Αισθητήρας χρώματος | Αρχή | 5 Σημαντικές εφαρμογές

ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΧΡΩΜΑΤΟΣ

Περιεχόμενα

Τι είναι οι αισθητήρες χρώματος;

Οι αισθητήρες χρώματος είναι μια μορφή «φωτοηλεκτρικών αισθητήρων» που χρησιμοποιεί έναν πομπό για την εκπομπή φωτός και έναν δέκτη για την ανίχνευση των μηκών κύματος φωτός που αντανακλούν πίσω σε αυτό. Γενικά, ένας αισθητήρας χρώματος είναι ικανός να ανιχνεύει έναν συνδυασμό μήκους κύματος που ανήκει στο κόκκινο, μπλε ή πράσινο φάσμα. Η συνδυασμένη ανάλυση αυτών των τριών μηκών κύματος δίνει το πραγματικό χρώμα του αντικειμένου ή του φωτός. Ο αισθητήρας χρώματος χρησιμοποιείται για τη δημιουργία σήματος εξόδου που έχει ενέργεια που αντιστοιχεί στην προσπίπτουσα ενέργεια φωτός, δηλαδή μετρά το μήκος κύματος του λαμβανόμενου φωτός.

Ποια είναι η αρχή ενός αισθητήρα χρώματος;

Οι αισθητήρες χρώματος μπορούν να είναι δύο τύπων: ένας τύπος αισθητήρα φωτίζει το δεδομένο αντικείμενο με φως ευρείας μήκους κύματος που περιλαμβάνει όλα τα μήκη κύματος κόκκινου, πράσινου και μπλε φάσματος και στη συνέχεια ανιχνεύει το μήκος κύματος φωτός που το αντικείμενο αντανακλά πίσω με τη βοήθεια ενός δέκτη . Ο δεύτερος τύπος αισθητήρα φωτίζει το δεδομένο αντικείμενο με συγκεκριμένα μήκη κύματος κόκκινου, πράσινου και μπλε φάσματος και, στη συνέχεια, ανιχνεύει την αναλογία των μηκών κύματος φωτός που το αντικείμενο αντανακλά πίσω στα προσπίπτοντα μήκη κύματος φωτός RGB με τη βοήθεια ενός δέκτη.

Όταν η ελαφριά ενέργεια με τη μορφή φωτονίων βομβαρδίζεται σε μεταλλική επιφάνεια, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στην μεταλλική επιφάνεια ενθουσιάζονται και πηδούν έξω από το μεταλλικό πλέγμα με αποτέλεσμα ροή ηλεκτρονίων ή ηλεκτρικού ρεύματος. Η ποσότητα του παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ενέργεια του φωτονίου ή το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός. Έτσι υπολογίζεται το μήκος κύματος του φωτός που ανακλάται πίσω. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να εκπέμπουν από τη μεταλλική επιφάνεια εάν το μήκος κύματος του φωτός είναι μικρότερο ή ίσο με ένα μήκος κύματος κατωφλίου. Η συχνότητα κατωφλίου αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των μεταλλικών δεσμών από τα ηλεκτρόνια.

Ένα αντικείμενο κόκκινου χρώματος θα αντικατοπτρίζει το μήκος κύματος του κόκκινου φωτός μόνο όταν εμφανίζεται ένα μεγάλο φως μήκους κύματος. Ομοίως, ένα λευκό αντικείμενο θα αντανακλούσε το φως κάθε μήκους κύματος και ένα μαύρο αντικείμενο δεν θα αντανακλούσε το φως οποιουδήποτε δεδομένου μήκους κύματος.

οπτικός αισθητήρας
Αναπαράσταση βομβαρδισμού φωτονίων που εκπέμπει ηλεκτρόνια από μια μεταλλική επιφάνεια. Πηγή εικόνας: ΠονόρΦωτοηλεκτρικό εφέ σε ένα στερεό - διάγραμμαCC BY-SA 4.0

Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ροή ηλεκτρονίων. Οι φωτοδιόδους είναι συγκριτικά πιο ευαίσθητες στο φως που έχει μικρότερες συχνότητες (δηλαδή μπορεί να ανιχνεύσει το φως από το υπέρυθρο φάσμα με μεγαλύτερη ακρίβεια από το φως από το ορατό ή το υπεριώδες φάσμα). Η λειτουργία μιας φωτοδιόδου είναι παρόμοια με μια δίοδο σύνδεσης PN. Ωστόσο, στην περίπτωση των φωτοδιόδων, ένας διαφανής φακός χρησιμοποιείται στη θέση ενός αδιαφανή περιβλήματος που χρησιμοποιείται για την εστίαση του φωτός στη διασταύρωση PN. Οι περισσότερες φωτοδιόδους αποτελούνται από υλικά όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο. Αυτές οι δίοδοι είναι ευαίσθητες στο υπέρυθρο φως και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται σε πολλές ιατρικές εφαρμογές.

