Fényszenzoros fogalmak és kifejezések szótára

Fényszenzor

A fényszenzor olyan eszköz, amely a fény jelenlétét vagy intenzitását érzékeli és reagál rá. Az érkező fény energiáját (fotonokat) elektromos jellé (áram, feszültség vagy ellenállás) alakítja, alapvető szerepet játszva a fotometriai rendszerekben. A fényszenzorokat számos területen alkalmazzák, az ipari automatizálástól és környezeti monitorozástól kezdve a repülésen át a fogyasztói elektronikáig. Más néven fotoelektromos szenzorok, környezeti fényérzékelők vagy fényerősség-mérő szenzorok, melyek célja, hogy mennyiségi adatokat szolgáltassanak a fényerőről, lehetővé téve az automatizált vezérlést, biztonsági rendszereket és tudományos méréseket.

A fényszenzorok főbb jellemzői közé tartozik a spektrális érzékenység (az érzékelt hullámhossz-tartomány), a válaszidő (milyen gyorsan változik a kimenet a fény hatására), és a linearitás (a kimenet pontossága a fény intenzitásával arányosan). A repülésben például a fényszenzorok kulcsfontosságúak a pilótafülke és a futópálya világításának vezérlésében, biztosítva az optimális láthatóságot a pilóták számára. A fogyasztói elektronikában lehetővé teszik a kijelzők fényerejének automatikus beállítását a kényelem és energiatakarékosság érdekében. Az ICAO szerint a repülőtéri világításvezérlő rendszerekben a fényszenzorok automatizálják a futópályafények kapcsolását és fényerő-szabályozását a biztonság és hatékonyság érdekében.

Fotodióda

A fotodióda egy félvezető fényérzékelő, amely a fényt a fotoelektromos hatás révén elektromos árammá alakítja. Amikor a fotonok elérik a pn-átmenetet, elektron-lyuk párok keletkeznek, és az így létrejövő áram arányos a fény intenzitásával. A fotodiódák gyors válaszidővel (mikroszekundum vagy annál kevesebb), nagy érzékenységgel és lineáris kimenettel rendelkeznek, így ideálisak precíz fotometriai alkalmazásokhoz, például tudományos műszerekhez, pilótafülke kijelzőkhöz és meteorológiai rendszerekhez.

A fotodiódák elérhetők PIN (gyorsaság), lavina (gyenge fényhez nagy erősítés), és szilícium (látható/közeli-infravörös érzékenység) kialakításban. Teljesítményük függ a kvantumhatásfoktól, sötétáramtól és zajtól. A fotodiódák fotovoltaikus módban (feszültségkimenet) vagy fotokonduktív módban (áramkimenet) működhetnek. Az ICAO előírja a fotodiódák használatát a repülőtéri világítás kalibráló eszközeiben a szabályozási megfelelőség érdekében.

Fototranzisztor

A fototranzisztor egy fényérzékeny tranzisztor, amely az elnyelt fotonok által létrehozott áramot erősíti, így nagyobb kimenetet biztosít, mint a fotodiódák. Az alapréteg van kitéve a fénynek, és a kis fotoáram a tranzisztoron keresztül felerősödik. A fototranzisztorok érzékenyek gyenge fényre, azonban válaszidejük lassabb és linearitásuk alacsonyabb a fotodiódákhoz képest.

Fototranzisztorokat fényerősségmérőkben, optikai kapcsolókban és biztonsági eszközökben használnak. A repülésben alkalmazhatók világításvezérlés indítására a környezeti fény alapján. Spektrális érzékenységük az anyagtól és szűrőktől függ. Bár a fototranzisztorok nagyobb érzékenységet kínálnak, ott használatosak, ahol a költség és egyszerűség fontosabb, mint a gyorsaság vagy abszolút pontosság.

Fotoellenállás (LDR – Fényfüggő ellenállás)

A fotoellenállás vagy LDR (fényfüggő ellenállás) egy passzív szenzor, amelynek ellenállása a beérkező fény erősödésével csökken. Fotovezető anyagokból, például kadmium-szulfidból (CdS) készül, és sötétségből megvilágításba váltva jelentős ellenállásváltozást mutat. Egyszerűek és olcsók, ezért széles körben használják automatikus világításban és oktatási bemutatókban.

