Lampu sensor cahaya tampak cukup sederhana. Mereka merasakan kehadiran akan cahaya (matahari), seperti termometer merasakan suhu, dan kecepatan speedometer indera. Suhu dan kecepatan mudah dipahami karena kita merasakannya secara langsung. Tapi cahaya sangat rumit. Suhu dan kecepatan adalah sifat intensif, sehingga tidak bergantung pada massa atau ukuran suatu benda. Cahaya dapat diukur sebagai properti ekstensif, artinya total cahaya yang dikumpulkan tergantung pada ukuran kolektor (misalnya, susunan solar TPA mengumpulkan lebih banyak cahaya daripada pengisi daya telepon surya kecil), atau secara intensif dengan membaginya dengan area.
Tapi apa yang diukur oleh sensor cahaya? Foton? Energi? Ini rumit. Unit penting untuk dipahami sebelum mencoba memahami sensor cahaya.
Daftar isi
Unit Sensor Cahaya
Sebelum kita dapat memahami sensor cahaya dengan benar dan bagaimana menerapkannya, kita harus mampu mengukur cahaya. Sayangnya, pengukuran cahaya menggunakan beberapa unit yang aneh. Misalnya, bola lampu biasanya dinilai menggunakan lumen, tetapi sensor cahaya biasanya melakukan pengukuran dalam lux. Selain itu, baik lumens dan lux didasarkan pada unit dasar misterius yang disebut candela.
Candela
Satuan ini digunakan untuk menggambarkan intensitas cahaya, yaitu seberapa kuat cahaya tampak di mata manusia. Ini didasarkan pada formula resmi SI yang menimbang setiap panjang gelombang cahaya dalam sinar berdasarkan seberapa sensitif mata manusia terhadapnya. Semakin tinggi intensitas pancaran seberkas cahaya, semakin sensitif mata manusia terhadapnya. (Candela sebelumnya dikenal sebagai “lilin”, dan intensitas cahaya lilin normal kira-kira satu candela. Pintar, kan?) Alasan candela tidak digunakan untuk membandingkan bola lampu sensor cahaya dan senter adalah karena intensitas sinar tidak hanya bergantung pada keluaran bohlam, tetapi juga seberapa banyak keluaran tersebut dikonsentrasikan pada arah tertentu. Kebanyakan senter menggunakan cermin di belakang bohlam untuk memusatkan lebih banyak cahaya ke arah keluaran dan karenanya tampak lebih terang. Ini berarti bahwa bola lampu sensor cahaya mengalami peningkatan intensitas ke suatu arah, saat menggunakan jumlah daya yang sama dan memancarkan jumlah total cahaya yang sama. Untuk mengukur output bohlam dengan benar, kita membutuhkan unit baru: lumen.
Lumen
Lumen digunakan untuk mengukur total fluks bercahaya dari bola lampu sensor cahaya. Ini adalah produk dari intensitas cahaya (dalam kandela) dan sudut padat yang diisi balok (dalam steradian). Sebuah bohlam yang memancarkan cahaya ke segala arah mungkin memiliki intensitas cahaya 10 candela, yang bila dikalikan dengan 4π steradian penuh akan memiliki fluks bercahaya 126 lumens. Seperti di dalam senter, cermin di satu sisi bohlam akan membuat sisi lain tampak lebih terang karena pantulan setengah dari output bohlam. Intensitas cahaya akan berlipat ganda menjadi 20 candela, tetapi sudut padat akan menjadi 2π steradian. Mengalikan intensitas cahaya yang berlawanan dengan cermin dan sudut padat yang baru masih akan memberikan 126 lumen fluks bercahaya. Tidak peduli bagaimana cahaya dipantulkan dan terkonsentrasi, bohlam ini akan selalu menghasilkan 126 lumen fluks bercahaya.
