Sensores de luz | Principio | 4 tipos importantes | Aplicaciones

SENSORES DE LUZ

¿Qué es un sensor de luz?

Un sensor de luz es un instrumento fotoeléctrico que convierte la energía de la luz o fotones (que pueden variar desde el espectro infrarrojo hasta el ultravioleta) en una señal eléctrica (electrones). El sensor de luz genera una señal de salida eléctrica que tiene una energía correspondiente a la energía de la luz de entrada. Los sensores de luz también se denominan fotosensores o sensores fotoeléctricos. 

Contenido

¿Cuál es el principio de los sensores de luz?

El principio de funcionamiento del sensor de luz se basa en el efecto fotoeléctrico interno, que establece que cuando la energía de la luz o los fotones se bombardean sobre una superficie metálica, puede provocar que los electrones libres del metal se exciten y salten dando como resultado un flujo de electrones o corriente eléctrica. . La cantidad de corriente producida depende de la energía del fotón (es decir, la longitud de onda de la luz). La emisión de electrones de la superficie del metal ocurre solo después de que la luz alcanza un cierto umbral de frecuencia que se corresponde con la energía mínima requerida por los electrones para romper los enlaces metálicos.

sensor de luz
Representación de un bombardeo de fotones que resulta en la emisión de electrones de una superficie metálica. Fuente de imagen: PonorEfecto fotoeléctrico en un sólido - diagramaCC BY-SA 4.0

¿Cómo funciona un sensor de luz?

El sensor de luz consta de un tubo fotoeléctrico de muy alta precisión. Dentro del tubo fotoeléctrico, está presente una pequeña placa de metal plana que se compone de “dos tubos tipo aguja”. El impacto de la luz en los extremos del tubo fotoeléctrico cuando se aplica una presión fija inversa da como resultado la liberación de electrones o corriente eléctrica. La generación de corriente eléctrica o la variación de la corriente eléctrica demuestra la presencia de energía luminosa, es decir, detecta la luz.

¿Cuáles son los tipos de sensores de luz?

Los sensores de luz pueden ser de varios tipos. Estos sensores pueden generar energía en presencia de luz o varias otras propiedades eléctricas. Los tipos más comunes de sensores de luz son las células fotovoltaicas, los fotodiodos, los fotorresistores y los fototransistores.

Celdas fotovoltaicas:

Las células fotovoltaicas, como su nombre indica, siguen el principio del efecto fotovoltaico para convertir la energía luminosa directamente en energía eléctrica. Estas células producen una fuerza electromotriz proporcional a la energía radiante recibida. Las celdas de silicio de unión única más populares generan un voltaje máximo de circuito abierto de aproximadamente 0.5 a 0.6 voltios. Las células solares utilizan selenio como material fotovoltaico. Además de generar y almacenar energía eléctrica, las células fotovoltaicas también actúan como fotodetectores. Las células fotoconductoras y las células fotoemisoras también cumplen una función similar.

Una célula fotovoltaica solar de silicio cristalino. Fuente de la imagen: autor desconocido, Célula solar, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Fotodiodos:

Los sensores de luz de fotodiodo son diodos que transforman la energía luminosa en un flujo de electrones. Los fotodiodos son comparables a los diodos de unión PN comunes, pero en lugar de una carcasa opaca, estos diodos tienen una lente transparente para enfocar la luz en la unión PN. Estos diodos son más sensibles a la luz con longitudes de onda más largas, es decir, luz perteneciente al espectro rojo e infrarrojo que al espectro visible o ultravioleta. El silicio y el germanio son los materiales más utilizados en estos diodos. Dado que los fotodiodos son sensibles a la luz infrarroja, ofrecen muchas aplicaciones en medicina.

Foto-resistencias:

Las fotorresistencias también se conocen como resistencias dependientes de la luz o LDR. Las fotorresistencias son dispositivos que varían su resistencia en función de la cantidad de energía luminosa que recibe. Cuanto menor es la intensidad de la luz, mayor es la resistencia. Esto se debe a que más luz (intensidad) asegura más flujo de electrones y, por lo tanto, menor es la resistencia. Las células de sulfuro de cadmio (un material semiconductor de alta resistencia) que es sensible a la luz infrarroja, se utilizan principalmente en fotorresistencias. A veces, también se utilizan materiales como antimonuro de indio (InSb), seleniuro de plomo (PbSe) y sulfuro de plomo (PbS). Las fotorresistencias tardan mucho más tiempo (unos pocos segundos) en responder a la luz expuesta.

Una fotorresistencia. o LDR. Fuente de la imagen: © Nevit Dilmen, LDR 1480405 6 7 Mejorador de HDR 1CC BY-SA 3.0

Foto-transistores:

Los foto-transistores pueden denominarse fotodiodos con amplificación. Los fototransistores tienen una unión PN de colector-base de polarización inversa que está expuesta a la fuente de energía de luz radiante. Los fototransistores son mucho más sensibles (alrededor de 50 a 100 veces) en comparación con los fotodiodos debido a la amplificación. Los foto-transistores tienen transistores NPN bipolares con la región de la base desconectada eléctricamente. Aquí, la energía de la luz radiante se enfoca en la unión de la base mediante una lente transparente. Los fototransistores se utilizan ampliamente en teléfonos móviles y automóviles.

Un símbolo de fototransistor NPN. fuente de la imagen: yo mismo, Fototransistor SímboloCC BY 3.0

¿Cuáles son las aplicaciones de un sensor de luz?

A lo largo de los años, los sensores de luz se han utilizado para una variedad de aplicaciones como:

Células solares:

Las células fotovoltaicas se utilizan comúnmente como células solares para generar electricidad. A lo largo de los años, a medida que el uso de fuentes de energía renovables se ha vuelto muy popular, las células solares desempeñan un papel extremadamente importante. Con la invención de las células solares, ha sido posible proporcionar energía eléctrica a lugares remotos.

Electrónica de consumo:

Los sensores de luz se utilizan para realizar una amplia gama de funciones en teléfonos inteligentes y tabletas. Los sensores de movimiento y los sensores de brillo automático presentes en los teléfonos inteligentes utilizan detectores de luz como fototransistores. Los dispositivos de control remoto que operan con luz infrarroja también usan fotodiodos para realizar sus funciones.

Automóviles:

Los sensores de luz o detectores de luz se utilizan en automóviles para detectar la luz ambiental circundante. Estos detectores encienden automáticamente las luces del automóvil cuando oscurece. Hoy en día, los detectores de luz también se utilizan para garantizar una conducción y estacionamiento seguros en varios modelos de automóviles.

Dispositivos de seguridad:

Los sensores de luz se utilizan comúnmente para procesar cargas de envío con el fin de garantizar si las cajas están bien selladas o no. Varios tipos de sensores de movimiento también utilizan detectores de luz que detectan la variación en la exposición a la luz. Los fotodiodos también se utilizan en detectores de humo presentes en oficinas, aeropuertos, trenes, etc.

Dispositivos agrícolas:

Con el desarrollo de la tecnología, los sensores de luz también han contribuido al campo de la agricultura. Estos sensores detectan la cantidad de luz ambiental circundante para activar el sistema de riego por aspersión. Los sensores de luz activan los aspersores solo cuando la intensidad de la luz solar es menor para asegurar una adecuada hidratación de los cultivos.

Para saber más sobre la energía lumínica visite https://lambdageeks.com/light-energy-light-energy-examples-and-uses/

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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