, bieten sie viele Anwendungen in der Medizin.
Fotowiderstände:
Fotowiderstände sind auch bekannt als lichtabhängige Widerstände oder LDR. Fotowiderstände sind Geräte, deren Widerstand je nach Menge der empfangenen Lichtenergie variiert. Je geringer die Lichtintensität ist, desto höher ist der Widerstand. Dies liegt daran, dass mehr Licht (Intensität) mehr Elektronenfluss und damit weniger Widerstand gewährleistet. Cadmiumsulfidzellen (ein hochohmiges Halbleitermaterial), das gegenüber Infrarotlicht empfindlich ist, werden hauptsächlich in Fotowiderständen verwendet. Manchmal werden auch Materialien wie Indiumantimonid (InSb), Bleiselenid (PbSe) und Bleisulfid (PbS) verwendet. Fotowiderstände benötigen erheblich länger (etwa einige Sekunden), um auf das belichtete Licht zu reagieren.
Fototransistoren:
Fototransistoren können als Fotodioden mit Verstärkung bezeichnet werden. Fototransistoren haben einen in Sperrrichtung vorgespannten PN-Übergang auf Kollektorbasis, der der Strahlungslichtenergiequelle ausgesetzt ist. Fototransistoren sind aufgrund der Verstärkung viel empfindlicher (etwa 50- bis 100-mal) als Fotodioden. Fototransistoren haben bipolare NPN-Transistoren, deren Basisbereich elektrisch nicht verbunden ist. Hier wird die Strahlungslichtenergie durch eine transparente Linse auf den Basisübergang fokussiert. Fototransistoren sind in Mobiltelefonen und Automobilen weit verbreitet.
Was sind die Anwendungen eines Lichtsensors?
Im Laufe der Jahre wurden Lichtsensoren für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel:
Solarzellen:
Photovoltaikzellen werden üblicherweise als Solarzellen zur Stromerzeugung eingesetzt. Im Laufe der Jahre, als die Nutzung erneuerbarer Energiequellen immer beliebter wurde, spielen Solarzellen eine äußerst wichtige Rolle. Mit der Erfindung von Solarzellen war es möglich, entfernte Orte mit elektrischer Energie zu versorgen.
Unterhaltungselektronik:
Lichtsensoren dienen zur Ausführung einer Vielzahl von Funktionen in Smartphones und Tablets. Die in Smartphones vorhandenen Bewegungssensoren und automatischen Helligkeitssensoren verwenden Lichtdetektoren wie Fototransistoren. Fernbedienungsgeräte, die im Infrarotlicht arbeiten, verwenden zur Ausführung ihrer Funktionen auch Fotodioden.
Automobile:
Lichtsensoren oder Lichtdetektoren werden in Kraftfahrzeugen zur Erfassung des Umgebungslichts verwendet. Diese Melder schalten die Autolichter automatisch ein, wenn es dunkel wird. Heutzutage werden Lichtdetektoren auch verwendet, um sicheres Fahren und Parken in mehreren Automodellen zu gewährleisten.
Sicherheitsgeräte:
Lichtsensoren werden üblicherweise zur Verarbeitung von Frachtgütern verwendet, um sicherzustellen, ob die Kartons ordnungsgemäß versiegelt sind oder nicht. Verschiedene Arten von Bewegungssensoren verwenden auch Lichtdetektoren, die die Variation der Belichtung erfassen. Fotodioden werden auch in Rauchmeldern verwendet, die in Büros, Flughäfen, Zügen usw. vorhanden sind.
Landwirtschaftliche Geräte:
Mit der technologischen Entwicklung haben Lichtsensoren auch zum Bereich der Landwirtschaft beigetragen. Diese Sensoren erfassen die Menge des Umgebungslichts, um das Sprinkler-Bewässerungssystem zu aktivieren. Lichtsensoren aktivieren die Sprinkler nur, wenn die Intensität des Sonnenlichts geringer ist, um eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr der Pflanzen zu gewährleisten.
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