光传感器看起来非常简单。它们感测  的光，就像一个温度计感测的温度，和速度计的感官速度。温度和速度很容易理解，因为我们以直截了当的方式感知它们。但是光非常复杂。温度和速度是密集的属性，因此它们不取决于物体的质量或大小。可以将光作为一种广泛的属性进行测量，这意味着收集的总光取决于收集器的大小（例如，垃圾填埋场的太阳能电池阵列比微型太阳能电话充电器收集的光更多），或通过除以面积而集中地进行测量。

但是光传感器甚至在测量什么？光子？能源？情况很复杂。在尝试理解光传感器之前，必须先理解这些单元。

光传感器单元

在我们正确理解光传感器以及如何应用它们之前，我们需要能够量化光。不幸的是，光的测量使用了一些奇怪的单位。例如，灯泡通常使用流明来评级，但是光传感器通常以勒克斯为单位进行测量。最重要的是，流明和勒克斯都基于称为坎德拉的奥术基础单位。

坎德拉

该单位用于描述发光强度，这就是人眼看起来很强的光。它基于SI官方公式，该公式根据人眼对光束的敏感程度来加权光束中的每个波长。光束的发光强度越高，人眼对其越敏感。（坎德拉以前被称为“蜡烛”，普通蜡烛的发光强度大约是一个坎德拉。聪明，对吗？）坎德拉不用于比较灯泡和手电筒的原因是光束的强度不仅取决于灯泡的输出，还有多少输出集中在特定方向上。大多数手电筒在灯泡后方使用镜子将更多的光聚集在输出方向上，因此显得更亮。这意味着灯泡在一个方向上具有更高的强度，同时使用相同数量的功率并发出相同总量的光。为了正确测量灯泡的输出，我们需要一个新的单位：流明。

流明

流明用于测量总光通量的灯泡。这是发光强度（以坎德拉为单位）和光束填充的立体角（以弧度为单位）的乘积。朝各个方向发光的灯泡的发光强度可能为10坎德拉，如果将其乘以完整的4π球形弧度，其光通量将为126流明。像手电筒内部一样，灯泡一侧的镜子会由于灯泡输出一半的反射而使另一侧显得更亮。光的强度将增加一倍，达到20坎德拉，但立体角将减少一半，降至2π球面度。将与反光镜相对的光的强度与新的立体角相乘仍将得到126流明的光通量。无论光线如何反射和聚集，该灯泡始终会产生126流明的光通量。

勒克斯

如果灯泡使用流明来额定，为什么光传感器必须使用其他单位？这就是音乐家不听音乐会的原因。当从德雷克的眼睛一英寸远处照射时，单个手电筒可能看起来很刺眼，但是指向舞台的大量电话手电筒根本不亮。因为光线在离开电话时会散射，所以只有少量光线会在舞台上照射到他的眼睛。随着物体远离光源，其接收到的光的份额也减小。为了正确地测量表面所感知的光通量（称为照度），我们使用一个称为勒克斯的单位，它等于每平方米一个流明。在距光源相同的距离下，一个1平方米的薄片要经受与10平方米的薄片相同的照度。如果测量流明中的光通量，则较大的纸张会收集十倍的光，但是它的面积也一样大，因此照度是相同的。如果片材朝着光源移动，则每个片材占据的立体角增加，因此照度也增加。光的强度是恒定的，并且薄片的面积是恒定的，但是所占据的立体角增加了，因此增加了它们接收的照度。光传感器必须测量照度，因为它表示投射在单位区域上的光，并且因为它们不知道它们占据了什么立体角。

用于光传感器

放置检测

光传感器测量照度，该照度可用于测量比光源的亮度更多的照度。因为随着传感器远离稳定的光，照度会降低，因此可以使用光传感器测量距光源的相对距离。

图1：该图显示照度与距离

光传感器几乎总是平坦的一侧表面，因此从光源角度看，传感器占据的立体角可以根据其方向而变化。由于光传感器垂直于光的方向，因此占据了最大的立体角。随着光传感器旋转离开光，其立体角减小，因此照度也减小，直到光传感器在平行于光束或背向光束时最终未检测到直接照度。该事实可用于确定光束在传感器上的入射角。

图2：该图显示照度与角度

亮度控制

光传感器有很多用途。我们日常生活中最常见的用途是手机和平板电脑。现在，大多数便携式个人电子产品都具有用于调节亮度的环境光传感器。如果设备可以感觉到它在暗处，则可以降低屏幕亮度以节省电量，而不会因为屏幕非常亮而使用户感到惊讶。