Flux
Jika bola lampu sensor cahaya dinilai menggunakan lumen, mengapa sensor cahaya harus menggunakan unit yang berbeda? Itulah alasan musisi tidak dibutakan saat konser. Satu senter mungkin tampak menyilaukan ketika bersinar satu inci dari mata Drake, tetapi lautan senter telepon yang diarahkan ke panggung tidak terang sama sekali. Karena cahaya menyebar saat meninggalkan telepon, hanya sedikit cahaya yang mengenai matanya di atas panggung. Saat sebuah objek menjauh dari sumber cahaya, bagian cahaya yang diterimanya juga berkurang. Untuk mengukur dengan benar fluks bercahaya seperti yang dirasakan oleh permukaan, yang disebut iluminasi,kami menggunakan satuan yang disebut lux, yang sama dengan satu lumen per meter persegi. Pada jarak yang sama dari sumber cahaya, lembaran 1 meter persegi dikenai pencahayaan yang sama dengan lembaran 10 meter persegi. Lembaran yang lebih besar mengumpulkan cahaya sepuluh kali lebih banyak, jika mengukur fluks bercahaya dalam lumen, tetapi luasnya sama besar, sehingga iluminasinya sama. Jika lembaran bergerak menuju sumber cahaya, sudut padat yang ditempati oleh masing-masing lembaran meningkat, dan oleh karena itu iluminasi juga meningkat. Intensitas cahaya adalah konstan, dan luas lembaran adalah konstan, tetapi sudut padat yang ditempati meningkat, oleh karena itu meningkatkan iluminansi yang mereka terima. Sensor cahaya harus mengukur iluminansi karena mewakili pancaran cahaya pada area satuan, dan karena mereka tidak dapat mengetahui sudut padat apa yang mereka tempati.
Penggunaan untuk Sensor Cahaya
Deteksi Penempatan
Sensor cahaya mengukur pencahayaan, yang dapat digunakan untuk mengukur lebih dari kecerahan sumber cahaya. Karena iluminasi berkurang saat sensor bergerak menjauh dari cahaya yang stabil, sensor cahaya dapat digunakan untuk mengukur jarak relatif dari sumbernya.
Sensor cahaya hampir selalu datar, permukaan satu sisi, sehingga sudut padat yang ditempati oleh sensor seperti yang dilihat dari sumber cahaya dapat berubah tergantung pada orientasinya. Dengan sensor cahaya tegak lurus terhadap arah cahaya, sensor ini menempati sudut padat terbesar yang mungkin. Saat sensor cahaya berputar menjauhi cahaya, sudut solidnya berkurang, dengan demikian iluminasi juga menurun, hingga sensor cahaya akhirnya tidak mendeteksi iluminasi langsung saat sejajar dengan berkas cahaya atau saat menghadap ke arah jauh. Fakta ini dapat digunakan untuk menentukan sudut datang berkas cahaya pada sensor.
Kontrol Kecerahan
Sensor cahaya memiliki banyak kegunaan. Penggunaan yang paling umum dalam kehidupan kita sehari-hari adalah di ponsel dan tablet. Sebagian besar elektronik pribadi portabel sekarang memiliki sensor cahaya sekitar yang digunakan untuk menyesuaikan kecerahan. Jika perangkat dapat merasakan bahwa ia berada di tempat yang gelap, ia akan menurunkan kecerahan layar untuk menghemat daya dan tidak mengejutkan pengguna dengan layar yang sangat terang.
Penggunaan umum lainnya untuk sensor cahaya adalah mengendalikan lampu otomatis di mobil dan lampu jalan. Menggunakan sensor cahaya untuk memicu bohlam saat gelap di luar menghemat sedikit kerumitan menyalakan lampu dan menghemat daya di siang hari ketika matahari cukup terang.
Keamanan
Namun, ada lebih banyak kegunaan daripada kenyamanan konsumen. Mendeteksi penyusupan ke dalam wadah atau ruangan merupakan aplikasi keamanan yang penting. Saat mengirim kargo mahal, penting untuk mengetahui kapan kontainer pengiriman telah dibuka, sehingga kasus yang melibatkan kehilangan produk dapat diselesaikan dengan lebih mudah. Photo-resistor murah dapat digunakan untuk mencatat setiap kali wadah dibuka, sehingga dapat ditentukan pada titik mana dalam proses pencuri menggerebek wadah, atau jika pengirim tidak jujur dan mengklaim wadah itu pasti dirampok.
Sementara sensor cahaya adalah satu-satunya produk yang dapat memberikan data yang berarti mengenai cahaya, banyak barang lain yang sensitif terhadap cahaya. Misalnya, lukisan dan foto di atas kertas dan karya seni yang lebih tua dapat rusak karena terkena sinar matahari, jadi penting untuk mengetahui seberapa banyak cahaya yang terkena. Saat mengirimkan karya seni, sensor cahaya dapat digunakan untuk memverifikasi bahwa itu tidak terlalu lama di bawah sinar matahari.
Perencanaan
Sensor cahaya juga dapat digunakan untuk menempatkan seni ke lokasi permanen. Area di dekat pintu masuk atau jendela museum dapat memiliki sinar matahari yang terlalu keras untuk bahan tertentu, sehingga sensor cahaya dapat digunakan untuk menemukan karya seni dengan tepat. Ini mirip dengan metode penempatan panel surya di rumah atau di ladang. Tidak masuk akal untuk membangun dan memasang panel surya di tempat tertentu jika tidak menerima banyak sinar matahari langsung, sehingga sensor cahaya digunakan untuk menemukan penempatan terbaik dengan sinar matahari langsung terkuat. (Seperti yang saya sebutkan, panel surya hanyalah sensor cahaya yang sangat besar, tetapi lebih mudah menggunakan perangkat genggam untuk menguji sinar matahari daripada menggunakan panel itu sendiri.)
