專利名稱：一種光電積分式測色儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電積分式測色儀。
背景技術：
目前，測色儀多為光電積分式結構。目前的光電積分式測色儀均采用單 光感系統，在進行測色時，需要首先將測頭放到黑筒上，測頭采集到無顏色
信息后，傳輸給主機，作為"黑"的基準處理，即調黑；然后將測頭對準標 準白板，測頭采集到標準白板信息后，傳輸給主機，作為"白"的基準處理， 即調白；然后再將測頭對準被測物品，采集被測物品的顏色信息，主機通過 對比被測物品與"白、黑"的基準，可以得出被測物品的顏色數值。這種光 電積分式測色儀不但測色步驟煩瑣，增加操作人員負擔，還會因為增加測色 環節而增加誤差，如對標準白板的測量距離、角度等因素都會因為操作者不 同而受到不同程度影響，從而降低測色的精度。另外，目前的光電積分式測 色儀光感系統與信號轉換系統均為獨立設計，光感系統位于測頭中，而信號 轉換系統則位于主機中，光感系統與信號轉換系統之間的傳輸非常復雜，使 得測頭與主機的尺寸及其之間的位置受到限制。最后，由于信號轉換系統與 信號處理系統均位于主機中，各種信號之間會發生千擾，影響測色的穩定性。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種減少人為介入測色步驟，從而提高 測色自動化水平及精度、穩定性的光電積分式測色儀。
為了解決上述問題，本發明提供了一種光電積分式測色儀，包括用于測 試被測物品的測頭及進行信號處理并顯示測試結果的主機，所述測頭包括光 源、第一光感單元、第二光感單元、模數轉換單元及放置所述光源、第一光 感單元和第二光感單元的殼體；所述第一光感單元將采集到的所述光源發送的光信號在所述被測物品
上反射的部分光信號轉換為電壓信號，并發送到所述才莫數轉換單元；
所述第二光感單元將采集到的所述光源發送的光信號在標準白板上反 射的部分光信號轉換為電壓信號，并分別發送到所述模數轉換單元；
所述模數轉換單元將所述第一光感單元及第二光感單元發送來的電壓 信號分別轉換為數字信號，并傳送到所述主機進行處理。
進一步，所述第一光感單元包括第一聚光導光筒、第一積分球、第一 光電探測器及第一兩級放大電路；
所述第一聚光導光筒將所述光源發送來的光信號轉換為平行光，并將該 平行光發送到所述被測物品上進行反射；
所述被測物品反射來的光信號進入所述第 一積分球后，在所述第 一積分 球內進行漫反射；
所述第一光電探測器采集到部分在所述第一積分球內進行漫反射的光 信號，并將該光信號轉換為電流信號傳送到所述第一兩級^:大電路；
所述第一兩級放大電路將所述第一光電探測器發送來的電流信號進行 放大，并轉換為電壓信號發送到所述模數轉換單元。
進一步，所述第二光感單元包括第二聚光導光筒、第二積分球、第二 光電探測器、光感表面涂黑的第三光電探測器、第二兩級放大電路、第三兩 級放大電路及標準白板；
所述第二聚光導光筒將所述光源發送來的光信號轉換為平行光，并將該 平行光發送到所述標準白板上進行反射；
所述標準白板反射來的光信號進入所述第二積分球后，在所述第二積分 球內進行漫反射；
所述第二光電探測器及第三光電探測器分別采集到部分在所述第二積 分球內進行漫反射的光信號，并分別將該光信號轉換為不同的電流信號傳送 到所述第二兩級》文大電路及第三兩級放大電路；
所述第二兩級放大電路及第三兩級放大電路分別將所述第二光電探測 器及第三光電探測器發送來的電流信號進行放大，并轉換為電壓信號發送到所述模數轉換單元。
進一步，所述光源為鴒燈，所述光源通過單片機控制。
本發明具有如下優點
1、 本發明采用兩個光感單元，可以同時進行調白、調黑及測色，省略 了測色步驟，減少了測色誤差，提高了測色精度；
2、 本發明將光感系統與信號轉換系統集成化設計，均設置在測頭內， 可以有效減小信號轉換、傳輸及處理過程中的相互干擾，從而提高測色的穩 定性；
3、 本發明中測頭與主機的連接線纜中，只需要設置一根傳輸數字信號 的數據線及電源線，非常靈活；
4、 本發明中測頭與主機的信號傳輸為數字信號，大大降低信號傳輸過 程中的損耗，可以方便長距離測色。
