颜色传感器工作原理

一个新型传感器能敏锐的察觉到颜色变化有助于一线工人正确的分辨出会所，颜色等问题。

颜色传感器一直用装配线来检测特定的组件。颜色传感器的挑战是检测微妙差异相似或高度反光的颜色。例如,金属涂料在汽车工业中使用很难区分灰度的颜色或黄金。匹配组件这是重要的,如镜子的身体或保险杠都离不开传感器协助。此外,颜色传感器通过数量有限的颜色可以检测，并通过他们有限的能力迅速改变设置或处理多个颜色。

电子技术的发展,光学,软件促进颜色传感器发展。这项技术使得更敏感的传感器,可以忽略光泽和区别出微妙的色调。可以调整方便灵活的制造和精确的色彩校正。

一个典型的颜色传感器具有高强度白光LED,光在目标项目调制。反射从目标是分析的成分红,绿,蓝(RGB)值和强度。此信息用于验证正确的部分和组装,准确控制制成品的颜色。

在一个典型的应用程序中,机器操作员持有一个颜色样本在前面的传感器,编程它对这个特定颜色相匹配。这个过程期间及之后,运营商可能会注意到匹配失败涉及色彩略暗或略轻,但仍在可接受的质量标准。操作员然后重组传感器与更广泛的高/低设置点和通过试错过程建立理想的范围。

如果传感器有多个通道,它可以被编程来识别多种颜色一个颜色在每个频道,每个频道信号是一个离散报警输出。这一技术使简单的颜色识别或匹配,比如排序或部分识别功能,通过/失败标准是足够的。

下一代颜色传感器提供三个额外的输出表示RGB颜色值。好处包括更多的智能控制的制造。

在实践中,传感器输出原始RGB读数为模拟信号。模拟信号更适合通信,因为数字读数为三个渠道将超过每150µs吞吐量限制典型的串行协议。一个传感器可以将原始RGB信号模拟与10位分辨率将输出5mV的每个1023步。

如果颜色变化的原因是无法轻易地发觉或者如果没有显示可用,模拟RGB信号可以数字化和美联储到数据采集系统。这允许全面的变化趋势,分析传感器读数。一些传感器提供一个数据转储模式原始数字读数。

色标传感器工作原理:色标传感器对各种标签进行检测，即使是背景颜色有着细微的差别的颜色也可以检测到，处理速度快。自动适应波长，能够检测灰度值的细小差别，与标签和背景的混合颜色无关。

图例

标准类型

1)漫反射型:一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，带背景抑制功能型 (-8-H) ，带背景分析功能型 (-8-HW)

2)反射板型:一般型 (-6)，带偏振滤波功能型 (-54, -55)，带透明体检测功能型 (-54-G)，带前景抑制功能型 (-54-V)

