فوتوايي سنسور

تعریف

انتقال‌دهنده نوری-برقی دستگاهی از مواد نیمه‌رسانا است که انرژی نوری را به انرژی برقی تبدیل می‌کند. این دستگاه از عنصری حساس به نور استفاده می‌کند که وقتی با نور برخورد می‌کند الکترون‌ها را آزاد می‌کند، و این امر خواص الکتریکی عنصر را تغییر می‌دهد و جریانی متناسب با شدت نور جذب شده القاء می‌کند. شماتیک زیر ساختار ماده نیمه‌رسانا را نشان می‌دهد.

انتقال‌دهنده نوری-برقی نور پرتوی بر روی ماده نیمه‌رسانا خود جذب می‌کند. این جذب انرژی الکترون‌های ماده را افزایش می‌دهد و آن‌ها را به حرکت درمی‌آورد. حرکت الکترون‌ها یکی از سه تأثیر زیر را ایجاد می‌کند:

• تغییر مقاومت ماده.

• تغییر جریان خروجی نیمه‌رسانا.

• تغییر ولتاژ خروجی نیمه‌رسانا.

طبقه‌بندی انتقال‌دهنده‌های نوری-برقی

انتقال‌دهنده‌های نوری-برقی به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

سلول فوتوامیسیو

سلول فوتوامیسیو فوتون‌ها را به انرژی برقی تبدیل می‌کند. این سلول شامل یک میله آند و یک صفحه کاتد است که هر دو با ماده‌ای فوتوامیسیوی مانند سزیوم آنتیمون پوشیده شده‌اند.

وقتی نور پرتوی به صفحه کاتد برخورد می‌کند، الکترون‌ها از کاتد به آند شروع به جریان می‌کنند. هر دو آند و کاتد در یک لوله مسدود و ناپрозраق قرار دارند. وقتی نور پرتوی به لوله مسدود می‌رسد، الکترون‌ها از کاتد آزاد می‌شوند و به سمت آند حرکت می‌کنند.

آند در پتانسیل مثبت نگهداری می‌شود که باعث می‌شود جریان فوتوالکتریک از آن عبور کند. مقدار این جریان مستقیماً متناسب با شدت نوری است که از لوله عبور می‌کند.

سلول فوتوکاندکتیو

سلول فوتوکاندکتیو انرژی نوری را به جریان برقی تبدیل می‌کند. این سلول از مواد نیمه‌رسانا مانند سلنید کادمیوم، ژرمانیوم (Ge) یا سلنیوم (Se) به عنوان عنصر حساس به نور استفاده می‌کند.

وقتی پرتو نور به ماده نیمه‌رسانا برخورد می‌کند، رسانایی آن افزایش می‌یابد و ماده مانند یک کلید بسته عمل می‌کند. جریان سپس از ماده عبور می‌کند و نشان‌گر متر را می‌چرخاند.

سلول فوتوولتائیک

سلول فوتوولتائیک نوعی از انتقال‌دهنده‌های فعال است. جریان زمانی در سلول فوتوولتائیک شروع می‌شود که بار به آن متصل می‌شود. سیلیکون و سلنیوم به طور معمول به عنوان مواد نیمه‌رسانا استفاده می‌شوند. وقتی ماده نیمه‌رسانا نور (نه گرما) جذب می‌کند، الکترون‌های آزاد آن شروع به حرکت می‌کنند - پدیده‌ای که به تأثیر فوتوولتائیک معروف است.

حرکت الکترون‌ها جریانی در سلول ایجاد می‌کند که به جریان فوتوالکتریک معروف است.

فوتودیود

فوتودیود دستگاهی از مواد نیمه‌رسانا است که نور را به جریان تبدیل می‌کند. وقتی فوتودیود انرژی نوری جذب می‌کند، الکترون‌های موجود در ماده نیمه‌رسانا آن شروع به حرکت می‌کنند. فوتودیود زمان پاسخ بسیار کوتاهی دارد و برای کار در حالت معکوس طراحی شده است.

فوتوترانزیستور

فوتوترانزیستور دستگاهی است که انرژی نوری را به انرژی برقی تبدیل می‌کند و هم جریان و هم ولتاژ تولید می‌کند.

سلول فوتوولتائیک

سلول فوتوولتائیک دستگاهی دو قطبی است که از ماده نیمه‌رسانا تشکیل شده و در ظرفی شفاف قرار دارد تا نور به راحتی به عنصر حساس به نور برسد. وقتی عنصر نور را جذب می‌کند، جریانی از پایه به امیتر دستگاه شروع می‌شود که سپس به ولتاژ تبدیل می‌شود.