CN2570776Y

CN2570776Y - 智能化光泽度测量仪

Info

Publication number: CN2570776Y
Application number: CN 02264303
Authority: CN
Inventors: 武文远; 吴晓红; 胡澄; 范良凯
Original assignee: PLA University of Science and Technology
Current assignee: PLA University of Science and Technology
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2003-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-12

Abstract

智能化光泽度测量仪是一种测量光泽度的智能化装置，由信号采样电路、信号处理电路和显示电路所组成，该测量仪以单片机为中心，缓冲器、液晶显示器、键盘、掉电保护电路、电平转换电路分别接单片机，光路、光电转换器、前置放大电路、A/D转换器、缓冲器依次相串联连接，PC机接电平转换电路；单片机的“PO”口与缓冲器的输出端相接，单片机的“P1”口与键盘相接，单片机的“P3.0、P3.1”口与电平转换电路相接，单片机的“P3.4、P3.5”口与掉电保护电路相接；该装置的稳定性和精度高，实现测量系统一体化、小型化和智能化。

Description

智能化光泽度测量仪

一、技术领域：

本实用新型是一种测量光泽度的装置，属于智能化光泽度测量仪的技术领域。

二、背景技术：

目前国内光泽度测量仪基本处在第一代指针显示和第二代数字显示的水平。指针显示仪的基本结构是点电磁式和力学式，基于电磁测量原理和力学转换原理用指针来显示最终测量值。第二代数字式仪表的基本原理是将模拟量转化为数字信号进行测量，并以数字形式显示最终结果。数字式仪表较指针显示仪在显示方式上有了较大改进，采用数显方式提高了读取数据的精度，但其功能的改进仍主要靠硬件电路实现。无论第一代指针显示仪或第二代数字显示仪，其电路主要由硬件电路构成，因此电路结构复杂，功能实现困难，误差不易校正，故指针显示或数字显示仪均存在一些共同的问题：读测不方便：每次测量时，需先测标准板，并将指针调到标准光泽度值，然后再测量被测样品，读取测量结果，且每次测量前均需进行手工零点校正；电路结构复杂，仪器体积庞大，测量和显示电路分离；系统易受外界干扰，测量稳定性不高；系统的零点漂移和非线性不易修正，测量精度很难保证。

三、发明内容：

(1)发明目的

本实用新型的发明目的是提供一种提高测试的稳定性和精度，实现测量系统的一体化、小型化和智能化的智能化光泽度测量仪。

(2)技术方案

本实用新型是一种智能化光泽度测量仪，由信号采样电路、信号处理电路和显示电路所组成，该测量仪以单片机为中心，缓冲器、液晶显示器、键盘、掉电保护电路、电平转换电路分别接单片机，光路、光电转换器、前置放大电路、A/D转换器、缓冲器依次相串联连接，PC机接电平转换电路。

将标准板和被测样品依次放在光路中固定的测试位置。标准光源以规定的角度60°照射标准板和被测样品，并在其镜面反射角上，以一定的接收条件测量标准板及被测样品的反射光。该反射光照射光电池，光电池将光信号转换成光电流送入运算放大电路，运算放大电路将光电池输出的微弱光电流进行放大并变换成电压信号后再送入A/D转换器，A/D转换器把电压信号转换成数字信号送给单片机，A/D转换器的输出信号分别为标准板的测量值和被测样品的测量值。单片机对标准板和被测样品的测量值进行存储、处理及计算，根据相应的公式即得到被测样品的光泽度值(公式见工作原理部分)。测试过程中，根据编制的相应软件，可完成诸多功能：对测试过程实时监控，发现错误及时更正；根据实际的需要，可方便地对标准板光泽度值进行调整，以保证测量的准确性；测量中对各测量值进行非线性误差和零漂误差修正，以获得精确的测量结果；通过PC机可十分方便的对测量结果进行分析、处理并打印出测量数据。

1、工作原理

发明采用相对比较法来测量物体的光泽度。首先测量标准板，然后在相同条件下测量待测样品。每次测量标准板和待测样品分别获得相应的测量值D_Se和D_e，(存入相应的存储器中)。G_S(θ)作为标准板的光泽度定标值(为一已知量)，被预先储存在相应的存储器中，由下式可计算出被测样品的光泽度值G′_S(θ)。