3)对射型

4)槽型

5)光纤传感器:塑料光纤型，玻璃光纤型

6)色标传感器，颜色传感器，荧光传感器

7)光通讯

8)激光测距:三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型

9)光栅

10)防爆/隔爆型

1)安全对射光电

2)安全光栅

3)安全光幕

4)安全控制器

门控类型

1)雷达传感器:区域检测型

2)主动式传感器:单光束型，多光束型，区域检测型

3)被动式传感器:区域检测型

4)电梯光幕

5)通用光电:槽形，对射型等

①检测距离长

如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段(磁性、超声波等) 无法远距离检测。

②对检测物体的限制少

由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。

③响应时间短

光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

④分辨率高

能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

⑤可实现非接触的检测

可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。

⑥可实现颜色判别

通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

⑦便于调整

在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

用光电元件作敏感元件的光电传感器，其种类繁多，用途广泛。按光电传感器的输出量性质可分为两类:(1 )把被测量转换成连续变化的光电流而制成的光电测量仪器，可用来测量光的强度以及物体的温度、透光能力、位移及表面状态等物理量。例如:测量光强的照度计，光电高温计，光电比色计和浊度计，预防火灾的光电报警器，构成检查被加工零件的直径、长度、椭圆度及表面粗糙度等自动检测装置和仪器，其敏感元件均用光电元件。半导体光电元件不仅在民用工业领域中得到广泛的应用，在军事上更有它重要的地位。例如用硫化铅光敏电阻可做成红外夜视仪、红外线照相仪及红外线导航系统等;(2 )把被测量转换成继续变化的光电流。利用光电元件在受光照或无光照射时" 有" 或"无"电信号输出的特性制成的各种光电自动装置。光电元件用作开关式光电转换元件。例如电子计算机的光电输入器，开关式温度调节装置及转速测量数字式光电测速仪等。

一、烟尘浊度监测仪

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

二、条形码扫描笔

当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。

三、产品计数器

产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光电传感器的光路，使光电脉冲电路产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电传感器电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目，该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。

四、光电式烟雾报警器

没有烟雾时，发光二极管发出的光线直线传播，光电三极管没有接收信号。没有输出，有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接受到光线，有信号输出，发出报警。

五、测量转速

在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。

六、光电池在光电检测和自动控制方面的应用

光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压;光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

应用案例

光电传感器应用于激光武器

由于光电传感器对红外辐射，或可见光，或对二者都特别灵敏，因而就更加容易成为激光攻击的目标。此外，电子系统及传感器本身还极易受到激光产生的热噪声和电磁噪声的干扰而无法正常工作。战场上的激光武器攻击光电传感器的方式主要有以下几种:用适当能量的激光束将传感器"致盲"，使其无法探测或继续跟踪已经探测到的目标。或者，如果传感器正在导引武器飞向目标，则致盲将使其失去目标。综上所述，由于传感器在战场上发挥的作用越来越重要，同时又很容易遭受激光攻击，它们已成为低能激光武器的首选目标 。

光电传感器应用于自动抄表系统

随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展，可以利用光电传感器来研制自动抄表系统。电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转。采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如:在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑，再配以反射式光电发射接收对管，则当铝盘旋转时，在局部涂黑处便产生脉冲，并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，并经光电耦合隔离电路，送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可有效地防止干扰信号进入微机。再结合其它传输方式便可以形成自动抄表系统。

光电传感器应用于监控烟尘污染

光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化，通过把光强度的变化转换成电信号的变化实现控制功能。由于光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用，而我们可以利用光电传感器的特性来检测烟尘的情况，因而光电传感器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

卫生级防冲洗型光电传感器

防冲洗型传感器，能够提供极高的可靠性和舒适性，并将运行成本降至最低。配合IO-Link接口以及能够大幅延长使用寿命的proTect+密封理念，这两款新型传感器适用于苛刻的应用环境，堪称食品和饮料行业的理想解决方案。

1)暂态响应范围宽，谐波测量能力强

暂态特性的优劣是判断一种互感器能否在电力系统中获得应用的一个重要参数，特别是与继电保护动作时间的配合。传统电磁式互感器由于存在铁芯，对高频信号的响应特性较差，不能正确反映一次侧的暂态过程。而光电互感器传测量的频率范围主要由电子线路部分决定，没有铁芯饱和的问题，因此能够准确反映一次侧的暂态过程。一般可设计到0.1 Hz到1 MHz，特殊的可设计到200 MHz的带通。光电传感器的结构可以测量高压电力线路上的谐波。而电磁感应互感器是难以达到的。

2)数字接口，通信能力强

由于光电传感器下传的就是光数字信号，与通信网络容易接口，且传输过程中没有测量误差。同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用，光电互感器可以直接向二次设备提供数字量，这样就能省去原来保护装置中的变换器和A/D采样部分，使二次设备得到大大的简化，推动保护新原理的研究。