下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明
圖1示出了本發明一種光電積分式測色儀結構示意圖2示出了本發明一種光電積分式測色儀測頭部分工作流程示意圖3示出了本發明一種光電積分式測色儀供電系統結構示意圖4示出了本發明一種光電積分式測色儀光源供電控制原理圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發明包括用于測試被測物品1的測頭2及進行信 號處理并顯示測試結果的主機3，測頭2與主機3通過線纜4連接；測頭2 包括光源23、第一光感單元21、第二光感單元22、模數轉換單元24及^: 置光源23、第一光感單元21和第二光感單元22的殼體25;
光源23產生光信號，并分別將該光信號傳送到第一光感單元21及第二 光感單元22;第一光感單元21將采集到的光源23發送的光信號在被測物品1上反射 的部分光信號，轉換為電壓信號，并發送到模數轉換單元24;
第二光感單元22分別以兩種不同的采集方式，將采集到的光源23發送 的光信號在標準白板224上反射的部分光信號，轉換為電壓信號，并分別發 送到模數轉換單元24;
模數轉換單元24將第一光感單元21及第二光感單元22發送來的電壓 信號分別轉換為數字信號，并通過線纜4 一并傳送到主機3進行處理。
本發明采用兩個光感單元，可以同時進行調白、調黑及測色，省略了測 色步驟，減少了測色誤差，提高了測色精度；本發明將光感系統與信號轉換 系統集成化設計，均設置在測頭內，可以有效減小信號轉換、傳輸及處理過 程中的相互干擾，從而提高測色的穩定性。
如圖1、圖2所示，第一光感單元21包括第一聚光導光筒213、第一 積分球211、第一光電4笨測器212及第一兩級放大電路214;第二光感單元 22包括第二聚光導光筒225、第二積分球221、第二光電探測器222、光 感表面涂黑的第三光電探測器223、第二兩級放大電路226、第三兩級放大 電if各227及標準白;^反224。
工作時，接通電源，并開啟光電積分式測色儀，此時光源23產生光信 號，在光源兩側分別設置有第一聚光導光筒213及第二聚光導光筒225。第 一聚光導光筒213及第二聚光導光筒225均包括有隔熱玻璃、膠合透鏡及導 光筒。光源必須置于兩個月交合透鏡的焦點上，以確定導光筒導出平行光，并 將該平行光分別導出到被測物品1及標準白板224上，此時被測物品1及標 準白板224反射回來的光信號不包含其它雜光。
被測物品1及標準白板224反射回來的光信號分別進入第一積分球211 及第二積分球221。第一積分球211及第二積分球221均為中空的球腔，^求 腔上開有入光孔、出光孔和若干取樣孔，腔壁噴涂具有漫反射性質的涂層。
位于光源23 —側的第二積分球221，用于調白、調黑。在球壁上安裝 有第二光電探測器222及第三光電探測器223,第二光電探測器222及第三 光電探測器223均由模擬標準色度觀察者對紅、綠、藍三原色的感色能力的三路光電探測器組成。第二光電探測器222用于調白，第三光電探測器223 用于調黑。
在第二積分球221遠離光源23的一側設置有一塊經過標定的標準白板 224，光源23發出的光信號通過透鏡轉換為平行光，經過導光筒垂直投射到 該標準白板224上，標準白板224反射回包含標準白板色度信息的光信號， 該光信號在第二積分球221內發生漫反射。第二積分球221球壁上安裝的用 于調白的第二光電探測器222接收相應的光信號后進行光電轉換。
第三光電探測器223用于調黑，將第三光電探測器光感表面全部涂黑。 涂黑了的第三光電^:測器223在接收第二積分球221內發生漫反射的光信號 時，接收到的是不包含任何顏色信息的光信號，從而獲得測色所需的黑基準。
位于光源23另一側的第一積分球211,球壁上安置有第一光電探測器 212，第一光電探測器212是由模擬標準色度觀察者對紅、綠、藍三原色的 感色能力的三路光電探測器組成的。第一光電探測器212包含有濾色片組構 成的濾色器和光電轉換器件，用于光電轉換。其中光電轉換器件是硅光電池。
