CN101614590B - 一种光电积分式测色仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光电积分式测色仪，包括测头及主机，测头包括光源、第一光感单元、第二光感单元、模数转换单元及壳体；第一光感单元及第二光感单元分别将采集到的光信号转换为电压信号，并发送到模数转换单元；模数转换单元将第一光感单元及第二光感单元发送来的电压信号分别转换为数字信号，并传送到主机进行处理。本发明采用两个光感单元，同时进行调白、调黑及测色，省略测色步骤，提高测色精度；本发明光感系统与信号转换系统集成化设计，均设置在测头内，有效减小信号转换、传输及处理过程中的相互干扰，提高测色的稳定性。

Description

一种光电积分式测色仪

技术领域

本发明涉及一种光电积分式测色仪。

背景技术

目前，测色仪多为光电积分式结构。目前的光电积分式测色仪均采用单光感系统，在进行测色时，需要首先将测头放到黑筒上，测头采集到无颜色信息后，传输给主机，作为“黑”的基准处理，即调黑；然后将测头对准标准白板，测头采集到标准白板信息后，传输给主机，作为“白”的基准处理，即调白；然后再将测头对准被测物品，采集被测物品的颜色信息，主机通过对比被测物品与“白、黑”的基准，可以得出被测物品的颜色数值。这种光电积分式测色仪不但测色步骤烦琐，增加操作人员负担，还会因为增加测色环节而增加误差，如对标准白板的测量距离、角度等因素都会因为操作者不同而受到不同程度影响，从而降低测色的精度。另外，目前的光电积分式测色仪光感系统与信号转换系统均为独立设计，光感系统位于测头中，而信号转换系统则位于主机中，光感系统与信号转换系统之间的传输非常复杂，使得测头与主机的尺寸及其之间的位置受到限制。最后，由于信号转换系统与信号处理系统均位于主机中，各种信号之间会发生干扰，影响测色的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少人为介入测色步骤，从而提高测色自动化水平及精度、稳定性的光电积分式测色仪。

为了解决上述问题，本发明提供了一种光电积分式测色仪，包括用于测试被测物品的测头及进行信号处理并显示测试结果的主机，所述测头包括光源、第一光感单元、第二光感单元、模数转换单元及放置所述光源、第一光感单元和第二光感单元的壳体；

所述第一光感单元包括：第一聚光导光筒、第一积分球、第一光电探测器及第一两级放大电路；

所述第一聚光导光筒将所述光源发送来的光信号转换为平行光，并将该平行光发送到所述被测物品上进行反射；

所述被测物品反射来的光信号进入所述第一积分球后，在所述第一积分球内进行漫反射；

所述第一光电探测器采集到部分在所述第一积分球内进行漫反射的光信号，并将该光信号转换为电流信号传送到所述第一两级放大电路；

所述第一两级放大电路将所述第一光电探测器发送来的电流信号进行放大，并转换为电压信号发送到所述模数转换单元；

所述第二光感单元包括：第二聚光导光筒、第二积分球、第二光电探测器、光感表面涂黑的第三光电探测器、第二两级放大电路、第三两级放大电路及标准白板；

所述第二聚光导光筒将所述光源发送来的光信号转换为平行光，并将该平行光发送到所述标准白板上进行反射；

所述标准白板反射来的光信号进入所述第二积分球后，在所述第二积分球内进行漫反射；

所述第二光电探测器及第三光电探测器分别采集到部分在所述第二积分球内进行漫反射的光信号，并分别将该光信号转换为不同的电流信号传送到所述第二两级放大电路及第三两级放大电路；

所述第二两级放大电路及第三两级放大电路分别将所述第二光电探测器及第三光电探测器发送来的电流信号进行放大，并转换为电压信号发送到所述模数转换单元；

所述模数转换单元将所述第一光感单元及第二光感单元发送来的电压信号分别转换为数字信号，并传送到所述主机进行处理。

进一步，所述光源为钨灯，所述光源通过单片机控制。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用两个光感单元，可以同时进行调白、调黑及测色，省略了测色步骤，减少了测色误差，提高了测色精度；

2、本发明将光感系统与信号转换系统集成化设计，均设置在测头内，可以有效减小信号转换、传输及处理过程中的相互干扰，从而提高测色的稳定性；

3、本发明中测头与主机的连接线缆中，只需要设置一根传输数字信号的数据线及电源线，非常灵活；

4、本发明中测头与主机的信号传输为数字信号，大大降低信号传输过程中的损耗，可以方便长距离测色。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1示出了本发明一种光电积分式测色仪结构示意图；

图2示出了本发明一种光电积分式测色仪测头部分工作流程示意图；

图3示出了本发明一种光电积分式测色仪供电系统结构示意图；

图4示出了本发明一种光电积分式测色仪光源供电控制原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括用于测试被测物品1的测头2及进行信号处理并显示测试结果的主机3，测头2与主机3通过线缆4连接；测头2包括光源23、第一光感单元21、第二光感单元22、模数转换单元24及放置光源23、第一光感单元21和第二光感单元22的壳体25；