3)体积小，重量轻、易升级，满足变电站小型化与紧凑型的要求，由于光电传感器是靠传感头和电子线路进行信号的获取和处理，体积小，重量一般在 1000 kg以下，便于集成在AIS或GIS中，这样将大大减少变电站的占地面积，满足变电站小型化和紧凑化的要求。同时光电互感器通过少量光缆与二次设备连接，可使电缆沟和电缆大为减。

光电传感器的主要应用领域:车载娱乐/导航/DVD系统背光控制，以便在所有的环境光条件下都可以显示出理想的背光亮度;后座娱乐用显示器背光控制;仪表组背光控制(速度计/转速计);自动后视镜亮度控制(通常要求两个传感器，一个是前向的，一个是后向的);自动前大灯和雨水感应控制(专用，根据需求进行变化);后视相机控制(专用，根据需求进行变化)。在提供更舒适的显示质量方面已经成为最有效的解决方案之一，它具有与人眼相似的特性，这对于汽车应用而言至关重要，因为这些应用要求在所有环境光条件下都能达到完全的背光效果。例如，在白天，用户需要最大的亮度来实现最佳的可见度，但是这种亮度在对于夜间条件而言则是过亮的，因此带有良好光谱响应 (良好的IR衰减)的光传感器、适当的动态范围和整体的良好输出信号调节可以很容易地自动完成这些应用。终端用户可以设置几个阈值水平(如低、中、亮光)，或能够随意地动态地改变传感器的背光亮度。这也适用于汽车后视镜亮度控制，当镜子变暗和/或变亮时需要智能的亮度管理，可以通过环境光传感器来完成。

对于便携式应用，如果用户不改变系统设置(通常是亮度控制)，那么一个显示器总是消耗同样多的能量。在室外等特别亮的区域，用户倾向于提高显示器的亮度，这就会增加系统的功耗。而当条件变化时，如进入建筑物，大多数用户都不会去改变设置，因此系统功耗仍然保持很高。但是，通过使用一个光传感器，系统能够自动检测条件变化并调节设置，以保证显示器处于最佳的亮度，进而降低总功耗。在一般的消费类应用中，这也能够延长电池寿命。对于移动电话、笔计本电脑、PAD和数码相机，通过采用环境光传感器反馈，可以自动进行亮度控制，从而延长了电池寿命。

并不是一个新的构想。在数十年前就已经利用光电二极管和光敏电阻来实现这一构想。所谓新构想，是指对环境光感应的同时还能消减无用的红外线和紫外线光，而且在支持汽车规格AECQ-1000严格要求的同时还可以实现小封装，尤其是能够保证在-40度至+105度(2级)温度范围内的操作，以满足其余的规格要求。如何保持工作质量标准并满足AECQ-1000的2级工作要求，这是当今在所有光设计解决方案中所面临的挑战。采用一个光传感器或LED发射器或接收器时，任何的光学解决方案都会面临着暴露在恒定高温下(>+85度)而出现的封装变色问题(会变暗或变成淡黄)。同样值得一提的是，到目前为止，所有环境光传感器的应用都限于车舱内，在发动机舱或户外环境中还没有出现光传感器应用。事实上，即使出现了这样的应用，光封装也不是针对这样的苛刻条件(+125或+150度的条件)而设计，因此，在当前的光学封装技术下，它们很可能还不能够承受这样的条件。

半导体相似传感器和封装开发的最新进展使得终端用户在光传感器上具有了更广泛的选择。小封装、低功耗、高集成和简单易用性是设计者更多地采用光传感器的原因，其应用范围涉及消费类电子、工业应用以及汽车领域。

