光傳感器看起來(lái)非常簡(jiǎn)單。它們感測(cè) 的光，就像一個(gè)溫度計(jì)感測(cè)的溫度，和速度計(jì)的感官速度。溫度和速度很容易理解，因?yàn)槲覀円灾苯亓水?dāng)?shù)姆绞礁兄鼈儭５枪夥浅?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。可以將光作為一種廣泛的屬性進(jìn)行測(cè)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(chǎng)的太陽(yáng)能電池陣列比微型太陽(yáng)能電話(huà)充電器收集的光更多），或通過(guò)除以面積而集中地進(jìn)行測(cè)量。
但是光傳感器甚至在測(cè)量什么？光子？能源？情況很復(fù)雜。在嘗試?yán)斫夤鈧鞲衅髦埃仨毾壤斫膺@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(cè)量使用了一些奇怪的單位。例如，燈泡通常使用流明來(lái)評(píng)級(jí)，但是光傳感器通常以勒克斯為單位進(jìn)行測(cè)量。最重要的是，流明和勒克斯都基于稱(chēng)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(qiáng)度，這就是人眼看起來(lái)很強(qiáng)的光。它基于SI官方公式，該公式根據(jù)人眼對(duì)光束的敏感程度來(lái)加權(quán)光束中的每個(gè)波長(zhǎng)。光束的發(fā)光強(qiáng)度越高，人眼對(duì)其越敏感。（坎德拉以前被稱(chēng)為“蠟燭”，普通蠟燭的發(fā)光強(qiáng)度大約是一個(gè)坎德拉。聰明，對(duì)嗎？）坎德拉不用于比較燈泡和手電筒的原因是光束的強(qiáng)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(gè)方向上具有更高的強(qiáng)度，同時(shí)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(cè)量燈泡的輸出，我們需要一個(gè)新的單位：流明。
流明
流明用于測(cè)量總光通量的燈泡。這是發(fā)光強(qiáng)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(gè)方向發(fā)光的燈泡的發(fā)光強(qiáng)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(huì)由于燈泡輸出一半的反射而使另一側(cè)顯得更亮。光的強(qiáng)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(duì)的光的強(qiáng)度與新的立體角相乘仍將得到126流明的光通量。無(wú)論光線(xiàn)如何反射和聚集，該燈泡始終會(huì)產(chǎn)生126流明的光通量。
勒克斯
如果燈泡使用流明來(lái)額定，為什么光傳感器必須使用其他單位？這就是音樂(lè)家不聽(tīng)音樂(lè)會(huì)的原因。當(dāng)從德雷克的眼睛一英寸遠(yuǎn)處照射時(shí)，單個(gè)手電筒可能看起來(lái)很刺眼，但是指向舞臺(tái)的大量電話(huà)手電筒根本不亮。因?yàn)楣饩€(xiàn)在離開(kāi)電話(huà)時(shí)會(huì)散射，所以只有少量光線(xiàn)會(huì)在舞臺(tái)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(cè)量表面所感知的光通量（稱(chēng)為照度），我們使用一個(gè)稱(chēng)為勒克斯的單位，它等于每平方米一個(gè)流明。在距光源相同的距離下，一個(gè)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(cè)量流明中的光通量，則較大的紙張會(huì)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(dòng)，則每個(gè)片材占據(jù)的立體角增加，因此照度也增加。光的強(qiáng)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(cè)量照度，因?yàn)樗硎就渡湓趩挝粎^(qū)域上的光，并且因?yàn)樗鼈儾恢浪鼈冋紦?jù)了什么立體角。
用于光傳感器
放置檢測(cè)
光傳感器測(cè)量照度，該照度可用于測(cè)量比光源的亮度更多的照度。因?yàn)殡S著傳感器遠(yuǎn)離穩(wěn)定的光，照度會(huì)降低，因此可以使用光傳感器測(cè)量距光源的相對(duì)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(kāi)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(shí)最終未檢測(cè)到直接照度。該事實(shí)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钪凶畛Ｒ?jiàn)的用途是手機(jī)和平板電腦。現(xiàn)在，大多數(shù)便攜式個(gè)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(jué)到它在暗處，則可以降低屏幕亮度以節(jié)省電量，而不會(huì)因?yàn)槠聊环浅Ａ炼褂脩?hù)感到驚訝。
光傳感器的另一個(gè)常見(jiàn)用途是控制汽車(chē)和路燈中的自動(dòng)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(kāi)燈的麻煩，并在太陽(yáng)足夠明亮的日子節(jié)省電力。
