مستشعر كهروضوئي

المستشعرات الكهروضوئية هي أجهزة كشف إلكترونية تحول الضوء ، أو أي تغير فيه، إلى إشارة إلكترونية. وتستطيع هذه المستشعرات رصد الإشعاع الكهرومغناطيسي من الأشعة تحت الحمراء وصولاً إلى الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 1 ]} وتُستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية، على سبيل المثال:

• مصابيح تضيء تلقائيًا عند حلول الظلام
• مستشعرات تحديد المواقع التي يتم تفعيلها عندما يعترض جسم ما شعاع الضوء
• خاصية الكشف عن الفلاش، لمزامنة فلاش الكاميرا مع فلاش آخر
• أجهزة استشعار كهروضوئية تكشف المسافة أو غياب أو وجود جسم ما

يحوّل المستشعر الضوئي أشعة الضوء إلى إشارات إلكترونية. يقيس كمية الضوء الفيزيائية ثم يترجمها إلى شكل يمكن قراءته بواسطة جهاز. عادةً ما يكون المستشعر الضوئي جزءًا من نظام أكبر يضم مصدر ضوء وجهاز قياس والمستشعر الضوئي نفسه. غالبًا ما يكون هذا النظام متصلًا بمحفز كهربائي. يستجيب المحفز لتغير الإشارة داخل المستشعر الضوئي. يستطيع المستشعر الضوئي قياس التغيرات الناتجة عن شعاع ضوئي واحد أو عدة أشعة. عند حدوث تغير، يعمل المستشعر الضوئي كمحفز كهروضوئي، وبالتالي يزيد أو يقلل من الخرج الكهربائي. يُمكّن المفتاح الضوئي من تبديل الإشارات في الألياف الضوئية أو الدوائر الضوئية المتكاملة بشكل انتقائي بين الدوائر. يمكن أن يعمل المفتاح الضوئي بوسائل ميكانيكية أو بتأثيرات كهروضوئية أو مغناطيسية ضوئية أو غيرها من الطرق.

توجد أنواع عديدة ومختلفة من أجهزة الاستشعار البصرية، وأكثر الأنواع شيوعًا هي: ^{[ 2 ]}

• تقوم الأجهزة الكهروضوئية بتحويل تغير الضوء الساقط إلى تغير في المقاومة.
• تقوم الخلايا الكهروضوئية ، والمعروفة باسم الخلايا الشمسية، بتحويل كمية من الضوء الساقط إلى جهد خرج.
• تقوم الثنائيات الضوئية بتحويل كمية من الضوء الساقط إلى تيار خرج.
• الترانزستورات الضوئية هي نوع من الترانزستورات ثنائية القطب حيث يكون وصلة القاعدة-المجمع معرضة للضوء. ينتج عن ذلك نفس سلوك الثنائي الضوئي، ولكن مع كسب داخلي.

تُستخدم المفاتيح الضوئية عادةً في الألياف الضوئية ، حيث يُستخدم التأثير الكهروضوئي لتحويل دائرة كهربائية إلى أخرى. ويمكن تنفيذ هذه المفاتيح باستخدام أنظمة كهروميكانيكية دقيقة أو أنظمة كهرضغطية ، على سبيل المثال.

تُستخدم المستشعرات الكهروضوئية كلما دعت الحاجة إلى تحويل الضوء إلى طاقة. ولهذا السبب، يمكن رؤية هذه المستشعرات في كل مكان تقريبًا. ومن التطبيقات الشائعة لها الهواتف الذكية حيث تُستخدم المستشعرات لضبط سطوع الشاشة، والساعات الذكية حيث تُستخدم المستشعرات لقياس معدل ضربات قلب المستخدم.

تُستخدم المستشعرات الضوئية في قطاع الطاقة لمراقبة المنشآت التي تولد وتنتج وتوزع وتحول الطاقة الكهربائية. وبفضل طبيعتها الموزعة وغير الموصلة، تُعد المستشعرات الضوئية مثالية لتطبيقات النفط والغاز، بما في ذلك مراقبة خطوط الأنابيب. كما تُستخدم أيضًا في مراقبة شفرات توربينات الرياح، والمنصات البحرية، وخطوط نقل الطاقة، والآبار. وتشمل تطبيقاتها الأخرى مجالات الهندسة المدنية والنقل، مثل مراقبة الجسور، وممرات هبوط الطائرات، والسدود، والسكك الحديدية، والطائرات، وأجنحتها، وخزانات الوقود، وهياكل السفن.

من بين التطبيقات الأخرى، يمكن العثور على المفاتيح الضوئية في الطرق الحرارية التي تغير معامل الانكسار في أحد أجزاء مقياس التداخل من أجل تبديل الإشارة، ونهج MEMS التي تتضمن مصفوفات من المرايا الدقيقة التي يمكنها تحويل الإشارة الضوئية إلى جهاز الاستقبال المناسب، والبلورات السائلة لتوجيه الحزمة الكهروإجهادية التي تدور الضوء المستقطب اعتمادًا على المجال الكهربائي المطبق، والطرق الصوتية الضوئية التي تغير معامل الانكسار نتيجة للإجهاد الناجم عن المجال الصوتي لتحويل الضوء.

ومن التطبيقات المهمة الأخرى للمستشعر البصري قياس تركيز المركبات المختلفة باستخدام كل من التحليل الطيفي المرئي والأشعة تحت الحمراء .

• مستشعر التصوير