光傳感器看起來非常簡單。它們感測  的光，就像一個溫度計感測的溫度，和速度計的感官速度。溫度和速度很容易理解，因為我們以直截了當(dāng)?shù)姆绞礁兄�它們。但是光非常�?fù)雜。溫度和速度是密集的屬性，因此它們不取決于物體的質(zhì)量或大小�？梢詫⒐庾鳛橐环N廣泛的屬性進(jìn)行測量，這意味著收集的總光取決于收集器的大小（例如，垃圾填埋場的太陽能電池陣列比微型太陽能電話充電器收集的光更多），或通過除以面積而集中地進(jìn)行測量。

但是光傳感器甚至在測量什么？光子？能源？情況很復(fù)雜。在嘗試?yán)斫夤鈧鞲衅髦�前，必須先理解這些單元。

光傳感器單元

在我們正確理解光傳感器以及如何應(yīng)用它們之前，我們需要能夠量化光。不幸的是，光的測量使用了一些奇怪的單位。例如，燈泡通常使用流明來評級，但是光傳感器通常以勒克斯為單位進(jìn)行測量。最重要的是，流明和勒克斯都基于稱為坎德拉的奧術(shù)基礎(chǔ)單位。

坎德拉

該單位用于描述發(fā)光強度，這就是人眼看起來很強的光。它基于SI官方公式，該公式根據(jù)人眼對光束的敏感程度來加權(quán)光束中的每個波長。光束的發(fā)光強度越高，人眼對其越敏感。（坎德拉以前被稱為“蠟燭”，普通蠟燭的發(fā)光強度大約是一個坎德拉。聰明，對嗎？）坎德拉不用于比較燈泡和手電筒的原因是光束的強度不僅取決于燈泡的輸出，還有多少輸出集中在特定方向上。大多數(shù)手電筒在燈泡后方使用鏡子將更多的光聚集在輸出方向上，因此顯得更亮。這意味著燈泡在一個方向上具有更高的強度，同時使用相同數(shù)量的功率并發(fā)出相同總量的光。為了正確測量燈泡的輸出，我們需要一個新的單位：流明。

流明

流明用于測量總光通量的燈泡。這是發(fā)光強度（以坎德拉為單位）和光束填充的立體角（以弧度為單位）的乘積。朝各個方向發(fā)光的燈泡的發(fā)光強度可能為10坎德拉，如果將其乘以完整的4π球形弧度，其光通量將為126流明。像手電筒內(nèi)部一樣，燈泡一側(cè)的鏡子會由于燈泡輸出一半的反射而使另一側(cè)顯得更亮。光的強度將增加一倍，達(dá)到20坎德拉，但立體角將減少一半，降至2π球面度。將與反光鏡相對的光的強度與新的立體角相乘仍將得到126流明的光通量。無論光線如何反射和聚集，該燈泡始終會產(chǎn)生126流明的光通量。

勒克斯

如果燈泡使用流明來額定，為什么光傳感器必須使用其他單位？這就是音樂家不聽音樂會的原因。當(dāng)從德雷克的眼睛一英寸遠(yuǎn)處照射時，單個手電筒可能看起來很刺眼，但是指向舞臺的大量電話手電筒根本不亮。因為光線在離開電話時會散射，所以只有少量光線會在舞臺上照射到他的眼睛。隨著物體遠(yuǎn)離光源，其接收到的光的份額也減小。為了正確地測量表面所感知的光通量（稱為照度），我們使用一個稱為勒克斯的單位，它等于每平方米一個流明。在距光源相同的距離下，一個1平方米的薄片要經(jīng)受與10平方米的薄片相同的照度。如果測量流明中的光通量，則較大的紙張會收集十倍的光，但是它的面積也一樣大，因此照度是相同的。如果片材朝著光源移動，則每個片材占據(jù)的立體角增加，因此照度也增加。光的強度是恒定的，并且薄片的面積是恒定的，但是所占據(jù)的立體角增加了，因此增加了它們接收的照度。光傳感器必須測量照度，因為它表示投射在單位區(qū)域上的光，并且因為它們不知道它們占據(jù)了什么立體角。

用于光傳感器

放置檢測

光傳感器測量照度，該照度可用于測量比光源的亮度更多的照度。因為隨著傳感器遠(yuǎn)離穩(wěn)定的光，照度會降低，因此可以使用光傳感器測量距光源的相對距離。

圖1：該圖顯示照度與距離

光傳感器幾乎總是平坦的一側(cè)表面，因此從光源角度看，傳感器占據(jù)的立體角可以根據(jù)其方向而變化。由于光傳感器垂直于光的方向，因此占據(jù)了最大的立體角。隨著光傳感器旋轉(zhuǎn)離開光，其立體角減小，因此照度也減小，直到光傳感器在平行于光束或背向光束時最終未檢測到直接照度。該事實可用于確定光束在傳感器上的入射角。

圖2：該圖顯示照度與角度

亮度控制

光傳感器有很多用途。我們?nèi)粘Ｉ�活中最常見的用途是手機和平板電腦�，F(xiàn)在，大多數(shù)便攜式個人電子產(chǎn)品都具有用于調(diào)節(jié)亮度的環(huán)境光傳感器。如果設(shè)備可以感覺到它在暗處，則可以降低屏幕亮度以節(jié)省電量，而不會因為屏幕非常亮而使用戶感到驚訝。

