BANNER邦納傳感器顏色識別傳感器的工作原理
BANNER邦納傳感器顏色識別傳感器的工作原理
色彩傳感器分為三種不同類型：光到光電流轉(zhuǎn)換，光到模擬電壓轉(zhuǎn)換，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換。前者通常只代表實(shí)際色彩傳感器的輸入部分，因?yàn)樵脊怆娏鞯姆确浅５?，總是要求放大，以將光電流轉(zhuǎn)換成可用的水平。所以，最實(shí)用的模擬輸出色彩傳感器至少會(huì)有一個(gè)跨阻抗放大器，并提供電壓輸出。
2.1光到光電流轉(zhuǎn)換器原理
光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，光電二極管和發(fā)光二極管相似，核心也是p-n結(jié)，但光電二極管是把光能轉(zhuǎn)為電能的轉(zhuǎn)換器。在光電二極管外殼上有一個(gè)能讓光照射到光敏區(qū)的窗口，光電二極管工作在反向電壓下。無光照時(shí)，反向偏置的p-n結(jié)中只有微弱的反向漏電流一暗電流通過。當(dāng)有光子能量大于p-n結(jié)半導(dǎo)體材料禁帶寬度的光波照射時(shí)，p-n結(jié)各區(qū)域中的價(jià)電子吸收光子能量后，將掙脫束縛而成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴，這些由光照產(chǎn)生的自由電子和空穴稱為光生載流子。在遠(yuǎn)離耗盡層的p區(qū)和n區(qū)中，因電場強(qiáng)度弱，光生載流子只能作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在擴(kuò)散過程中因復(fù)合而消失，不可能形成光電流。而耗盡層中由于電場強(qiáng)度大，光生自由電子和空穴將在電場力作用下以很大速度分別向n區(qū)和p區(qū)運(yùn)動(dòng)，并到達(dá)電極沿外電路運(yùn)動(dòng)，形成光電流。方向由光電二極管的負(fù)極到正極。將光轉(zhuǎn)換成光電流?？梢允褂猛獠侩娐?，將光電流轉(zhuǎn)換成成比例的電壓輸出，然后可以通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，輸送到微控制器中。感測色彩的傳統(tǒng)做法是采用把三至四個(gè)光電二極管組合在一塊芯片上的結(jié)構(gòu)，而將紅、綠、藍(lán)濾色器置于光電二極管的表面（通常將兩個(gè)藍(lán)濾色器組合在一起以補(bǔ)償硅片對于藍(lán)光的低靈敏度）。獨(dú)立的跨阻抗放大器將每個(gè)光電二極管的輸出饋送到具有8}t2位典型分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器中。
2.2光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器原理
光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個(gè)跨阻抗放大器。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號處理器。光到模擬電壓色彩傳感器由色彩濾波器后面的光電二極管陣列與整合的電流到電壓轉(zhuǎn)換電路（通常是跨阻抗放大器）組成，落在每個(gè)光電二極管上的光轉(zhuǎn)換成光電流，其幅度取決于亮度及入射光的波長（由于色彩濾波器）。如果沒有色彩濾波器，典型的硅光電二極管會(huì)對從超紫色區(qū)域直到可視區(qū)域的波長作出響應(yīng)，在光譜接近紅外線的部分，峰值響應(yīng)區(qū)域位于800nm和950nm之間。紅色、綠色和藍(lán)色透射色彩濾波器將重塑和優(yōu)化光電二極管的光譜響應(yīng)。正確設(shè)計(jì)的濾波器將對模仿人眼的濾波后的光電二極管陣列提供光譜響應(yīng)。三個(gè)光電二極管中的每個(gè)光電二極管的光電流會(huì)使用電流到電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成VRout.VCout和VBout。所以光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計(jì)周期較短、產(chǎn)品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。
2.3光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器
由捂配濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如2線串行接口。以進(jìn)一步處理信號。而不需額外的器件。
以RGB色彩傳感器的裝飾照明為實(shí)例：
1）使用色彩傳感器測量LED亮度隨時(shí)間變化情況，提供光學(xué)反饋，控制光源的色彩點(diǎn)
2）可與色彩控制器技術(shù)結(jié)合使用，形成閉環(huán)色彩管理系統(tǒng)
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