Az LDR-ek nem lineárisak, lassú a válaszidejük, és jellemzően a látható fényre érzékenyek. A repülésben használatuk nem kritikus alkalmazásokra korlátozódik a pontosság és környezeti aggályok miatt (a CdS veszélyes anyag). Biztonságkritikus rendszerekben inkább szilárdtest szenzorokat, például fotodiódákat használnak.

Környezeti fényérzékelő

A környezeti fényérzékelő a környezeti fény intenzitását méri, gyakran az emberi szem spektrális válaszához igazodva. A modern szenzorok szilícium fotodiódákat használnak beépített szűréssel és jelfeldolgozással, analóg vagy digitális jelet adva. Létfontosságúak okostelefonokban, repülőgép-elektronikában és repülőtéri világításvezérlésben, a kijelző és világítás szintjének beállítására kényelem, hatékonyság és szabályozási megfelelőség érdekében.

Jellemzőik közé tartozik a széles érzékenységi tartomány, gyors válasz és hőmérséklet-stabilitás. Fejlett modellek kalibrált lux kimenetet, programozható erősítést és közelségérzékelést kínálnak. Integrációjuk általában I2C/SPI útján történik valós idejű vezérléshez beágyazott rendszerekben.

Fotometria

A fotometria a látható fény mérésének tudománya, az emberi szem által érzékelt módon, lux, lumen és kandela egységekkel, a CIE fotopikus válasz szerint súlyozva. A fotometria alapvető a világítás tervezéséhez és szabályozásához, különösen a repülésben, ahol a pontos mérés biztosítja a futópálya és gurulóút biztonságát.

A fotométerek szűrt fotodiódákat vagy szabványos fényforrásokat használnak, kalibrálásuk visszavezethető nemzeti szabványokra. Az ICAO és ASTM szabványok részletezik a pontos, reprodukálható fény mérésének protokolljait.

Lux

A lux (lx) a megvilágítás mértékegysége, azaz a fényáram négyzetméterenként. Megmutatja, mennyi látható fény éri a felületet—kulcsfontosságú az irodák, repülőterek és közterületek világításának előírásához és ellenőrzéséhez. A repülésben a luxot használják a futópályák és előterek minimális megvilágításának meghatározásához az ICAO 14. melléklete szerint.

A luxmérők kalibrált fotodiódákat és koszinusz korrekciót alkalmaznak a pontosság érdekében. A mérések segítenek biztosítani a biztonságot, energiahatékonyságot és a szabályozási megfelelőséget.

Lumen

A lumen (lm) a fényáram mértéke—az összes látható fény, amelyet egy forrás másodpercenként kibocsát. Egy lumen megfelel annak a fényáramnak, amelyet egy kandela egy szteradiánon bocsát ki. A lumenértékek elengedhetetlenek a fényforrások hatékonyságának összehasonlításához és a megfelelőség biztosításához a repülésben és más területeken.

Az összes kibocsátott fény mérésére integráló gömböket és kalibrált fotodetektorokat használnak, minden irány figyelembevételével.

Kandela

A kandela (cd) a fényerősség SI-alapegysége—az adott irányba szteradiánként kibocsátott fényteljesítmény. Egy kandela egyenlő egy lumen szteradiánként. A repülési világítórendszereket kandelában adják meg a láthatóság biztosítására. A méréshez goniométeres fotométereket használnak az irányított kibocsátás meghatározására, ami alapvető a világítás tervezésében és tanúsításában.

Spektrális válasz

A spektrális válasz a szenzor érzékenysége a különböző fényhullámhosszakra. A fotometriában a szenzoroknak illeszkedniük kell a CIE fotopikus görbéhez (csúcs 555 nm-nél), de a szilícium alapú szenzorok érzékelhetnek UV-t és infravöröst is, ami torzíthatja az eredményeket. Optikai szűrőkkel és kalibrálással korrigálják ezt.

