色度感測器

色度感測器屬於儀器科學與技術學科,通過感知物體顏色的色調與飽和度實現色度識別功能。其研究始於20世紀60年代,由美國工業發展實驗室最早開始研究。根據測量原理可分為分光光度法(精度高)和光電積分法(速度快)兩類。

隨著數字成像技術、LED光源等發展,低成本攜帶型感測器逐步普及,在工業生產、醫療設備、環境評估等領域廣泛套用。基於三刺激值定義的新型顏色感測晶片和連續光譜LED的推出,使低成本、攜帶型、高性能的顏色感測器開發成為可能。2020年新型結構色技術的突破,使裸眼檢測靈敏度提升7-30倍,為生物感測開闢新方向。

中文名稱色度感測器
英文名稱chromaticity transducer
定  義能感受被分辨物體的色度,並轉換成可用輸出信號的感測器。
套用學科機械工程(一級學科),感測器(二級學科),物理量感測器(三級學科)

基本介紹

  • 學科領域:儀器科學與技術 
  • 英文名稱:Colorimetric Sensor 
  • 核心技術:分光/光電測量法 
  • 主要套用:自動化檢測、環境評估 
  • 技術突破:裸眼色度感測器(2020年) 
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發展歷程

  • 1960年代:美國工業發展實驗室開啟早期研究
  • 1970年代:福特航空研製連續染色機測色儀,存在光干擾缺陷
  • 20世紀80年代:日本東京Shibanra電氣有限公司研製了測色裝置,天津大學進行了測色實驗裝置的研究,採用了脈衝氨燈作照明光源,分光元件採用平面閃耀光柵,接收器件由16個並行放置的矽光二極體形成陣列所組成
  • 90年代:吉林工業大學採用光電倍增管實現波長逐點檢測

技術原理

採用兩種核心測量方法:
  1. 分光光度法:通過光柵分光形成光譜,光電陣列接收數據,精度達±0.01色差單位
  2. 光電積分法:利用三色濾光片匹配色度函式,回響速度可達毫秒級

技術演進

  • 光源革新:從脈衝氙燈發展為LED光源
  • 接收器件:由16個並行放置的矽光二極體形成陣列所組成
  • 數學模型:色空間匹配算法推動顏色感測器性能提升

結構色技術突破

2020年提出的新型設計方案特點:
  • 採用多色雷射光源與結構色濾光片組合
  • 實現裸眼可見的無標記檢測
  • 生物色素靈敏度達傳統感測器30倍
  • 可為環境檢測、即時診斷提供新方案

套用領域

  • 工業檢測:顯示器色差管理、產品顏色識別
  • 城市建設:道路照明評估、建築光環境和城市光污染評估
  • 科研文化:色度感測器在科學技術和文化事業中可用於圖書館書本管理
  • 醫療設備:攜帶型診斷儀器顏色辨識

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