光源23产生光信号，并分别将该光信号传送到第一光感单元21及第二光感单元22；

第一光感单元21将采集到的光源23发送的光信号在被测物品1上反射的部分光信号，转换为电压信号，并发送到模数转换单元24；

第二光感单元22分别以两种不同的采集方式，将采集到的光源23发送的光信号在标准白板224上反射的部分光信号，转换为电压信号，并分别发送到模数转换单元24；

模数转换单元24将第一光感单元21及第二光感单元22发送来的电压信号分别转换为数字信号，并通过线缆4一并传送到主机3进行处理。

本发明采用两个光感单元，可以同时进行调白、调黑及测色，省略了测色步骤，减少了测色误差，提高了测色精度；本发明将光感系统与信号转换系统集成化设计，均设置在测头内，可以有效减小信号转换、传输及处理过程中的相互干扰，从而提高测色的稳定性。

如图1、图2所示，第一光感单元21包括：第一聚光导光筒213、第一积分球211、第一光电探测器212及第一两级放大电路214；第二光感单元22包括：第二聚光导光筒225、第二积分球221、第二光电探测器222、光感表面涂黑的第三光电探测器223、第二两级放大电路226、第三两级放大电路227及标准白板224。

工作时，接通电源，并开启光电积分式测色仪，此时光源23产生光信号，在光源两侧分别设置有第一聚光导光筒213及第二聚光导光筒225。第一聚光导光筒213及第二聚光导光筒225均包括有隔热玻璃、胶合透镜及导光筒。光源必须置于两个胶合透镜的焦点上，以确定导光筒导出平行光，并将该平行光分别导出到被测物品1及标准白板224上，此时被测物品1及标准白板224反射回来的光信号不包含其它杂光。

被测物品1及标准白板224反射回来的光信号分别进入第一积分球211及第二积分球221。第一积分球211及第二积分球221均为中空的球腔，球腔上开有入光孔、出光孔和若干取样孔，腔壁喷涂具有漫反射性质的涂层。

位于光源23一侧的第二积分球221，用于调白、调黑。在球壁上安装有第二光电探测器222及第三光电探测器223，第二光电探测器222及第三光电探测器223均由模拟标准色度观察者对红、绿、蓝三原色的感色能力的三路光电探测器组成。第二光电探测器222用于调白，第三光电探测器223用于调黑。

在第二积分球221远离光源23的一侧设置有一块经过标定的标准白板224，光源23发出的光信号通过透镜转换为平行光，经过导光筒垂直投射到该标准白板224上，标准白板224反射回包含标准白板色度信息的光信号，该光信号在第二积分球221内发生漫反射。第二积分球221球壁上安装的用于调白的第二光电探测器222接收相应的光信号后进行光电转换。

第三光电探测器223用于调黑，将第三光电探测器光感表面全部涂黑。涂黑了的第三光电探测器223在接收第二积分球221内发生漫反射的光信号时，接收到的是不包含任何颜色信息的光信号，从而获得测色所需的黑基准。

位于光源23另一侧的第一积分球211，球壁上安置有第一光电探测器212，第一光电探测器212是由模拟标准色度观察者对红、绿、蓝三原色的感色能力的三路光电探测器组成的。第一光电探测器212包含有滤色片组构成的滤色器和光电转换器件，用于光电转换。其中光电转换器件是硅光电池。

光源23发出的光信号通过透镜转换为平行光，经导光筒垂直投射到被测物品1上，被测物品1反射回包含被测样品色度信息的光信号，经过被测物品1反射回的光信号在第一积分球211内发生漫反射，第一积分球211球壁上安装的第一光电探测器212的三路光电探测器分别选择性地接受相应的光信号进行光电转换。

第一光电探测器212将探测的被测物品1的颜色信息的光信号转换为电流信号，并将该电流信号发送给第一两级放大电路214；

第二光电探测器222将探测到标准白板224的颜色信息的光信号转换为电流信号，并将该电流信号发送给第二两级放大电流226；

第三光电探测器223将探测到的不包含任何颜色信息的光信号转换为电流信号，并将该电流信号发送给第三两级放大电流227。

第一两级放大电路214、第二两级放大电路226及第三两级放大电路227分别将各自收到的电流信号进行两级放大，并转换为电压信号，再将该电压信号发送到模数转换单元24。该三种不同的电压信号分别代表着被测物品1、标准白板224的颜色信息及无颜色的信息。

模数转换单元24接收到该三种不同的电压信号后，进行模数转换，得到数字信号后，将该三种不同的数字信号发送到主机3。主机3将从模数转换单元24接收到的三种不同的数字信号进行计算，即可得到被测物品1的三原色的数值，从而定量的获得被测物品的颜色信息。

第一两级放大电路214与第一光电探测器212集成化设计；第二两级放大电路226与第二光电探测器222集成化设计；第三两级放大电路227与第三光电探测器223集成化设计。这样有效减小光电积分式测色仪的空间。

