مستشعر الألوان: 3 حقائق مهمة يجب أن تعرفها


المحتويات

ما هي مجسات اللون؟

مستشعرات اللون هي شكل من أشكال "أجهزة الاستشعار الكهروضوئية" التي تستخدم جهاز إرسال لانبعاث الضوء وجهاز استقبال لاستشعار أطوال موجات الضوء التي تنعكس عليها. بشكل عام ، يكون مستشعر الألوان قادرًا على اكتشاف مجموعة من الأطوال الموجية التي تنتمي إلى الطيف الأحمر أو الأزرق أو الأخضر. يعطي التحليل المشترك لهذه الأطوال الموجية الثلاثة اللون الفعلي للكائن أو الضوء. يستخدم مستشعر اللون لتوليد إشارة خرج لها طاقة مقابلة لطاقة الضوء الساقط ، أي أنها تقيس الطول الموجي للضوء المستقبَل.

ما هو مبدأ جهاز استشعار اللون؟

يمكن أن تكون مستشعرات الألوان من نوعين: نوع مستشعر واحد يضيء الكائن المحدد بضوء ذو طول موجي عريض يتكون من جميع أطوال موجات الطيف الأحمر والأخضر والأزرق ، ثم يكتشف الطول الموجي للضوء الذي يعكسه الكائن مرة أخرى بمساعدة جهاز استقبال . يضيء نوع المستشعر الثاني الكائن المحدد بأطوال موجية طيفية محددة باللون الأحمر والأخضر والأزرق ، ثم يكتشف نسبة أطوال موجات الضوء التي يعكسها الكائن مرة أخرى إلى أطوال موجات ضوء RGB الساقط بمساعدة جهاز استقبال.

عندما يتم قصف الطاقة الضوئية على شكل فوتونات على سطح معدني ، فإن الإلكترونات الحرة الموجودة على السطح المعدني تتأثر وتقفز من الشبكة المعدنية مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات أو التيار الكهربائي. كمية التيار الكهربائي المتولد تعتمد على طاقة الفوتون أو الطول الموجي للضوء الساقط. هذه هي الطريقة التي يتم بها حساب الطول الموجي للضوء المنعكس للخلف. يمكن أن تنبعث الإلكترونات من سطح المعدن إذا كان الطول الموجي للضوء أقل من أو يساوي عتبة الطول الموجي. العتبة التردد يتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لكسر الروابط المعدنية بواسطة الإلكترونات.

يعكس الجسم ذو اللون الأحمر الطول الموجي للضوء الأحمر فقط عندما يسقط عليه ضوء ذو طول موجي عريض. وبالمثل ، فإن الجسم الأبيض يعكس الضوء لكل طول موجي والجسم الأسود لن يعكس الضوء لأي طول موجي معين.

أجهزة الاستشعار البصرية
تمثيل لقصف الفوتونات الذي ينبعث إلكترونات من سطح معدني. مصدر الصورة: مانحالتأثير الكهروضوئي في رسم بياني صلبCC BY-SA 4.0

تستخدم الثنائيات الضوئية لتحويل الطاقة الضوئية إلى تدفق الإلكترون. تعتبر الثنائيات الضوئية أكثر حساسية نسبيًا تجاه الضوء الذي يحتوي على ترددات أقل (أي يمكنها اكتشاف الضوء من طيف الأشعة تحت الحمراء بشكل أكثر دقة من الضوء من الطيف المرئي أو طيف الأشعة فوق البنفسجية). يشبه عمل الثنائي الضوئي صمام تقاطع PN. ومع ذلك ، في حالة الثنائيات الضوئية ، يتم استخدام عدسة شفافة بدلاً من الغلاف المعتم الذي يستخدم لتركيز الضوء على تقاطع PN. تتكون معظم الثنائيات الضوئية من مواد مثل السيليكون والجرمانيوم. هذه الثنائيات حساسة لضوء الأشعة تحت الحمراء ، وبالتالي فهي تستخدم في العديد من التطبيقات الطبية.

