如何选择颜色传感器
摘 要：
本文介绍了目前推出的颜色传感器的类型和每种颜色传感器的适用场合，提出了选择合适的颜色传感器应考虑的问题。
关键词：颜色传感器、色标检测、选择考虑。
一、引言
现代化工业生产由于应用场合越来越多、越来越复杂，所以对更精密、更可靠的传感器的需求量也越来越大，举例来说，颜色检测和颜色变化的识别等就是其中较为复杂的应用之一，如在包装生产中机器要确定哪种产品放在什么颜色的包装中、糖果包装膜应该在何时切割、如何保证玩具、香水瓶或其它产品其正面朝向包装盒的玻璃纸窗口等等。
像这样较为困难的检测任务一般都采用以颜色传感器为核心的解决方案。本文将介绍目前已推出的颜色传感器类型和每种颜色传感器的应用场合，提供某些有助于你选择最适合自己应用的传感器时要考虑的问题。
目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型（都属于光电式的）：其一是色标传感器，它使用一个白炽灯光源或单色LED光源；其二是RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。
这类装置许多是温反射型、光束型和光纤型的，封装在各种金属和聚碳酸酯外壳中。典型的输出包括：NPN和PNP、继电器和模拟输出。
二、色标传感器
1、分类
色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源都可用于色标检测。
以白炽灯为基础的传感器用有色光源检测颜色，这种白炽灯发射包括红外在内的各种颜色的光，因此用这种光源的传感器可在很宽范围上检测颜色的微小变化。另外，白炽灯传感器的检测电路通常都十分简单，因此可获得极快的响应速度。然而，白炽灯不允许振动和延长使用时间，因此不适用于有严重冲击和振动的场合。
使用单色光源（即绿色或红色LED）的色标传感器就其原理来说并不是检测颜色，它是通过检测色标对光束的反射或吸收量与周围材料相比的不同而实现检测的。所以，颜色的识别要严格与照射在目标上的光谱成分相对应。
在单色光源中，绿光LED（565mm）和红光LED（660mm）各有所长。绿光LED比白炽灯寿命长，并且在很宽的颜色范围内比红光源灵敏度高。红光LED对有限的颜色组合有响应，但它的检测距离比绿光LED远。通常红光源传感器的检测距离是绿光源传感器的6～8倍。
2、应用
根据需要用户可以选择两种色标传感器——绿色光源的或红色光源的。例如，如果应用中需要区别出三种色标，为此，首先需要调节传感器的灵敏度，使绿光源传感器只检测最亮颜色的物体。接着再调节红光源的传感器检测下一个最亮的物体和另一个物体。最后，你用一个控制器和一个门传感器去分析在同一时间内的红绿输出，即可识别出三种物体。
图2所示生产线是色标传感器的一种应用场合。这条生产线要求传感器能够在密封膜与小盒熔接在一起之前检测密封材料上的色标。这里最好选择一个单色光源的色标传感器，因为其色标颜色总是相同的。但要注意，色标传感器只检测散射光，不检测来自密封膜的直接反射光，直接反射光是随色标颜色和光源而变化的。
如果检测距离小于0.5in.，可用绿LED作光源的传感器。如果检测距离介于0.5~2.5in.，可用红LED光源的传感器。此外，像药品包装线这样的场合需要重复地清洗，这时可采用聚塑（IP67）封装的色标传感器。图2所示是色标传感器的另一个应用场合。在这里传感器要求能够检测同样颜色的标签符号并要求响应速度快。
目前市场上已有专为高速应用设计的色标传感器，其响应时间可小于20ms。而在这类应用场合，传感器一般的响应时间为20ms~1ms之间，典型检测距离为8mm ~5cm之间，还可用放大器提供高系统灵敏度。色标传感器常见规格为NEMA4X或12，IP67，还有光纤光缆的。
三、RGB颜色传感器
1、概念
RGB颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。它是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测的。由于这种颜色检测法精密度极高，所以RGB传感器能准确区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调。
一般RGB传感器都有红、绿、蓝三种光源，如图3所示。三种光通过同一透镜发射后被目标物体反射。光被反射或吸收的量值取决于物体颜色。
RGB传感器有两种测量模式。一种是分析红、绿、蓝光的比例。因为检测距离无论怎样变化，只能引起光强的变化，而三种颜色光的比例不会变，因此，即使在目标有机械振动的场合也可以检测。
第二种模式是利用红绿蓝三基色的反射光强度实现检测目的。利用这种模式可实现微小颜色判别的检测，但传感器会受目标机械位置的影响。无论应用哪种模式，大多数RGB传感器都有导向功能，使其非常容易设置。这种传感器大多数都有内建的某种形式的图表和阈值，利用它可确定操作特性。
2、应用
图4所示是一条洗发剂装瓶包装生产线，有若干种不同配方的产品要在同一生产线上完成包装。为区别种类，需要一个能检测不同颜色瓶盖的传感器，并且还要求能对一种颜色到另一种颜色的快速变化产生快速响应。在这里速度不是主要因素，颜色检测的可靠性最重要，必须为100%的正确率，所以，在这种场合最好选用RGB传感器。
四、如何正确选择颜色传感器
正如我们所见到的那样，颜色传感器有若干种规格和不同的性能，要选择正确的传感器必须通过了解以下几方面问题来分析你的应用：
1、应用的目的？
2、现有电源类型如何？交流还是直流？额定电压多少？
3、检测系统要控制什么设备？传输机还是检验系统？
4、输出负载是什么？
5、要求系统的工作速度如何？以每分钟通过多少部件或传送带的速度描述。
6、传感器可安装点与目标的距离如何？
7、环境如何？包括清洁、多尘、热、冷等各方面情况。
8、有多少房间能把传感器安装在现场？
9、有费用限制吗？
10、目标物体的尺寸和形状如何？
11、目标表面如何？例如，有光泽的或散射的。
12、在检测现场，目标物体背后的背景颜色如何？
13、背景距离目标物体有多远？
五、结论
因为只有两类传感器可供选择，所以很容易确定哪类颜色传感器适合你的应用。为了更方便选择，大多数传感器厂商都提供详细指标和比较表，利用它可以回答与传感器性能有关的上述问题。这些信息通常在供货商的网址上可以查到。
