Sensore di colore: 3 fatti importanti che dovresti sapere

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Cosa sono i sensori di colore?

I sensori di colore sono una forma di "sensori fotoelettrici" che utilizza un trasmettitore per emettere luce e un ricevitore per rilevare le lunghezze d'onda della luce che vengono riflesse su di esso. Generalmente, un sensore di colore è in grado di rilevare una combinazione di lunghezze d'onda appartenenti allo spettro rosso, blu o verde. L'analisi combinata di queste tre lunghezze d'onda fornisce il colore effettivo dell'oggetto o della luce. Il sensore di colore viene utilizzato per generare un segnale di uscita che ha un'energia corrispondente all'energia della luce incidente, ovvero misura la lunghezza d'onda della luce ricevuta.

Illuminazione RGB
Dimostrazione del modello di colore RGB. Fonte immagine: http://By en:User:Bb3cxv – http://en.wikipedia.org/wiki/Image:RGB_illumination.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3157464

Qual è il principio di un sensore di colore?

I sensori di colore possono essere di due tipi: un tipo di sensore illumina l'oggetto dato con una luce ad ampia lunghezza d'onda comprendente tutte le lunghezze d'onda dello spettro rosso, verde e blu, quindi rileva la lunghezza d'onda della luce che l'oggetto riflette con l'aiuto di un ricevitore . Il secondo tipo di sensore illumina l'oggetto con specifiche lunghezze d'onda dello spettro rosso, verde e blu e quindi rileva il rapporto tra le lunghezze d'onda della luce che l'oggetto riflette e le lunghezze d'onda della luce RGB incidente con l'aiuto di un ricevitore.

Quando l'energia luminosa sotto forma di fotoni viene bombardata su una superficie metallica, gli elettroni liberi presenti sulla superficie metallica si eccitano e saltano fuori dal reticolo metallico provocando un flusso di elettroni o corrente elettrica. La quantità di corrente elettrica generata dipende dall'energia del fotone o dalla lunghezza d'onda della luce incidente. In questo modo viene calcolata la lunghezza d'onda della luce riflessa. Gli elettroni possono emettere dalla superficie del metallo se la lunghezza d'onda della luce è inferiore o uguale a una lunghezza d'onda di soglia. La soglia la frequenza corrisponde all'energia minima necessario per rompere i legami metallici da parte degli elettroni.

Un oggetto di colore rosso rifletterebbe la lunghezza d'onda della luce rossa solo quando una luce di ampia lunghezza d'onda è incidente su di esso. Allo stesso modo, un oggetto bianco rifletterebbe la luce di ogni lunghezza d'onda e un oggetto nero non rifletterebbe la luce di una data lunghezza d'onda.

sensore ottico
Rappresentazione del bombardamento di fotoni che emette elettroni da una superficie metallica. Fonte immagine: PonorEffetto fotoelettrico in un diagramma a tinta unitaCC BY-SA 4.0

I fotodiodi vengono utilizzati per convertire l'energia luminosa in flusso di elettroni. I fotodiodi sono relativamente più sensibili alla luce con frequenze inferiori (cioè possono rilevare la luce dallo spettro infrarosso in modo più accurato rispetto alla luce dello spettro visibile o UV). Il funzionamento di un fotodiodo è simile a un diodo a giunzione PN. Tuttavia, nel caso dei fotodiodi, una lente trasparente viene utilizzata al posto di un involucro opaco che viene utilizzato per focalizzare la luce sulla giunzione PN. La maggior parte dei fotodiodi sono costituiti da materiali come silicio e germanio. Questi diodi sono sensibili alla luce infrarossa e quindi vengono utilizzati in diverse applicazioni mediche.

sensore di colore
Fotodiodi superiore (germanio), tre inferiori (silicio). Fonte immagine: http://Ulfbastel (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotodio.jpg), „Fotodio“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Alcuni sensori di colore utilizzano anche foto-resistenze. Viene anche definito un foto-resistore resistori dipendenti dalla luce o LDR. Questi dispositivi possono variare la loro resistenza interna a seconda della quantità di energia luminosa incidente. Maggiore è l'intensità della luce, minore è la resistenza. Quando l'intensità della luce incidente sull'LDR è maggiore, la corrente generata o il flusso di elettroni è maggiore e quindi la resistenza è minore. La cella al solfuro di cadmio è un materiale semiconduttore ad alta resistenza ed è sensibile alla luce IR, motivo per cui queste celle sono comunemente utilizzate nelle foto-resistenze. In alcuni casi, nelle LDR vengono utilizzati anche materiali come il seleniuro di piombo (PbSe), l'antimonuro di indio (InSb) e il solfuro di piombo (PbS). Tuttavia, le foto-resistenze richiedono un tempo relativamente lungo (dell'ordine di pochi secondi) per rispondere alla luce incidente.

LDR 1480405 6 7 Potenziatore HDR 1
Una foto-resistenza. o LDR. Fonte immagine: © Nevit Dilmen, LDR 1480405 6 7 Potenziatore HDR 1CC BY-SA 3.0
Colore dell'oggettoLuce riflessa
 RossoGreenBlu
Rosso  
Giallo 
Green  
Blu  
White
Nero   
Tabella che mostra la composizione dei colori rosso - verde - blu o RGB. Il rapporto della luce RGB varia a seconda del colore dell'oggetto.

Dove vengono utilizzati i sensori di colore?

I sensori di colore hanno una vasta gamma di applicazioni nella nostra vita quotidiana. I sensori di colore sono utilizzati in:

  • Apparecchiature mediche: questi dispositivi sono ampiamente utilizzati nel campo della medicina.
  • Controllo dei processi industriali: i rilevatori di colore vengono utilizzati in diverse macchine e stampanti industriali per la correzione e l'ispezione della produzione.
  • Controllo della coerenza dei LED RGB: i rilevatori di colore vengono utilizzati per analizzare l'uscita della lunghezza d'onda dei LED e di altri tipi di luce.
  • Misurazione della temperatura del colore della luce: i rilevatori di colore vengono utilizzati per misurare la temperatura del colore della luce necessaria per la progettazione dei sistemi di illuminazione.
  • Sistemi di sicurezza: alcuni sistemi di sicurezza utilizzano anche sensori di colore per risultati migliori.

Quali sono i sensori di colore disponibili sul mercato?

Alcuni noti sensori di colore immediatamente disponibili sul mercato sono:

  • TCS3200
  • ColorPAL da parallasse
  • SEN-11195
  •  TCS3200
  • TCS3400
  • TCS34715
  • TCS34727
  • Lego Mindstorms EV3

Oltre a questi, i sensori di colore possono essere realizzati utilizzando Arduino.

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