مستشعر اللون
الثنائيات الضوئية العلوية (الجرمانيوم) ، الثلاثة السفلية (السيليكون). مصدر الصورة: http://Ulfbastel (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotodio.jpg), „Fotodio“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

تستخدم بعض أجهزة استشعار الألوان أيضًا مقاومات الصور. ويطلق على المقاوم للصور أيضًا المقاومات المعتمدة على الضوء أو LDR. يمكن أن تختلف هذه الأجهزة عن مقاومتها الداخلية اعتمادًا على كمية طاقة الضوء الساقط. كلما زادت شدة الضوء ، قلت المقاومة. عندما تكون شدة الضوء الواقعة على LDR أكثر ، يكون التيار المتولد أو تدفق الإلكترون أكثر ، وبالتالي تكون المقاومة أقل. خلية كبريتيد الكادميوم هي مادة شبه موصلة ذات مقاومة عالية وحساسة تجاه ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وهذا هو سبب استخدام هذه الخلايا بشكل شائع في المقاومات الضوئية. في بعض الحالات ، تُستخدم أيضًا مواد مثل سيلينيد الرصاص (PbSe) ، وأنتيمونيد الإنديوم (InSb) ، وكبريتيد الرصاص (PbS) أيضًا في LDRs. ومع ذلك ، تتطلب مقاومات الصور وقتًا طويلاً نسبيًا (في حدود بضع ثوانٍ) للاستجابة للضوء الساقط.

مقاوم للصور. أو LDR. مصدر الصورة: © Nevit Dilmen ، محسن HDR 1480405 6 7 LDR 1CC BY-SA 3.0
لون الكائنالضوء المنعكس
 أحمرأخضرأزرق
أحمر  
أصفر 
أخضر  
أزرق  
أبيض
اسود   
جدول يوضح تكوين اللون الأحمر - الأخضر - الأزرق أو RGB. تختلف نسبة ضوء RGB تبعًا للون الكائن.

أين تستخدم مستشعرات الألوان؟

تحتوي مستشعرات الألوان على مجموعة من التطبيقات في حياتنا اليومية. تستخدم مستشعرات اللون في:

  • المعدات الطبية: تستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في مجال الطب.
  • التحكم في العمليات الصناعية: تستخدم أجهزة الكشف عن الألوان في العديد من الآلات والطابعات الصناعية لأغراض التصنيع والتصحيح والفحص.
  • التحكم في تناسق RGB LED: تستخدم أجهزة الكشف عن الألوان لتحليل خرج الطول الموجي لمصابيح LED وأنواع الضوء الأخرى.
  • قياس درجة حرارة اللون الفاتح: تستخدم أجهزة الكشف عن الألوان لقياس درجة حرارة اللون الفاتح الضرورية لتصميم أنظمة الإضاءة.
  • أنظمة الأمان: تستخدم بعض أنظمة الأمان أيضًا مستشعرات الألوان للحصول على نتائج أفضل.

ما هي أجهزة استشعار الألوان المتوفرة في السوق؟

بعض مستشعرات الألوان الشائعة المتوفرة في السوق هي:

  • TCS3200
  • ColorPAL من اختلاف المنظر
  • سين -11195
  •  TCS3200
  • TCS3400
  • TCS34715
  • TCS34727
  • ليغو Mindstorms EV3

بصرف النظر عن هذه ، يمكن صنع مستشعرات الألوان باستخدام Arduino.

لمعرفة المزيد عن المستشعرات الضوئية قم بزيارة هنا.

سانشاري تشاكرابورتي

أنا متعلم شغوف ، مستثمر حاليًا في مجال البصريات التطبيقية والضوئيات. أنا أيضًا عضو نشط في SPIE (الجمعية الدولية للبصريات والضوئيات) و OSI (الجمعية البصرية في الهند). تهدف مقالاتي إلى تسليط الضوء على موضوعات البحث العلمي عالية الجودة بطريقة بسيطة ولكنها غنية بالمعلومات. العلم يتطور منذ زمن سحيق. لذا ، أحاول أن أستفيد من التطور وأقدمه للقراء. دعنا نتواصل من خلال https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

آخر المقالات