αισθητήρας χρώματος
Φωτοδιόδους Κορυφή (Γερμανικό), τρίτο κάτω (πυρίτιο). Πηγή εικόνας: http://Ulfbastel (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotodio.jpg), „Fotodio“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Μερικοί αισθητήρες χρώματος χρησιμοποιούν επίσης φωτοαντίσταση. Μια φωτοαντίσταση ονομάζεται επίσης εξαρτώμενες από το φως αντιστάσεις ή LDR. Αυτές οι συσκευές μπορούν να μεταβάλλουν την εσωτερική τους αντίσταση ανάλογα με την ποσότητα της προσπίπτουσας φωτεινής ενέργειας. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του φωτός, τόσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση. Όταν το περιστατικό έντασης φωτός στο LDR είναι περισσότερο, το ρεύμα που δημιουργείται ή η ροή ηλεκτρονίων είναι περισσότερο, και ως εκ τούτου, η αντίσταση είναι μικρότερη. Το κύτταρο σουλφιδίου καδμίου είναι ένα υλικό ημιαγωγών υψηλής αντοχής και είναι ευαίσθητο στο φως IR, γι 'αυτό αυτά τα κύτταρα χρησιμοποιούνται συνήθως σε φωτοαντίσταση. Σε ορισμένες περιπτώσεις, υλικά όπως το σεληνίδιο μολύβδου (PbSe), το αντιμιονίδιο ινδίου (InSb) και το θειούχο μόλυβδο (PbS) χρησιμοποιούνται επίσης σε LDRs. Ωστόσο, οι φωτοαντίσταση απαιτούν σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα (της τάξης μερικών δευτερολέπτων) για την απόκριση στο περιστατικό φως.

Μια αντίσταση φωτογραφίας. ή LDR. Πηγή εικόνας: © Nevit Dilmen, LDR 1480405 6 7 HDR Enhancer 1CC BY-SA 3.0
Χρώμα αντικειμένουΑνακλώμενο φως
 RedΠράσινοΜπλε
Red  
Κίτρινο 
Πράσινο  
Μπλε  
Άσπρο
Μαύρο   
Πίνακας με σύνθεση χρώματος Κόκκινο - Πράσινο - μπλε ή RGB. Η αναλογία του φωτός RGB ποικίλλει ανάλογα με το χρώμα του αντικειμένου.

Πού χρησιμοποιούνται οι αισθητήρες χρώματος;

Οι αισθητήρες χρώματος έχουν μια σειρά εφαρμογών στην καθημερινή μας ζωή. Οι αισθητήρες χρώματος χρησιμοποιούνται σε:

  • Ιατρικός εξοπλισμός: Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα της ιατρικής.
  • Έλεγχος βιομηχανικών διεργασιών: Οι ανιχνευτές χρώματος χρησιμοποιούνται σε διάφορα βιομηχανικά μηχανήματα και εκτυπωτές για σκοπούς κατασκευής και επιθεώρησης.
  • Έλεγχος συνέπειας RGB LED: Οι ανιχνευτές χρώματος χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της εξόδου μήκους κύματος των LED και άλλων τύπων φωτός.
  • Μέτρηση θερμοκρασίας φωτός χρώματος: οι ανιχνευτές χρώματος χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας φωτός χρώματος που είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό συστημάτων φωτισμού.
  • Συστήματα ασφαλείας: Ορισμένα συστήματα ασφαλείας χρησιμοποιούν επίσης αισθητήρες χρώματος για καλύτερα αποτελέσματα.

Ποιοι είναι οι αισθητήρες χρώματος που διατίθενται στην αγορά;

Μερικοί δημοφιλείς αισθητήρες χρωμάτων που διατίθενται άμεσα στην αγορά είναι:

  • TCS3200
  • ColorPAL από την παράλλαξη
  • SEN-11195
  •  TCS3200
  • TCS3400
  • TCS34715
  • TCS34727
  • Lego Mindstorms EV3

Εκτός από αυτά, οι αισθητήρες χρώματος μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας το Arduino.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους οπτικούς αισθητήρες επισκεφθείτε εδώ.

Σχετικά με το Sanchari Chakraborty

Είμαι πρόθυμος μαθητευόμενος, επί του παρόντος επενδύω στον τομέα της Εφαρμοσμένης Οπτικής και της Φωτονικής. Είμαι επίσης ενεργό μέλος του SPIE (Διεθνής Εταιρεία Οπτικής και Φωτονικής) και του OSI (Optical Society of India). Τα άρθρα μου έχουν ως στόχο να φέρουν στο φως ποιοτικά επιστημονικά ερευνητικά θέματα με απλό αλλά ενημερωτικό τρόπο. Η επιστήμη εξελίσσεται από αμνημονεύτων χρόνων. Γι 'αυτό, προσπαθώ να αξιοποιήσω την εξέλιξη και να το παρουσιάσω στους αναγνώστες.

Ας συνδεθούμε μέσω https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

Lambda Geeks