ما هو مستشعر الإضاءة؟ شرح مفهوم الإضاءة وشدة الضوء

ما هو مستشعر الإضاءة؟ شرح مفهوم الإضاءة وشدة الضوء

مستشعر الإضاءة هو نوع من المستشعرات التي تحول شدة الإضاءة إلى إشارة كهربائية، ووحدة قياس قيمة الخرج هي اللوكس. يُستخدم جهاز إرسال الإضاءة في العديد من الصناعات، مثل مراقبة الإضاءة في البيئات المختلفة كالبيوت الزراعية، وأعمدة الإنارة في الشوارع، ومحطات الأرصاد الجوية الآلية.

يعتمد مستشعر الإضاءة، من حيث مبدأ عمله، على تأثير البقعة الساخنة. يستخدم هذا المستشعر مكونات استشعار عالية الاستجابة للضوء الخافت. تشبه عناصر الاستشعار هذه المصفوفة الحساسة للضوء في الكاميرا، مع طبقة طلاء داخلية. سطح المصفوفة الحرارية متعددة التلامس مطلي بطبقة سوداء ذات امتصاصية عالية. تقع الوصلة الساخنة على سطح الاستشعار، بينما تقع الوصلة الباردة داخل المستشعر. تولد الوصلتان جهدًا كهروحراريًا. في النطاق الخطي، تتناسب إشارة الخرج طرديًا مع الإشعاع الشمسي. يمر الضوء المرئي عبر المرشح، فيسلط على الصمام الثنائي الضوئي، الذي يحوله إلى إشارة كهربائية تتناسب مع شدة الإضاءة المرئية. ثم تدخل هذه الإشارة الكهربائية إلى معالج المستشعر لإخراج الإشارة الثنائية المطلوبة.

بالطبع، توجد فئات عديدة من مستشعرات الإضاءة، وبعضها يُحسّن البنية المذكورة أعلاه، خاصةً لتقليل تأثير درجة الحرارة. كما تستخدم هذه المستشعرات دوائر تعويض درجة الحرارة، مما يُحسّن بشكل كبير من حساسيتها وقدرتها على الكشف.

كثيرًا ما يُخلط بين مفهوم "الإضاءة" ومفهوم "شدة الضوء". في الواقع، لا يوجد مفهوم "شدة الضوء" في علم القياس الضوئي. تشمل المفاهيم الشائعة للكميات البصرية شدة الإضاءة، والإضاءة، وخرج الضوء، والسطوع. "شدة الضوء" مجرد مصطلح شائع، ويصعب تحديد المفهوم الضوئي الذي يُقابله.

العديد من المفاهيم المذكورة أعلاه لها تعريفات فيزيائية دقيقة:

شدة الإضاءة: التدفق الضوئي المنبعث من مصدر الضوء في وحدة الزاوية المجسمة، والوحدة هي الكانديلا، أي 1 لومن لكل ستراديان.

الإضاءة: التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة من السطح المضاء، والوحدة هي لوكس، أي 1 لومن لكل متر مربع.

ناتج الضوء: التدفق الضوئي المنبعث من وحدة مساحة مصدر الضوء، والوحدة هي نفسها وحدة الإضاءة.

الإضاءة: شدة الإضاءة على طول الاتجاه العمودي على وحدة مساحة، أو التدفق الضوئي المنبعث من وحدة مساحة في زاوية مجسمة واحدة في اتجاهها العمودي، والوحدة هي نيت، أي 1 لومن لكل متر مربع لكل ستراديان.

بما أن شدة الإضاءة والسطوع مرتبطان بالاتجاه، فمن السهل استنتاج أن شدة إضاءة مصدر ضوئي متساوي السطوع في جميع الاتجاهات هي دالة جيب تمام الاتجاه، وتكون شدة الإضاءة أكبر ما يمكن في الاتجاه العمودي، ويُسمى هذا المصدر مشع جيب التمام، أو مصدر ضوء لامبرتي. أما سطوع مصدر ضوئي متساوي الشدة في جميع الاتجاهات فهو غير متساوٍ.

تستخدم جميع هذه الكميات البصرية التدفق الضوئي، وهو الكمية البصرية المقابلة لتدفق الطاقة الإشعاعية، لأن الضوء نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي. ويختلف التدفق الضوئي المكافئ لتدفق طاقة إشعاعية مقداره 1 واط من الموجات الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية المختلفة. عند التحويل إلى التدفق الضوئي، يجب مراعاة منحنى الحساسية الطيفية للعين البشرية، أي أن العين البشرية لا تدرك نفس تدفق الطاقة الإشعاعية للأطوال الموجية المختلفة. وبالمثل، فإن الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة والأشعة فوق البنفسجية، وما إلى ذلك، غير مرئية للعين البشرية، بينما يكون الضوء المرئي ذو الطول الموجي من 400 نانومتر إلى 760 نانومتر مرئيًا للعين البشرية.

في علم البصريات الفيزيائية، يُشار أيضاً إلى "شدة الضوء". ويستخدم هذا العلم معادلات ماكسويل لحساب متجه المجال الكهربائي للضوء. مربع شدة المجال الكهربائي هو شدة الضوء في علم البصريات الفيزيائية، ويُستخدم بشكل أساسي لحساب الأنماط الناتجة عن تأثيرات التداخل والحيود.

يُعدّ مفهوم شدة الضوء مفهوماً غامضاً نسبياً في مختلف فروع علم البصريات ذات الصلة. وتختلف الآراء بين هذه الفروع، فبعضها يُعادل شدة الإضاءة، وبعضها الآخر يُعادل الإضاءة، وبعضها يُعادل السطوع.

تحيط سحابة من حالات فشل أنظمة مراقبة البيئة بعالم أجهزة الاستشعار الأصلية على وجه الخصوص، وذلك ببساطة لأن الناس لا يولون اهتمامًا كافيًا لحلول أجهزة الاستشعار كما ينبغي.

نقدم قيمة مضافة لعملائنا من خلال توفير منتجات موثوقة وفعالة كحلول استشعار.

إن زيادة وعي المستهلكين وتزايد الاهتمام بتحسين أنظمة الرصد البيئي يدفعان سوق المنتجات.