Pertanian
Sinar matahari memiliki implikasi penting pada pertanian, terutama di Amerika Barat yang kekurangan air. Tanaman yang berbeda membutuhkan jumlah sinar matahari yang berbeda, jadi penting untuk mengetahui petak lahan mana yang paling banyak terpapar sinar matahari. Karena pasokan air menjadi lebih sulit di tempat-tempat seperti Utah, para petani memiliki kewajiban finansial dan sosial untuk membatasi konsumsi air, sambil juga menjaga agar tanaman mereka tetap terhidrasi. Salah satu taktik yang diterapkan adalah menyiram tanaman di sore atau malam hari, untuk menghindari panas matahari yang memasak air sebelum tanah dan tanaman dapat menyerapnya dengan baik. Sensor cahaya dapat digunakan untuk mengatur sistem sprinkler secara otomatis, hanya menyiram saat matahari tidak berada pada titik paling terang. Ketika digabungkan dengan peralatan pemantau cuaca lainnya untuk mengumpulkan data mengenai suhu, tekanan, dan kelembaban, suatu sistem tidak hanya dapat mengairi air saat matahari redup,
Cara kerja sensor cahaya
Sekarang setelah Anda memahami kekacauan unit yang mengukur cahaya, kita dapat mulai memahami bagaimana pencahayaan ditentukan menggunakan sensor cahaya.
fotodioda
Sensor cahaya terkadang menggunakan komponen yang disebut fotodioda untuk mengukur pencahayaan. Ketika berkas cahaya mengenai fotodioda, mereka memiliki kecenderungan untuk menjatuhkan elektron, menyebabkan arus listrik mengalir. Semakin terang cahayanya, semakin kuat arus listriknya. Arus kemudian dapat diukur untuk mengembalikan penerangan cahaya. Jika arus listrik yang diinduksi cahaya terdengar familiar, itu karena ini adalah prinsip pengoperasian panel surya yang digunakan untuk memberi daya pada rambu-rambu jalan dan rumah. Panel surya pada dasarnya adalah sensor cahaya fotodioda yang sangat besar.
Foto-resistor
Jenis lain dari sensor cahaya adalah foto-resistor. Resistor foto adalah resistor yang bergantung pada cahaya, artinya jika ada perubahan kecerahan cahaya yang menyinarinya, akan ada perubahan resistansi. Foto-resistor lebih murah daripada foto-dioda, tetapi jauh kurang akurat, sehingga sebagian besar digunakan untuk membandingkan tingkat cahaya relatif atau hanya apakah lampu sensor cahaya menyala atau mati.
Sensor cahaya yang tersedia
Seperti disebutkan sebelumnya, sensor cahaya (resistor foto dan dioda foto) serbaguna dan tidak terlalu mahal, jadi ada banyak pilihan di luar sana, dari komponen dasar hingga pencatat data yang sangat akurat.
Salah satu metode untuk mengumpulkan data pencahayaan adalah menggunakan platform komputasi kecil biasa seperti Arduino atau Raspberry Pi. Menggunakan platform ini untuk mengukur pencahayaan berguna karena pemrograman dan antarmuka dengan komputer sederhana dan resistor foto sangat terjangkau. Selain itu, dimungkinkan untuk menggunakan sensor cahaya bersama-sama dengan perangkat keras pengumpulan data lainnya. Namun, sistem seperti ini tidak akan sangat akurat atau ramah pengguna.
Tokopedia memiliki banyak pengukur cahaya dimana konsumen biasanya menggunakan untuk fotografi. Semuanya kompak dan mudah digunakan, dengan data yang muncul di layar secara real time, dan semuanya memiliki kecepatan refresh yang cukup baik beberapa hertz. Ini kemungkinan akan paling baik digunakan untuk membandingkan kecerahan relatif antara ruangan di dalam ruangan, tetapi sebagian besar memiliki jangkauan yang luas, jadi penggunaan di luar ruangan juga merupakan pilihan.
Sensor cahaya adalah beberapa komponen yang sangat serbaguna dan terjangkau dengan banyak aplikasi potensial. Bagaimana Anda berencana menggunakan sensor cahaya? Saya akan senang mendengar ide Anda di komentar.