1、用于目标跟踪和坐标定位256光电管阵列四象限CMOS光电传感器

将传统的象限传感器与当前迅速发展的CMOS图象传感器相结合，提出了使用有源传感阵列感光的256单元光电管阵列四象限CMOS光电传感器。

该传感器的感光单元采用了CMOS图象传感器中使用的有源像素传感器(Active Pixel Sensor，APS)设计，在感光单元内部由光电信号预处理电路直接将传感产生的光电信号转化为幅度较大的电信号输出，避免了对微弱信号的处理，降低了噪声的影响。传感器应用阵列采集光信号，可以直接确定目标光源的坐标位置并实现一步到位的快速调整。传感器使用标准CMOS工艺制造，将传感阵列与信号处理电路集成在同一芯片上，可以实现传感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)设计。广泛应用于激光的瞄准、制导、跟踪，搜索装置，精密测量，如激光微定位、位移监控、精密机床的光电控制等领域。是一种用于目标跟踪和坐标定位的新型集成阵列四象限CMOS光电传感器。

2、光敏象限阵列与磁敏线阵列兼容CMOS数模混合传感器集成电路

基于硅光电传感的象限传感器广泛应用于激光的跟踪制导、位移监控、精密机床等控制等领域。基于硅的半导体磁敏传感器广泛应用于测量磁场强度的各种磁场计、读出磁介质上信息的各类磁头以及非磁信号的探测器等。

3、应用光电二极管阵列的SPR生物传感器微弱信号检测

以提升表面等离子共振生物医学传感器的检测能力为目标,用高性能光电二极管阵列为光电转换器件,论证并实现一种可高效抑制噪声的检测方法,利用光电二极管阵列器件可输出参考噪声信号的特性,通过相干消噪结合小波软阈值消噪,使SPR传感器输出信噪比从40dB左右提高到52dB以上.用SPR传感器检测人体免疫球蛋白(IgG)分子特异性结合的实验表明,该方法显著提高了SPR传感器的分辨率,使之可精确检测样液中IgG含量10~(-3)mg/mL量级的微弱变化,精度和分辨率提升一个数量级以上。

4、光电检测传感器阵列在运动物体检测中的应用

一个基于覆盖理论和卡尔曼滤波算法的光电检测传感器阵列,该阵列具有采集和处理阵列覆盖区域中所感知对象信息的功能,即检测和描述感知对象的存在、运动及其运动轨迹等情况。

国内外光电传感器的研究现状

由于光电传感器的应用涉及的领域非常广泛，其研究和开发在世界上引起了高度重视，各国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。从最初的应用于军事逐渐发展到民事，而且与我们的生活息息相关，应该说现代化的生活离不开光电传感器的参与，如传真机、复印机、扫描仪、打印机、车库开门器、液晶显示器、色度计、分光计、汽车和医疗诊断仪器等等不胜枚举。

美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国家之一，在军事和民用领域的应用发展得十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括:水下探测、航空监测、核辐射检测等。美国也是最早将光电传感器用于民用领域的国家。如运用光电传感器监测电力系统的电流、温度等重要参数，检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国拥有世界最健全的光电传感器产品线，超过12000种产品包括自含式或放大器分离型，限位开关外型或小型传感器，精密检测或长距离检测传感器，检测距离长达305m。并且拥有行业内最齐全的标准光纤和定制光纤产品。大部分产品防护等级达到NEMA6P和IP67。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电传感器的研究与开发。20世纪90年代，研究开发出多种具有一流水平的民用光电传感器，日本的电器以价格适中质量好而响誉全球。西欧各国的大型企业和也积极参与了光电传感器的研发和市场竞争。我国对光电传感器研究的起步时间与国际相差不远。已有上百个单位在这一领域开展工作，主要是在光电温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，有的达到世界先进水平。

但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处于实验研制阶段，还无法投入批量生产和工程化应用。

培训主要包括有西门子plc 三菱plc 其中西门子包括西门子S7-200;S7-1200; S7-300; S7-400 及PLC功能指令应用及强化实操+触摸屏编程+变频控制系统 + 编码器使用+伺服精度定位控制+步进控制系统+模拟量恒温/恒压控制+PID应用技术+近接/光电/颜色传感器使用