光传感器的另一个常见用途是控制汽车和路灯中的自动照明。在室外较暗的情况下，使用光传感器触发灯泡可节省开灯的麻烦，并在太阳足够明亮的日子节省电力。

安全

但是，除了方便消费者外，还有更多用途。检测入侵到容器或房间是重要的安全应用程序。当运输昂贵的货物时，重要的是要知道何时打开了运输集装箱，以便可以更轻松地解决涉及产品损失的情况。每次打开容器时，都可以使用便宜的光敏电阻记录日志，因此可以确定小偷在突击搜查过程中的什么时候，或者发件人是否不诚实并声称容器必须被抢劫。

虽然光传感器是唯一可以提供有意义的光数据的产品，但许多其他商品对光敏感。例如，纸上的绘画和照片以及较旧的艺术品可能会由于暴露在阳光下而受到损坏，因此，重要的是要知道它们暴露于多少光下。运输艺术品时，可以使用光传感器来验证它没有在阳光下放置太长时间。

规划

光传感器也可以用于将艺术品放置在永久位置。博物馆入口或窗户附近的区域可能对某些特定材料的日光太苛刻，因此可以使用光传感器适当地定位艺术品。这类似于在房屋或野外放置太阳能电池阵列的方法。如果不会在阳光直射的地方安装和安装太阳能电池板，则毫无意义，因此可以使用光传感器找到阳光直射最强的最佳位置。（正如我提到的，太阳能电池板只是一个非常大的光传感器，但是使用手持设备测试日光比使用太阳能电池板本身更容易。）

农业

阳光对农业，特别是在缺水的美国西部地区具有重要意义。不同的农作物需要不同量的阳光，因此，重要的是要知道哪些土地的暴露量最大。由于犹他州等地的水供应越来越紧张，农民有财政和社会义务限制用水量，同时又要保持作物的水合作用。采取的一种策略是在午后或傍晚给农作物浇水，以避免在土壤和植物能够适当吸收水之前，烈日将水煮掉。可以使用光传感器自动管理洒水系统，仅在太阳不是最亮时浇水。与其他天气监控设备结合使用以收集有关温度，压力和湿度的数据时，系统不仅可以在昏暗的阳光下浇水，

光传感器如何工作

既然您了解了量化光的单位的混乱情况，我们就可以开始了解如何使用光传感器确定照度。

光电二极管

光传感器有时会使用称为光电二极管的组件来测量照度。当光束撞击光电二极管时，它们趋向于使电子散落，导致电流流动。光线越亮，电流越强。然后可以测量电流以返回光的照度。如果听起来很像光感应电流，那是因为这是用于为路标和房屋供电的太阳能电池板的工作原理。太阳能电池板基本上是非常大的光电二极管光传感器。  

光敏电阻

光传感器的另一种类型是  光敏电阻。 光电电阻是与光有关的电阻，这意味着，如果照在其上的光的亮度发生变化，则电阻也会发生变化。光敏电阻比光敏二极管便宜，但准确度要低得多，因此它们通常用于比较相对光强度或只是比较光是开还是关。

可用的光传感器

如前所述，光传感器（光敏电阻和光电二极管）用途广泛，而且价格也不昂贵，因此，从基本组件到高精度数据记录仪，都有许多选择。

一种收集照度数据的方法是使用常见的小型计算平台，例如Arduino或Raspberry Pi。使用这些平台测量照度很有用，因为编程和与计算机的连接非常简单，并且光敏电阻的价格非常便宜。另外，可以将光传感器与其他数据收集硬件一起使用。但是，这样的系统不是非常准确或用户友好。

亚马逊有很多通常用于摄影的消费者照度计。它们都很紧凑，易于使用，数据实时显示在屏幕上，并且刷新率都很高，只有几赫兹。这些可能最适合用来比较室内房间之间的相对亮度，但是大多数房间的范围很广，因此户外使用也是一种选择。

实际上，我们实际上将光传感器作为enDAQ传感器的一部分出售。它使用Si1133光电二极管，并在设备上记录照度数据以及加速度，温度和压力数据。因为照度以烛台为基本单位，所以需要调整光的测量以解决不可见的电磁辐射。Si1133通过分别测量红外光并使用其来适当地调整照度数据来实现此目的。enDAQ传感器的光传感器还可以测量可见光之外的紫外线指数。