專利名稱：基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子測(cè)量?jī)x器，特別涉及一種基于三濾色片密度測(cè) 量法的反射便攜式彩色密度計(jì)。
背景技術(shù)：
在測(cè)量彩色密度時(shí)，由于是測(cè)量的是經(jīng)過(guò)樣片反射光強(qiáng)信號(hào)，這樣就帶 來(lái)一系列的問(wèn)題。如光信號(hào)微弱的情況下信噪比難以控制，測(cè)量到的光強(qiáng)信 號(hào)中混有油墨表面反射回來(lái)的光油墨的干或濕將直接影響到測(cè)量的結(jié)果等問(wèn) 題。這些因素都將直接影響到儀器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)在彩色密度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性低的問(wèn)題，提出了一種基 于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)，體積小巧，可靠性高，測(cè) 量精度高，便于操作的反射便攜式彩色密度測(cè)量裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式 彩色密度計(jì)，包括儀器前端機(jī)械組件和硬件電路組件，前端機(jī)械組件包括光 源、上下交叉的兩個(gè)偏振濾色片和顏色探測(cè)器，硬件電路組件包括電源電 路、光源驅(qū)動(dòng)電路、三色信號(hào)選通電路、自動(dòng)增益電路、峰值檢測(cè)電路、模 擬濾波電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路，單片機(jī)控制電路對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路 發(fā)出控制信號(hào)，點(diǎn)亮光源，光源入射，通過(guò)下偏振濾色片，偏振化的光照射 到墨層上，其中部分光被墨層表面反射無(wú)法通過(guò)上偏振濾色片，剩余的光通 過(guò)上偏振濾色片，被顏色探測(cè)器接收，光信號(hào)送入三色信號(hào)選通電路被單片 機(jī)控制電路控制依次接收信號(hào)；進(jìn)入自動(dòng)增益電路，將電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，并且自動(dòng)放大；自動(dòng)增益電路輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路，檢測(cè)脈沖信 號(hào)穩(wěn)定點(diǎn)并保持信號(hào)；經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路的信號(hào)進(jìn)入模擬濾波電路進(jìn)一步消 除信號(hào)中殘留的噪聲，提高信噪比；最后信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)控制電路處理數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù)最后送入顯示電路顯示結(jié)果。
所述光源由9個(gè)LED燈按40。間隔均勻分布在360。范圍內(nèi)。 所述儀器前端機(jī)械組件用硅膠密封。 所述光源從45°角入射，顏色探測(cè)器在O。角接收光。 本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型基于三濾色片密度測(cè)量法的反 射便攜式彩色密度計(jì)，上下交叉的兩個(gè)偏振濾色片結(jié)構(gòu)有效避免了因?yàn)橛湍?未干時(shí)和干燥后對(duì)光反射引起的測(cè)量誤差，機(jī)械組件用硅膠密封，能夠很好 的消除外界雜光，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。硬件電路組件的合理設(shè) 計(jì)保證了信號(hào)的準(zhǔn)確性。

圖1為本實(shí)用基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)光源示意 圖2為本實(shí)用新型基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)測(cè)試示 意圖3為本實(shí)用新型基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)硬件電 路框圖4為本實(shí)用新型基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)增益控
制數(shù)據(jù)采集流程圖。
具體實(shí)施方式
基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)包括儀器前端機(jī)械組 件、硬件電路組件。
如圖2所示示意圖，機(jī)械組件包括光源3、上下交叉的偏振濾色片 2、 7和探測(cè)器1，光源從45°角入射，通過(guò)下偏振濾色片7，偏振化的光4 照射到墨層5上，其中部分光6被墨層表面反射，這部分光由于保持了原先 的偏振性將無(wú)法通過(guò)上偏振濾色片2;然而剩余的光，由于是通過(guò)墨層后被 反射，這樣就失去了偏振性，因此這部分光能夠通過(guò)上偏振濾色片2，顏色 探測(cè)器1在0°角接收光。這樣一來(lái)就消除了由于油墨干濕程度不同產(chǎn)生的 測(cè)量偏差。光源如圖1所示9個(gè)LED按40。間隔均勻分布在360。范圍內(nèi)。