1.介绍三菱公司的发展历程及三菱公司开发的产品

2.介绍使用三菱PLC与使用其他PLC的优缺点

3.系统学讲述三菱PLC的特点及世界发展趋势

4.介绍工厂继电器控制电路原理及实操

5.分析比较PLC与继电器控制的区别及优越性

6.详解三菱PLC的外部输入输出电路特点及接线实操

7.详解PLC的扫描工作原理

8.详解三菱PLC编程软件的安装及熟练操作

9.程序上载/下载操作/运行/停止/监控程序/强制输入/强制输出

10.三菱FX系列PLC的软元件:中间继电器使用/特殊继电器使用/状态元件S使用/数据寄存器使用/计数器使用/只加计数器使用/只减计数器使用/可加可减计数器使用

11.定时器的使用:通电延时定时器的使用/断电延时定时器的使用/保持型定时器的使用

12.详解寄存器位/双字/之间的关系及使用

13.详讲二进制/十六进制之间的转换关系

14.PLC的间接寻址，接合工程案例详解

15.脉冲上升沿/下降沿指令/置位/复位指令

16.讲解逻辑取反指令/字节取反指令/字取反指令/双字取反指令

17.详解步进阶梯指令:状态开始指令/状态转移指令/状态结束指令

18.步进阶梯指令的工程案例详细讲解:交通控制灯的编程技巧/ 机械手的工作原理及编程方法

19.讲解电机正反转控制系统编程/讲解彩灯的循环闪烁电路编程技巧

20.传送指令的使用

21.详解比较指令的使用

22.详解高级指的使用及工程案例的应用

23.数学运算指令的使用

24.循环指令的使用及应用

25.程序流程控制指令的使用

26.看门狗指令的使用

27.子程序指令的使用

28.模拟量程序的编程方法技巧

29.模拟量模块2AD的使用

30.PID运算及使用控制

31.IPG模拟量模块的原理及使用

32.四组抢答数码显示

33.交通灯信号控制程序设计

34.艺术彩灯花样程序设计

35.一个按钮控制多台电机的启动、停止编程设计

36.小车智能运料程序设计

37.楼宇电梯程序设计

38.十字路口交通信号红绿灯编程设计

39.汽车自动门控制系统编程设计

40.印刷设备自动/全自动控制程序设计

41.多台电动机启动/停止控制程序设计

42. 供排水系统自动控制程序设计

43.恒压供水自动控制程序设计

44.包装数粒机高速/低速控制程序设计

45. 数控机床系统编程设计

46.机械手控制原理及程序设计

47.编码器的原理与使用

48.PLC模块解密及解密软件的使用

49.PLC与PLC通信编程技术及应用

50.附:根据学员实际所需，可以讲解课部分程外的问题

1.自动化系统概论。西门子家族产品介绍

2. S7-300/400硬件结构和性能

3. STEP 7 管理器使用方法，(上机操作)

4. PC/PG和PLC的通讯设置和程序读取;

5. STEP 7的硬件组态与诊断功能

6. CPU 模拟量模块参数设置

7. 符号表使用及其符号编程。

8. S7-PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用

9. S7-300/400的编程语言、编程元件与指令系统

10.S7-300/400的程序结构，功能块(FB)、功能(FC)、数据块(DB)、组织块(OB)与中断的 编程。

11.程序结构介绍:线型编程方法;模块化编程;结构化编程。

12. S7-300/400的通信: MPI 总线(PROFIBUS),以太网组网通讯和NETPRO的使用及其编程WINCC培训课程

13.组态与SIMATIC S7的连接

14.变量模拟的测试功能

15.人机接口的图形编辑器和图形显示

16.组态报警消息、归档和消息显示

17.组态变量归档及实时和历史趋势显示

18.组态报表

19.WinCC的全局脚本和开放性接口介绍

20.WINCC与第三方软件通讯和接口技术OPC