安全
但是，除了方便消費(fèi)者外，還有更多用途。檢測(cè)入侵到容器或房間是重要的安全應(yīng)用程序。當(dāng)運(yùn)輸昂貴的貨物時(shí)，重要的是要知道何時(shí)打開(kāi)了運(yùn)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(kāi)容器時(shí)，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(guò)程中的什么時(shí)候，或者發(fā)件人是否不誠(chéng)實(shí)并聲稱(chēng)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(duì)光敏感。例如，紙上的繪畫(huà)和照片以及較舊的藝術(shù)品可能會(huì)由于暴露在陽(yáng)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(yùn)輸藝術(shù)品時(shí)，可以使用光傳感器來(lái)驗(yàn)證它沒(méi)有在陽(yáng)光下放置太長(zhǎng)時(shí)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(hù)附近的區(qū)域可能對(duì)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(lèi)似于在房屋或野外放置太陽(yáng)能電池陣列的方法。如果不會(huì)在陽(yáng)光直射的地方安裝和安裝太陽(yáng)能電池板，則毫無(wú)意義，因此可以使用光傳感器找到陽(yáng)光直射最強(qiáng)的最佳位置。（正如我提到的，太陽(yáng)能電池板只是一個(gè)非常大的光傳感器，但是使用手持設(shè)備測(cè)試日光比使用太陽(yáng)能電池板本身更容易。）
農(nóng)業(yè)
陽(yáng)光對(duì)農(nóng)業(yè)，特別是在缺水的美國(guó)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(yáng)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(lái)越緊張，農(nóng)民有財(cái)政和社會(huì)義務(wù)限制用水量，同時(shí)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。可以使用光傳感器自動(dòng)管理灑水系統(tǒng)，僅在太陽(yáng)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(shí)，系統(tǒng)不僅可以在昏暗的陽(yáng)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(kāi)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(shí)會(huì)使用稱(chēng)為光電二極管的組件來(lái)測(cè)量照度。當(dāng)光束撞擊光電二極管時(shí)，它們趨向于使電子散落，導(dǎo)致電流流動(dòng)。光線(xiàn)越亮，電流越強(qiáng)。然后可以測(cè)量電流以返回光的照度。如果聽(tīng)起來(lái)很像光感應(yīng)電流，那是因?yàn)檫@是用于為路標(biāo)和房屋供電的太陽(yáng)能電池板的工作原理。太陽(yáng)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(lèi)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(huì)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(duì)光強(qiáng)度或只是比較光是開(kāi)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(jià)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(jiàn)的小型計(jì)算平臺(tái)，例如Arduino或Raspberry Pi。使用這些平臺(tái)測(cè)量照度很有用，因?yàn)榫幊毯团c計(jì)算機(jī)的連接非常簡(jiǎn)單，并且光敏電阻的價(jià)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(hù)友好。
亞馬遜有很多通常用于攝影的消費(fèi)者照度計(jì)。它們都很緊湊，易于使用，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(lái)比較室內(nèi)房間之間的相對(duì)亮度，但是大多數(shù)房間的范圍很廣，因此戶(hù)外使用也是一種選擇。
實(shí)際上，我們實(shí)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?yàn)檎斩纫誀T臺(tái)為基本單位，所以需要調(diào)整光的測(cè)量以解決不可見(jiàn)的電磁輻射。Si1133通過(guò)分別測(cè)量紅外光并使用其來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整照度數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。enDAQ傳感器的光傳感器還可以測(cè)量可見(jiàn)光之外的紫外線(xiàn)指數(shù)。