光源23發出的光信號通過透鏡轉換為平行光，經導光筒垂直投射到被 測物品1上，被測物品1反射回包含被測樣品色度信息的光信號，經過被測 物品1反射回的光信號在第一積分球211內發生漫反射，第一積分球211球 壁上安裝的第一光電探測器212的三路光電探測器分別選擇性地接受相應 的光信號進行光電轉換。
第一光電探測器212將探測的被測物品1的顏色信息的光信號轉換為電 流信號，并將該電流信號發送給第一兩級放大電路214;
第二光電探測器222將探測到標準白板224的顏色信息的光信號轉換為 電流信號，并將該電流信號發送給第二兩級放大電流226;
第三光電探測器223將探測到的不包含任何顏色信息的光信號轉換為 電流信號，并將該電流信號發送給第三兩級放大電流227。
第一兩級放大電路214、第二兩級放大電路226及第三兩級放大電路227 分別將各自收到的電流信號進行兩級放大，并轉換為電壓信號，再將該電壓 信號發送到模數轉換單元24。該三種不同的電壓信號分別代表著被測物品1、標準白板224的顏色信息及無顏色的信息。
模數轉換單元24接收到該三種不同的電壓信號后，進行模數轉換，得 到數字信號后，將該三種不同的數字信號發送到主機3。主機3將從模數轉 換單元24接收到的三種不同的數字信號進行計算，即可得到被測物品1的 三原色的數值，從而定量的獲得被測物品的顏色信息。
第一兩級放大電路214與第一光電探測器212集成化設計；第二兩級放 大電路226與第二光電探測器222集成化設計；第三兩級放大電路227與第 三光電探測器223集成化設計。這樣有效減小光電積分式測色儀的空間。
本發明包括兩個光感單元第一光感單元21、第二光感單元22。第一 光感單元21與第二光感單元可同時工作，無須將調白、調黑與測色分開進 行；測頭2對準被測物品1進行測色時，第一光感單元21將被測物品1的 顏色信息釆集、處理并發送到主機3;與此同時的，第二光感單元22將標 準白板224中的"白、黑"信息采集、處理并發送到主機3，作為主機3顏 色處理中"白、黑"的基準，即調白、調黑；主機3根據"白、黑"基準及 第一光感單元21發送來的顏色信息進行計算，得出被測物品1的精確顏色 參數。在第二光感單元中設置了標準白板224，也是第一光感單元21與第 二光感單元22可同時工作的必要條件，只有這樣才能實現自動進行調白、 調黑操作，將人為因素對測色的影響降低到最小。
模數轉換單元24放置在測頭2中，第一兩級放大電路214、第二兩級 放大電路226及第三兩級放大電路227發送來的電壓信號均在模數轉換單元 24中轉換為數字信號，然后發送到主機。這樣主機3所處理的信號與第一 兩級放大電路214、第二兩級放大電路226及第三兩級放大電路227發送的 電壓信號分別處于主機3與測頭2中，相互之間不會發生干擾，有利于信號 處理的穩定性。
另外，從測頭2到主機3只需要傳送數字信號，所需線纜較少。最后， 從測頭2到主機3只需傳送數字信號，可以有效遏制電壓信號在傳輸過程中 的衰減。
如上所述，在對被測物品1進行測量的時候，只需將測頭2對準被測物 品l，按下測量鍵，就可在主機3中讀到被測物品1的顏色數據。由于在測量過程中人為參與少，全部自動化完成，所以人為的誤差被降到最低，操作 還非常方便和快捷，測得的數據精度高、穩定性好。
本發明中光源23釆用鴒燈。在本發明中使用兩個光感單元第一光感 單元21、第二光感單元22,可以同時進行調黑、調白以及測色工作，使用 即時調黑、調白，并進行測量得到所測樣品的顏色參數，因此在進行工作前 無須打開鎢燈23，鴒燈23不需一直保持工作狀態。如圖3、圖4所示，本 發明中將鎢燈23電路設置成即用即亮形式，也就是在有按鍵輸入即有信號 的時候，鵠燈23才工作。所以在本發明給鵠燈23供電的電源部分設置了一 個P溝道場效應管開關，即PMOS開關51,市電經開關電源;漠塊53轉換為 5.6v的直流電后，分別分配給PMOS開關51及低壓差線性穩壓模塊LD054, LD054為測色部分及單片機52供電。單片機52引腳的高低電平控制鵪燈 23的亮滅，當與PMOS開關51的柵極相接的單片機52引腳為高電平時， 開關與鎢燈23相接的漏極為低電平，鴒燈23滅；當與PMOS開關51的柵 極相接的單片機52引腳為低電平時，開關與鴒燈23相接的漏極為高電平， 鎢燈亮。
綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的 保護范圍，因此，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種光電積分式測色儀，其特征在于包括用于測試被測物品(1)的測頭(2)及進行信號處理并顯示測試結果的主機(3)，所述測頭(2)包括光源(23)、第一光感單元(21)、第二光感單元(22)、模數轉換單元(24)及放置所述光源(23)、第一光感單元(21)和第二光感單元(22)的殼體(25)；所述第一光感單元(21)將采集到的所述光源(23)發送的光信號在所述被測物品(1)上反射的部分光信號轉換為電壓信號，并發送到所述模數轉換單元(24)；所述第二光感單元(22)將采集到的所述光源(23)發送的光信號在標準白板(224)上反射的部分光信號轉換為電壓信號，并分別發送到所述模數轉換單元(24)；所述模數轉換單元(24)將所述第一光感單元(21)及第二光感單元(22)發送來的電壓信號分別轉換為數字信號，并傳送到所述主機(3)進行處理。
2、 如權利要求1所述的光電積分式測色儀，其特征在于所述第一 光感單元(21)包括第一聚光導光筒(213)、第一積分球(211)、第一 光電探測器(212)及第一兩級放大電路(214);所述第一聚光導光筒(213)將所述光源(23)發送來的光信號轉換為 平行光，并將該平行光發送到所述^皮測物品(1)上進行反射；所述被測物品(1)反射來的光信號進入所述第一積分球(211)后，在 所述第一積分球(211)內進行漫反射；所述第一光電探測器(212)采集到部分在所述第一積分球(211 )內進 行漫反射的光信號，并將該光信號轉換為電流信號傳送到所述第一兩級放大 電路(214);所述第一兩級放大電路(214)將所述第一光電探測器(212)發送來的 電流信號進行放大，并轉換為電壓信號發送到所述模數轉換單元(24)。
3、 如權利要求2所述的光電積分式測色儀，其特征在于所述第二光感單元(22)包括第二聚光導光筒(225 )、第二積分球(221)、第二 光電探測器(222)、光感表面涂黑的第三光電探測器(223 )、第二兩級放 大電路(226)、第三兩級放大電路(227)及標準白板(224);所述第二聚光導光筒(225 )將所述光源(23)發送來的光信號轉換為 平行光，并將該平行光發送到所述標準白板(224)上進行反射；所述標準白板(224)反射來的光信號進入所述第二積分球(221 )后， 在所述第二積分球(221)內進行漫反射；所述第二光電探測器(222)及第三光電探測器(223 )分別采集到部分 在所述第二積分球(221)內進行漫反射的光信號，并分別將該光信號轉換 為不同的電流信號傳送到所述第二兩級放大電路(226)及第三兩級放大電 路(227 );所述第二兩級放大電路(226)及第三兩級放大電路(227)分別將所述 第二光電探測器(222)及第三光電探測器(223)發送來的電流信號進行放 大，并轉換為電壓信號發送到所述^t數轉換單元(24)。
4、 如權利要求2所述的光電積分式測色儀，其特征在于所述光源 (23)為鴒燈，所述光源(23)通過單片機(52)控制。
全文摘要
本發明提供了一種光電積分式測色儀，包括測頭及主機，測頭包括光源、第一光感單元、第二光感單元、模數轉換單元及殼體；第一光感單元及第二光感單元分別將采集到的光信號轉換為電壓信號，并發送到模數轉換單元；模數轉換單元將第一光感單元及第二光感單元發送來的電壓信號分別轉換為數字信號，并傳送到主機進行處理。本發明采用兩個光感單元，同時進行調白、調黑及測色，省略測色步驟，提高測色精度；本發明光感系統與信號轉換系統集成化設計，均設置在測頭內，有效減小信號轉換、傳輸及處理過程中的相互干擾，提高測色的穩定性。
文檔編號G01J3/50GK101614590SQ200910087678
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者徐小力, 谷玉海 申請人:北京機械工業學院