Принцип работы датчиков цвета

Датчик цвета – это разновидность фотоэлектрического датчика с находящимися внутри корпуса передающим и принимающим устройством. Передатчик представлен трехцветным светодиодом, излучающим световые волны. Последние улавливаются приемником (светочувствительным датчиком), который измеряет интенсивность попадающего на него света. Датчик цвета измеряет длины волн, относящихся к трем основным цветам цветового спектра: красному, синему и зеленому. На основе комплексного анализа длин волн получают истинный цвет объекта или света.

Принцип работы датчика цвета

Датчики цвета можно разделить на два типа:

• Освещает исследуемый предмет светом широкого спектра, который включает в себя все длины волн синего, красного и зеленого диапазона. Приемник ловит отраженный от предмета свет и определяет длину его волны.
• Освещает исследуемый предмет волнами синего, красного и зеленого спектра, после чего устанавливает соотношение между длинами световых волн, отраженных этим предметом, и длинами волн, принятых приемником.

Когда фотоны бомбардируют металлическую поверхность, свободные электроны возбуждаются и начинают хаотичное движение, создавая условия для возникновения электрического тока. Количество свободных электронов находится в зависимости от энергии фотона, иными словами, от длины волны падающего света. Электроны отрываются от металлической поверхности, когда длина световой волны меньше ее порогового значения. Под пороговой длиной волны (пороговой частотой) понимается частота фотона с энергией, достаточной для высвобождения электрона.

Предмет красного цвета отражает волну красного света, если на него попадает свет с большой длиной волны (620-760 нм). Белый предмет отражает все световые волны видимого спектра (380-760 нм). Объект черного цвета не отражает ничего: черный цвет не имеет длину волны, его просто не существует в природе. Под черным цветом подразумевается отсутствие видимого света.

Для преобразования энергии света в поток электронов служат фотодиоды. Они особенно чувствительны к коротковолновому излучению, поэтому обнаруживают свет в инфракрасном спектре точнее, чем в видимом или ультрафиолетовом спектре. Фотодиод работает по такому же принципу, как и диод с РN переходом. Отличие состоит в том, что у фотодиода вместо не пропускающего свет корпуса используется прозрачная линза, концентрирующая пучок света на РN-переходе. В фотодиодах используются компоненты из кремния и германия.

В некоторых датчиках света применяются фоторезисторы (LDR). Эти устройства обладают способностью изменять внутреннее сопротивление под воздействием световой энергии. Как только интенсивность падающего на фоторезистор света возрастает, сила тока увеличивается, а сопротивление резистора уменьшается. В фоторезисторах присутствует ячейка из сульфида кадмия – полупроводник с большим сопротивлением и высокой чувствительностью к ИК-излучению. В ряде моделей LDR встречаются такие редкие соединения как сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe) и антимонид индия (InSb). Тем не менее, реакция фоторезистора на падающий свет остается сравнительно медленной (несколько секунд).

В белом свете присутствуют все цвета радуги. При попадании света на поверхность предмета одна часть световых волн поглощается, а другая отражается. Отраженные волны формируют цвета видимого нами предмета. Чтобы определить количество цветов, используя электронную схему, требуется измерить длины волн, отраженных от поверхности объекта. Простейший способ это сделать – осветить объект разными цветами и определить, какой из них отражается с большей интенсивностью.

В нижеприведенной таблице приводятся соотношение цветов основного видимого спектра (RGB) в увязке с цветом поверхности предмета.

Применение датчиков света

Приборы данного типа применяются в различных областях, среди которых:

• медицина – для оснащения некоторых видов диагностической аппаратуры;
• промышленность – для управления производственными процессами, проверки наличия цветовых меток, оперативного контроля за работой печатных машин и принтеров;
• проектирование систем освещения – при помощи датчиков света измеряют цветовую температуру света;
• электроника – для контроля согласованной работы светодиодов RGB, подсветки ЖК-дисплеев и телеэкранов, анализа длины волны различных источников излучения;
• системы безопасности – для получения наилучших результатов распознавания предметов.

Датчики цвета в виде фотореле также используют в быту, в частности, с их помощью можно организовать освещение территории по восходу и заходу солнца.