LED光源隨著固體照明技術(shù)的發(fā)展，LED生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)完 全能滿足儀器光源的需求，而且LED光源有體積小，壽命長(zhǎng)，光輸出穩(wěn)定， 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，熱輻射少等優(yōu)點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)密度測(cè)量實(shí)際是光能量的測(cè)量，在反射率很小時(shí)，反射后的光信 號(hào)將變得非常微弱，此時(shí)外界雜光的混入將會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)相當(dāng)大的誤 差，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否密閉對(duì)儀器性能有至關(guān)重要的影響。本實(shí)用新型中的 機(jī)械組件用硅膠密封能夠很好的消除外界雜光，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn) 確性。
在光路中設(shè)置交叉偏振濾色片由于濕墨層和干墨層表面反射情況是不
同的，因此油墨未干時(shí)要比干燥后看起來(lái)密度更高，這就是印刷中典型的 "干褪"現(xiàn)象。為了避免測(cè)量到油墨的表面反射光，采用了設(shè)置交叉濾色片 的方法，有效的將這一因素產(chǎn)生的影響降到最小。
硬件電路組件如圖3所示框圖包括1) 儀器電源電路，用于提供整個(gè)儀器所需的正負(fù)電源，以及電池管理。
2) 光源驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)單片機(jī)的控制信號(hào)來(lái)操縱LED組的亮暗，給出光信 號(hào)。
3) 三色信號(hào)選通電路，光信號(hào)送入后用于控制三色信號(hào)的依次接收，連接 著顏色探測(cè)器S9032和自動(dòng)增益電路。
4) 自動(dòng)增益電路，用于將前級(jí)送入的電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，并且自動(dòng)的 按一定系數(shù)將信號(hào)放大。
5) 峰值檢測(cè)電路，自動(dòng)增益電路輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路，檢測(cè)脈沖信 號(hào)穩(wěn)定點(diǎn)并保持信號(hào)，有助于減少噪聲和干擾產(chǎn)生的影響，提高數(shù)據(jù)的可靠 性。
6) 模擬濾波電路，經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路的信號(hào)進(jìn)入模擬濾波電路進(jìn)一步消除 信號(hào)中殘留的噪聲，提高信噪比。
7) 單片機(jī)控制電路，本實(shí)用新型所選用的單片機(jī)C8051F340內(nèi)部集成有A/D 轉(zhuǎn)換功能模塊，A/D輸入端連接濾波電路的模擬信號(hào)輸出端，控制信號(hào)輸入 端連接鍵盤，控制輸出端則連接光源、選通電路、自動(dòng)增益電路等部分，顯 示輸出端則連接LCD顯示器；此部分電路用于根據(jù)按鍵指令選擇工作模式， 記錄并計(jì)算數(shù)據(jù)，然后將彩色密度數(shù)據(jù)送入LCD顯示器顯示。接收按鍵指 令，提供前級(jí)模擬電路控制信號(hào)。
8) 顯示電路，用于顯示測(cè)量結(jié)果。
彩色密度是用紅、綠、藍(lán)三種不同濾色片進(jìn)行測(cè)量得到的密度值，用 Db，比，Db表示。彩色密度表示的是物體對(duì)紅、綠、藍(lán)色光的吸收程度，是描述 顏色的特征參數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下<formula>formula see original document page 7</formula>
其中附(義)為顏色傳感器的靈敏度；r,(;i),^;ih,(;i)分別為紅、綠、藍(lán)濾色 片的透光率，p(;i)為被測(cè)樣品的反射率。通過(guò)上式可以看出密度測(cè)量也就是 對(duì)反射率進(jìn)行測(cè)量。
密度測(cè)量其實(shí)是一個(gè)相對(duì)測(cè)量的過(guò)程，先用一塊密度視為零的白板，對(duì)
其測(cè)量分別保存三色信號(hào)的釆樣值，定為密度零點(diǎn)；然后對(duì)彩色密度樣品再
進(jìn)行測(cè)量，記錄三色信號(hào)的采樣值，然后按下式進(jìn)行計(jì)算，即可得出三色密 度值。<formula>formula see original document page 7</formula>
其中V,為白板對(duì)應(yīng)的采樣值，K,為V,對(duì)應(yīng)的增益系數(shù)，V2為彩色密度樣品對(duì) 應(yīng)的采樣值，K2為V2對(duì)應(yīng)的增益系數(shù)，p")為彩色密度樣品反射率。