光傳感器的另一個常見用途是控制汽車和路燈中的自動照明。在室外較暗的情況下，使用光傳感器觸發(fā)燈泡可節(jié)省開燈的麻煩，并在太陽足夠明亮的日子節(jié)省電力。

安全

但是，除了方便消費者外，還有更多用途。檢測入侵到容器或房間是重要的安全應(yīng)用程序。當(dāng)運輸昂貴的貨物時，重要的是要知道何時打開了運輸集裝箱，以便可以更輕松地解決涉及產(chǎn)品損失的情況。每次打開容器時，都可以使用便宜的光敏電阻記錄日志，因此可以確定小偷在突擊搜查過程中的什么時候，或者發(fā)件人是否不誠實并聲稱容器必須被搶劫。

雖然光傳感器是唯一可以提供有意義的光數(shù)據(jù)的產(chǎn)品，但許多其他商品對光敏感。例如，紙上的繪畫和照片以及較舊的藝術(shù)品可能會由于暴露在陽光下而受到損壞，因此，重要的是要知道它們暴露于多少光下。運輸藝術(shù)品時，可以使用光傳感器來驗證它沒有在陽光下放置太長時間。

規(guī)劃

光傳感器也可以用于將藝術(shù)品放置在永久位置。博物館入口或窗戶附近的區(qū)域可能對某些特定材料的日光太苛刻，因此可以使用光傳感器適當(dāng)?shù)囟ㄎ凰囆g(shù)品。這類似于在房屋或野外放置太陽能電池陣列的方法。如果不會在陽光直射的地方安裝和安裝太陽能電池板，則毫無意義，因此可以使用光傳感器找到陽光直射最強的最佳位置。（正如我提到的，太陽能電池板只是一個非常大的光傳感器，但是使用手持設(shè)備測試日光比使用太陽能電池板本身更容易。）

農(nóng)業(yè)

陽光對農(nóng)業(yè)，特別是在缺水的美國西部地區(qū)具有重要意義。不同的農(nóng)作物需要不同量的陽光，因此，重要的是要知道哪些土地的暴露量最大。由于猶他州等地的水供應(yīng)越來越緊張，農(nóng)民有財政和社會義務(wù)限制用水量，同時又要保持作物的水合作用。采取的一種策略是在午后或傍晚給農(nóng)作物澆水，以避免在土壤和植物能夠適當(dāng)吸收水之前，烈日將水煮掉�？梢允褂霉鈧鞲衅髯詣庸芾頌⑺�系統(tǒng)，僅在太陽不是最亮?xí)r澆水。與其他天氣監(jiān)控設(shè)備結(jié)合使用以收集有關(guān)溫度，壓力和濕度的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)不僅可以在昏暗的陽光下澆水，

光傳感器如何工作

既然您了解了量化光的單位的混亂情況，我們就可以開始了解如何使用光傳感器確定照度。

光電二極管

光傳感器有時會使用稱為光電二極管的組件來測量照度。當(dāng)光束撞擊光電二極管時，它們趨向于使電子散落，導(dǎo)致電流流動。光線越亮，電流越強。然后可以測量電流以返回光的照度。如果聽起來很像光感應(yīng)電流，那是因為這是用于為路標(biāo)和房屋供電的太陽能電池板的工作原理。太陽能電池板基本上是非常大的光電二極管光傳感器。  

光敏電阻

光傳感器的另一種類型是  光敏電阻。 光電電阻是與光有關(guān)的電阻，這意味著，如果照在其上的光的亮度發(fā)生變化，則電阻也會發(fā)生變化。光敏電阻比光敏二極管便宜，但準(zhǔn)確度要低得多，因此它們通常用于比較相對光強度或只是比較光是開還是關(guān)。

可用的光傳感器

如前所述，光傳感器（光敏電阻和光電二極管）用途廣泛，而且價格也不昂貴，因此，從基本組件到高精度數(shù)據(jù)記錄儀，都有許多選擇。

一種收集照度數(shù)據(jù)的方法是使用常見的小型計算平臺，例如Arduino或Raspberry Pi。使用這些平臺測量照度很有用，因為編程和與計算機的連接非常簡單，并且光敏電阻的價格非常便宜。另外，可以將光傳感器與其他數(shù)據(jù)收集硬件一起使用。但是，這樣的系統(tǒng)不是非常準(zhǔn)確或用戶友好。

亞馬遜有很多通常用于攝影的消費者照度計。它們都很緊湊，易于使用，數(shù)據(jù)實時顯示在屏幕上，并且刷新率都很高，只有幾赫茲。這些可能最適合用來比較室內(nèi)房間之間的相對亮度，但是大多數(shù)房間的范圍很廣，因此戶外使用也是一種選擇。

實際上，我們實際上將光傳感器作為enDAQ傳感器的一部分出售。它使用Si1133光電二極管，并在設(shè)備上記錄照度數(shù)據(jù)以及加速度，溫度和壓力數(shù)據(jù)。因為照度以燭臺為基本單位，所以需要調(diào)整光的測量以解決不可見的電磁輻射。Si1133通過分別測量紅外光并使用其來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整照度數(shù)據(jù)來實現(xiàn)此目的。enDAQ傳感器的光傳感器還可以測量可見光之外的紫外線指數(shù)。