本发明包括两个光感单元：第一光感单元21、第二光感单元22。第一光感单元21与第二光感单元可同时工作，无须将调白、调黑与测色分开进行；测头2对准被测物品1进行测色时，第一光感单元21将被测物品1的颜色信息采集、处理并发送到主机3；与此同时的，第二光感单元22将标准白板224中的“白、黑”信息采集、处理并发送到主机3，作为主机3颜色处理中“白、黑”的基准，即调白、调黑；主机3根据“白、黑”基准及第一光感单元21发送来的颜色信息进行计算，得出被测物品1的精确颜色参数。在第二光感单元中设置了标准白板224，也是第一光感单元21与第二光感单元22可同时工作的必要条件，只有这样才能实现自动进行调白、调黑操作，将人为因素对测色的影响降低到最小。

模数转换单元24放置在测头2中，第一两级放大电路214、第二两级放大电路226及第三两级放大电路227发送来的电压信号均在模数转换单元24中转换为数字信号，然后发送到主机。这样主机3所处理的信号与第一两级放大电路214、第二两级放大电路226及第三两级放大电路227发送的电压信号分别处于主机3与测头2中，相互之间不会发生干扰，有利于信号处理的稳定性。

另外，从测头2到主机3只需要传送数字信号，所需线缆较少。最后，从测头2到主机3只需传送数字信号，可以有效遏制电压信号在传输过程中的衰减。

如上所述，在对被测物品1进行测量的时候，只需将测头2对准被测物品1，按下测量键，就可在主机3中读到被测物品1的颜色数据。由于在测量过程中人为参与少，全部自动化完成，所以人为的误差被降到最低，操作还非常方便和快捷，测得的数据精度高、稳定性好。

本发明中光源23采用钨灯。在本发明中使用两个光感单元：第一光感单元21、第二光感单元22，可以同时进行调黑、调白以及测色工作，使用即时调黑、调白，并进行测量得到所测样品的颜色参数，因此在进行工作前无须打开钨灯23，钨灯23不需一直保持工作状态。如图3、图4所示，本发明中将钨灯23电路设置成即用即亮形式，也就是在有按键输入即有信号的时候，钨灯23才工作。所以在本发明给钨灯23供电的电源部分设置了一个P沟道场效应管开关，即PMOS开关51，市电经开关电源模块53转换为5.6v的直流电后，分别分配给PMOS开关51及低压差线性稳压模块LDO54，LDO54为测色部分及单片机52供电。单片机52引脚的高低电平控制钨灯23的亮灭，当与PMOS开关51的栅极相接的单片机52引脚为高电平时，开关与钨灯23相接的漏极为低电平，钨灯23灭；当与PMOS开关51的栅极相接的单片机52引脚为低电平时，开关与钨灯23相接的漏极为高电平，钨灯亮。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光电积分式测色仪，其特征在于：包括用于测试被测物品(1)的测头(2)及进行信号处理并显示测试结果的主机(3)，所述测头(2)包括光源(23)、第一光感单元(21)、第二光感单元(22)、模数转换单元(24)及放置所述光源(23)、第一光感单元(21)和第二光感单元(22)的壳体(25)；

所述第一光感单元(21)包括：第一聚光导光筒(213)、第一积分球(211)、第一光电探测器(212)及第一两级放大电路(214)；

所述第一聚光导光筒(213)将所述光源(23)发送来的光信号转换为平行光，并将该平行光发送到所述被测物品(1)上进行反射；

所述被测物品(1)反射来的光信号进入所述第一积分球(211)后，在所述第一积分球(211)内进行漫反射；

所述第一光电探测器(212)采集到部分在所述第一积分球(211)内进行漫反射的光信号，并将该光信号转换为电流信号传送到所述第一两级放大电路(214)；

所述第一两级放大电路(214)将所述第一光电探测器(212)发送来的电流信号进行放大，并转换为电压信号发送到所述模数转换单元(24)；

所述第二光感单元(22)包括：第二聚光导光筒(225)、第二积分球(221)、第二光电探测器(222)、光感表面涂黑的第三光电探测器(223)、第二两级放大电路(226)、第三两级放大电路(227)及标准白板(224)；

所述第二聚光导光筒(225)将所述光源(23)发送来的光信号转换为平行光，并将该平行光发送到所述标准白板(224)上进行反射；

所述标准白板(224)反射来的光信号进入所述第二积分球(221)后，在所述第二积分球(221)内进行漫反射；

所述第二光电探测器(222)及第三光电探测器(223)分别采集到部分在所述第二积分球(221)内进行漫反射的光信号，并分别将该光信号转换为不同的电流信号传送到所述第二两级放大电路(226)及第三两级放大电路(227)；

所述第二两级放大电路(226)及第三两级放大电路(227)分别将所述第二光电探测器(222)及第三光电探测器(223)发送来的电流信号进行放大，并转换为电压信号发送到所述模数转换单元(24)；

所述模数转换单元(24)将所述第一光感单元(21)及第二光感单元(22)发送来的电压信号分别转换为数字信号，并传送到所述主机(3)进行处理。

2.如权利要求1所述的光电积分式测色仪，其特征在于：所述光源(23)为钨灯，所述光源(23)通过单片机(52)控制。

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