具體測(cè)試單片機(jī)在接收按鍵操作指令后對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信 號(hào)，點(diǎn)亮LED組。通過(guò)儀器頭部光學(xué)系統(tǒng)作用，部分有效反射光透過(guò)偏振濾 色片進(jìn)入到探頭中的全反射腔體。光在腔體內(nèi)傳輸過(guò)程中，腔體對(duì)信號(hào)光起 到了積分的作用，這樣就使得有效光信號(hào)能全部均勻的分布到到顏色傳感器 S9032的靈敏元上；在信號(hào)光照射下，顏色傳感器S9032產(chǎn)生三路信號(hào)，分 別為光透過(guò)紅、綠、藍(lán)濾色片后的電流。此三路信號(hào)的輸出連接到模擬開(kāi)關(guān)芯片，由單片機(jī)控制信道選通，將信號(hào)送入后續(xù)電路進(jìn)行進(jìn)一步處理；在信 道選擇完成后，信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益電路。單片機(jī)接收了增益后的信號(hào)同時(shí)又 發(fā)送用于調(diào)節(jié)增益的反饋信號(hào)，形成了閉環(huán)控制。因此電路能自動(dòng)選擇適當(dāng) 的增益系數(shù)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；自動(dòng)增益生成的電壓信號(hào)，送入 峰值檢測(cè)電路，在這個(gè)環(huán)節(jié)里穩(wěn)定工作狀態(tài)下的信號(hào)被保持。隨后正向二階 濾波電路進(jìn)一步將信號(hào)的信噪比提高，最后的信號(hào)被送入單片機(jī)進(jìn)行處理； 處理后數(shù)據(jù)送顯示。
如圖4增益控制數(shù)據(jù)采集流程圖。前級(jí)輸入的信號(hào)首先按最大增益進(jìn)行 I/V轉(zhuǎn)換，峰值檢測(cè)電路將有效電平信號(hào)保持住，通過(guò)單片機(jī)采樣之后判斷 信號(hào)是否飽和，如信號(hào)飽和則減小增益，再次峰值檢測(cè)和采樣判斷，持續(xù)此 循環(huán)過(guò)程直到滿足接收條件。調(diào)整好增益之后，重復(fù)多次采樣，將采樣值累 加。為能確保信號(hào)的實(shí)時(shí)性，每次使用峰值檢測(cè)之前，都要將峰值保持復(fù) 位。自動(dòng)并且接收單片機(jī)送入的反饋控制信號(hào)，從而調(diào)節(jié)增益的大小。經(jīng)過(guò) 自動(dòng)增益電路后得到的電壓信號(hào)，輸入信號(hào)解調(diào)電路，這部分電路的主要作 用是將信號(hào)中代表光強(qiáng)的直流分量提取出來(lái)。然后再將信號(hào)進(jìn)一步濾波，提 高信號(hào)可靠性。
權(quán)利要求1、一種基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)，其特征在于，包括儀器前端機(jī)械組件和硬件電路組件，前端機(jī)械組件包括光源、上下交叉的兩個(gè)偏振濾色片和顏色探測(cè)器，硬件電路組件包括電源電路、光源驅(qū)動(dòng)電路、三色信號(hào)選通電路、自動(dòng)增益電路、峰值檢測(cè)電路、模擬濾波電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路，單片機(jī)控制電路對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，點(diǎn)亮光源，光源入射，通過(guò)下偏振濾色片，偏振化的光照射到墨層上，其中部分光被墨層表面反射無(wú)法通過(guò)上偏振濾色片，剩余的光通過(guò)上偏振濾色片，被顏色探測(cè)器接收，光信號(hào)送入三色信號(hào)選通電路被單片機(jī)控制電路控制依次接收信號(hào)；進(jìn)入自動(dòng)增益電路，將電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，并且自動(dòng)放大；自動(dòng)增益電路輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路，檢測(cè)脈沖信號(hào)穩(wěn)定點(diǎn)并保持信號(hào)；經(jīng)過(guò)峰值檢測(cè)電路的信號(hào)進(jìn)入模擬濾波電路進(jìn)一步消除信號(hào)中殘留的噪聲，提高信噪比；最后信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)控制電路處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最后送入顯示電路顯示結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度 計(jì)，其特征在于，所述光源由9個(gè)LED燈按40。間隔均勻分布在360。范圍內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度 計(jì)，其特征在于，所述儀器前端機(jī)械組件用硅膠密封。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度 計(jì)，其特征在于，所述光源從45。角入射，顏色探測(cè)器在O。角接收光。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于三濾色片密度測(cè)量法的反射便攜式彩色密度計(jì)，包括儀器前端機(jī)械組件和硬件電路組件，儀器前端機(jī)械組件中的上下交叉的兩個(gè)偏振濾色片結(jié)構(gòu)有效避免了因?yàn)橛湍锤蓵r(shí)和干燥后對(duì)光反射引起的測(cè)量誤差，機(jī)械組件用硅膠密封，能夠很好的消除外界雜光，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。硬件電路組件的合理設(shè)計(jì)保證了信號(hào)的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N21/55GK201373833SQ20092006887
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者吳斯彧, 琦 瑚, 郭金基, 顧玲娟 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)