A spektrális válasz kulcsfontosságú a szabályozott világítási mérésektől a növénytermesztésen át az UV-monitorozásig. A szenzorgyártók adatlapjai spektrális görbéket tartalmaznak az alkalmazáshoz való illesztéshez.

Kalibrálás

A kalibrálás során a szenzor kimenetét referencia szabványokhoz igazítják a pontos, visszavezethető mérések érdekében. Ez magában foglalja, hogy a szenzort ismert fényerősségeknek teszik ki, és rögzítik a kimenetet, figyelembe véve a nemlinearitást, hőmérsékletet és spektrális eltérést. Az ICAO meghatározza a kalibrálás gyakoriságát és visszavezethetőségét a repülőtéri világítás ellenőrzéseihez.

A kalibrálás biztosítja a megfelelőséget, biztonságot és tudományos pontosságot; terepi kalibrálást kalibrált mérőműszerekkel vagy etalon fotométerekkel végeznek.

Válaszidő

A válaszidő az az időintervallum, amely egy fényváltozás és a szenzor ehhez kapcsolódó kimenetváltozása között telik el, jellemzően a végérték 10%-ától 90%-áig mérve. A gyors válaszidő elengedhetetlen az optikai kommunikációban, automatizálásban és pilóta által vezérelt világításban. A fotodiódák a leggyorsabbak (nanomásodperc), a fototranzisztorok lassabbak, az LDR-ek a leglassabbak (több tíz-száz milliszekundum). A repülésben a gyors válasz valós idejű világításvezérlést tesz lehetővé a biztonság érdekében.

Linearitás

A linearitás azt mutatja meg, mennyire követi a szenzor kimenete a fény intenzitását. A fotodiódák nagyon lineárisak; a fototranzisztorok és LDR-ek kevésbé. A linearitás alapvető a pontos fotometriai mérésekhez és a szabályozási megfelelőséghez, szükség esetén korrekciós függvényeket alkalmaznak a kalibrálás során.

Koszinusz korrekció

A koszinusz korrekció azt biztosítja, hogy a szenzor pontosan mérje a fény intenzitását a beesési szögtől függetlenül, követve a koszinusz törvényt. Ezt diffúzorokkal vagy speciális bemeneti ablakokkal érik el, és szabályozási előírás a fotometriai berendezésekben, különösen kültéri vagy többirányú világításnál.

Megvilágításmérő (Luxmérő)

A megvilágításmérő vagy luxmérő egy kalibrált, koszinusz-korrigált fotodiódás műszer a lux érték mérésére. A repülésben, építészetben és növénytermesztésben használják a világítás megfelelőségének ellenőrzésére és a tervek optimalizálására. Helyes használatához pontos pozícionálás és rendszeres kalibrálás szükséges.

Fényáram

A fényáram (lumenben) a kibocsátott fény összes érzékelt teljesítménye, az emberi szem érzékenységével súlyozva. A lámpák teljesítményének megadásához használják, méréséhez integráló gömböket és kalibrált detektorokat alkalmaznak. A repülési szabványok előírják a világítótestek minimális fényáramát.

Fényerősség

A fényerősség a meghatározott irányba kibocsátott fényáram mennyiségét méri, kandelában kifejezve. Alapvető a szabályozott világítási tervezésnél, biztosítva az irányított láthatóságot és a megfelelőséget.

További olvasnivalók és hivatkozások

• ICAO 14. melléklet – Repülőterek: Repülőtér-tervezés és üzemeltetés
• CIE (Commission Internationale de l’Éclairage)
• ASTM International világítási szabványok
• National Institute of Standards and Technology (NIST) – Fotometria
• EASA (Európai Unió Repülésbiztonsági Ügynöksége)

A fényszenzorok alapvetőek a modern rendszerek biztonságához, hatékonyságához és automatizálásához. Megfelelő kiválasztásuk, kalibrálásuk és alkalmazásuk biztosítja a megfelelőséget, megbízhatóságot és optimális teljesítményt a legkülönfélébb iparágakban—beleértve a kritikus repülési területet is.