颜色传感器原理及实际应用案例

时间:2025-09-05
  颜色传感器概述
  颜色传感器是一种能够感知光线的传感器,属于光电传感器、光传感器的范畴。它通过光电二极管接收环境光,并分别检测色彩三原色 ——R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的强度,以此来识别目标物体的颜色。
  颜色传感器的检测原理
  当向物体照射含有 RGB 分量的光线时,物体表面会反射与自身颜色对应的颜色分量。例如,若物体为红色,其反射光分量主要为红光(R)。物体的颜色是由其反射的色光(RGB)分量的比例所决定的。颜色传感器利用光电二极管接收反射光,并计算 RGB 的强度比例,从而实现颜色识别。

 

  从图中可以清晰看到,当物体为白色时,会反射 RGB 三原色光;物体为黄色时,会反射 R 色光和 G 色光,且两者的比例会改变黄色的色调深浅;而物体为黑色时,则无反射光。
  颜色传感器 IC 的结构
  颜色传感器通常以 IC 的形式实现。其内部配备有彩色滤光片(Color filter)和红外截止滤光片(Ir cut filter)。彩色滤光片能够增强 RGB 的分光特性,而红外截止滤光片则可阻隔红外线,二者协同作用,实现高精度的颜色识别。

  

  颜色传感器的应用实例 ——BH1749NUC
  BH1749NUC 是一款 16bit 串行输出型数字颜色传感器 IC。它不仅能够检测光的颜色分量(RGB)和红外光,还能将其转换为数字信号。该 IC 具备更高的灵敏度、更宽的检测范围以及优异的红外光阻隔特性,能够轻松且地获取环境光的照度和色温。

 

  从结构图可知,该 IC 内部不仅有彩色滤光片(RGB)和红外截止滤光片(Ir cut filter),还具备特色的红外光检测单元。光电二极管检测到的各色光分量通过 ADC(模数转换器)转换为数字信号后,经由 I2C 接口传输至微控制器
  其封装尺寸为 2.1×2.0×0.6mm,体积小,功耗低,非常适用于电池驱动的多种应用场景。主要电气规格如下:
  电源电压范围:2.3V~3.6V
  照度检测范围:80 klx (Typ)
  工作时的消耗电流:190μA (typ)
  断电时的消耗电流:0.8μA (typ)
  工作温度范围: - 40℃~ + 85℃

 

  性能对比数据表明,在日光色(5000K)和灯泡色(2800K)的色温检测中,BH1749NUC 的测量结果非常准确。
  颜色传感器的应用示例
  颜色传感器的应用十分广泛。一方面,通过检测环境光,它可以将显示或拍摄的色彩校正到更佳状态。这使得显示屏能够输出更接近自然的图像,并提升拍摄画质,因此被广泛应用于液晶电视、智能手机、平板电脑、掌上游戏机等产品中。另一方面,它还可用于工厂等生产工艺的管理环节,对产品颜色或液体颜色进行判定。例如,在食品加工行业,可通过颜色传感器检测食品的颜色,判断其成熟度和品质;在纺织行业,可对布料颜色进行检测和分类。
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