Lichtsensoren – Arbeitsprinzipien, Typen und Anwendung

Im Allgemeinen wandeln Lichtsensoren Lichtenergie in elektrische Energie um und sind in verschiedenen Sektoren wie Smart Devices, Landwirtschaft und Sicherheit anwendbar.

Heute werden wir die verschiedenen Arten von Lichtsensoren und ihre Funktionsprinzipien besprechen.

Was sind Lichtsensoren?

Lichtsensoren sind passive photoelektrische Geräte, die Photonen (Lichtenergie wie Infrarot- oder sichtbares Licht) in elektrische Signale (Elektronen) umwandeln.

Der elektrische Signalausgang zeigt häufig die Lichtintensität nach Messung der Strahlungsenergie in einem hellen Spektralbereich an.

Wie funktionieren Lichtsensoren?

Das Arbeitsprinzip für alle Lichtsensortypen ist die Erzeugung von Spannung/Strom als Reaktion auf eine Eingangslichtenergie. Sie haben jedoch insbesondere unterschiedliche Betriebsmodi.

Sehen wir uns nun im folgenden Abschnitt die Vielfalt der Arbeitsprinzipien in bestimmten Lichtsensoren an.

Arten von Lichtsensoren

Dazu gehören die folgenden.

Fotowiderstände (LDR)

(Photowiderstände)

Lichtabhängige Widerstände (LDRs) (Fotowiderstände) sind die wichtigsten Lichtsensoren, die in Lichtsensorschaltungen anwendbar sind.

Die Komponenten, aus denen Fotowiderstände bestehen, sind Cadmiumsulfidzellen, die fotoleitfähige Materialien mit hohem Widerstand sind. Darüber hinaus haben die Zellen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber nahem Infrarot und sichtbarem Licht.

Funktionsprinzip

Oft funktioniert ein Fotowiderstand ähnlich wie ein normaler Widerstand. Die Änderung des elektrischen Widerstands in Fotowiderständen hängt jedoch von der ihnen ausgesetzten Lichtmenge ab.

Deswegen;

• Es gibt einen höheren Widerstand zwischen den Cadmiumsulfidzellen, wenn die Lichtintensität einer Lichtquelle gering ist. Und umgekehrt.

Meistens werden Sie das obige Funktionsprinzip in Anwendungen wie Straßenlaternen bemerken. In solchen Fällen gibt es einen geringeren Widerstand aufgrund einer höheren Lichtintensität, daher keine Lichterzeugung während des Tages.

Fotodioden

(Fotodiode)

Fotodioden oder Fotosensoren sind unser zweiter Lichtsensortyp.

Im Gegensatz zu Fotowiderständen, die abhängig von der Widerstandsänderung arbeiten, haben Fotodioden eine komplexe Lichtanpassung. Stattdessen wandeln sie Lichtstärken in einen elektrischen Stromfluss um.

Hersteller stellen Photodioden aus Germanium- und Siliziummaterialien her. Die Sensoren haben auch Oberflächenbereiche, eingebaute Linsen und optische Filter.

Funktionsprinzip

Nachdem ein Lichtstrahl auf eine Photodiode trifft, lösen sich Elektronen. Folglich kommt es zur Bildung von Elektronenlöchern, die den Fluss von elektrischem Strom ermöglichen.

Hinweis; Der elektrische Strom ist direkt proportional zur Lichthelligkeit. Somit gipfelt helleres Licht in einem stärkeren elektrischen Strom.

Anwendungen

Aufgrund seines Arbeitsprinzips eignet es sich hauptsächlich für Anwendungen mit schnellen Änderungen des Lichtverhaltens.

Beispiele sind:

• In medizinischen Anwendungen wie Geräten für Analysezwecke und Messungen.
• In der Unterhaltungselektronik wie Rauchmelderanwendungen und CD-Playern.
• Solarenergiesysteme wie Sonnenkollektoren mit Solarzellen aus polykristallinem Silizium zur Stromversorgung von Häusern und Straßenschildern.

Fototransistoren

(Spannungsfototransistor)

Idealerweise ist ein Fototransistor ein Verstärker und eine Fotodiode mit Stromverstärkung. Der Verstärker ist ein bipolarer NPN-Transistor mit einem großen elektrisch nicht angeschlossenen Basisbereich. Einige haben jedoch möglicherweise die elektrische Verbindung, um die Lichtempfindlichkeit zu regulieren. Darüber hinaus hat das Außengehäuse der meisten Fototransistoren eine klare Linse oder ist transparent, um Licht auf den Basisübergang zu konzentrieren.

Die zusätzliche Verstärkung führt zu einer höheren Lichtempfindlichkeit (bis zu 50- oder 100-fach) bei Fototransistoren. Im Vergleich zu Fotodioden fehlt es jedoch an Empfindlichkeit gegenüber schwachem Licht.

Ihr Funktionsprinzip ähnelt dem einer Fotodiode.

Bewerbungen befinden sich in TV-Fernbedienungen, Lichtstrahlsensoren und Optoisolatoren.

Schaltplan eines Optoisolators  

Wie verwende ich einen Lichtsensor mit Arduino?

Wir zeigen Ihnen, wie Sie einen Lichtsensor mit einem Arduino integrieren.

(Foto-CMOS-Sensor und LCD-Bildschirm)

Erforderliche Komponenten

• Arduino-Board
• Hain-Basisschild
• Grove-LED-Leiste
• Hainlichtsensor

Für die Lichtsensorschaltung zu befolgende Hardwareschritte

• Schließen Sie zunächst den Hain-Lichtsensor an den AO-Port des Hain-Basisschilds an.
• Schließen Sie dann die Grove-LED-Leiste an den D2-Port der Grove-Basisabschirmung an. Sie können Ihren Hainlichtsensor auch direkt an das Arduino-Board anschließen.

(Arduino-Board)

• Drittens stecken Sie Ihren Hain-Base-Schild in den Arduino.
• Verwenden Sie schließlich ein USB-Kabel, um den Arduino mit einem PC zu verbinden.

Schlussfolgerung

Lichtsensoren sind passive Geräte, die den Lebensstandard verbessert haben, da sie viele Anwendungen haben. Das ist alles, was wir heute für die Lichtsensorik haben. Wenn Sie Klärungsbedarf haben, können Sie sich jederzeit an uns wenden.