{G_{S}}^{'} (θ) = G_{S} (θ) \cdot \frac{D_{e}}{D_{Se}}

2、工作过程

光源以规定的角度照射被测板，并在其镜面反射角上，以一定的接收条件反射光；该反射光照射光电转换器件光电池，光电池将光信号转换成光电流送入运算放大电路。运算放大电路将光电池输出的微弱光电流放大并变换成A/D转换器能接收的电压信号后再送入A/D转换器。A/D转换器把该电压信号转换成数字信号送入缓冲器，缓冲器的作用是将A/D转换器输出的非总线形式信号换成总线形式送给单片机，单片机对数字信号进行存储、运算、处理后，再根据公式

{G_{S}}^{'} (θ) = G_{S} (θ) \cdot \frac{D_{e}}{D_{Se}}

计算出被测样品的光泽度值。

(3)技术效果

本实用新型主要可实现以下的测试功能：

1、标准板光泽度值可调

标准板的光泽度值是一个定标值，需要阶段性地对它进行重新定标。调整标准板光泽度定标值就是改变原有标准板的光泽度值，并将重新定标后的标准板光泽度值放入内存。

2、测试过程自动监控

监测测试过程就是对测量过程进行监控，一旦测试结果出现错误及时显示，并重新开始测试。

3、掉电保护

掉电保护功能可及时存储有用的数据，并在关电源时数据不丢失。

4、自动调零

自动调零技术的实现消除了系统零点漂移对测试精度的影响。

5、非线性修正

非线性修正技术的实现消除了系统非线性对测试精度的影响。

6、PC机串行通信

该功能实现了单片机与PC机的串行通信，通过PC机对测试结果进行分析、处理或打印。

7、液晶显示

液晶显示可实现数显和汉显，显示精度及稳定性大大提高。

8、系统的小型化、一体化

智能化光泽度仪主要测试功能均由软件来实现，硬件电路大大简化，易于实现小型化、一体化。

本实用新型主要优点体现在以下几方面：

1、标准板光泽度值可调

该功能的实现保证了系统可根据需要随时对重新定标时的标准板光泽度值进行存储并使用。

2、测试过程自动监控

对测试过程的自动监控通过软件编程来实现。若出现测试方法错误，系统及时给予提示，并重新开始测试。

3、自动调零和非线性修正技术的实现

自动调零和非线性修正技术通过修正系统误差可提高测试精度。

4、PC机串行通信

与PC机串行通信的实现大大提高了系统分析、处理测量数据的能力。

5、液晶显示，可实现数显和汉显

液晶显示电路具有体积小、重量轻，功耗低等优点，可实现数显和汉显，方便了测量。

四、附图说明

图1是本实用新型的电原理框图。其中有光路1、光电转换器2、前置放大电路3、A/D转换器4、缓冲器5、单片机6、液晶显示器7、键盘8、掉电保护电路9、电平转换电路10、PC机11。

图2是本实用新型单片机6与外部的连接示意图。

图3是本实用新型的电原理图。

五、具体实施方式

光路1

满足一定照明条件的光束，在规定的入射角下，分别照射标准板及被测样品。在其镜面反射角上，以一定的接收条件获得标准板及被测样品的反射光。

光电转换器2

光电转换器采用光电池受到光路中反射光的照射，将光信号转换成光电流送入前置放大器。

前置放大电路3

前置放大器采用运算放大器将光电转换器件输出的微弱光电流放大并变换成电压信号后送入A/D转换器。

A/D转换器4

A/D转换器将前置放大电路输出的电压信号(模拟信号)转换成数字信号送给单片机。

缓冲器5

缓冲器将A/D转换器非总线式的输出变为总线形式，送入AT89C52单片机的P0口。

单片机6(89C52)

单片机是整个测量系统的核心，完成对数据的存储、运算及控制等功能。

液晶显示器7

液晶显示器显示测量结果。

键盘8

键盘作为输入输出设备，实现向计算机输入数据、传送命令等功能。

掉电保护电路9

掉电保护功能可及时存储有用的数据，并使关电源时数据不丢失。

电平转换电路10

电平转换电路实现单片机与PC机间的串行通信。

PC机11

PC机对系统测试数据进行分析、处理或打印。

光路1后接光电转换器件光电池，光电池后接运算放大电路，运算放大电路后接A/D转换器14433，A/D转换器4与单片机AT89C526之间设置缓冲器5。液晶显示7、键盘8、掉电保护电路9、电平转换电路10分别与接单片机6连接，单片机6的P0口作为数据输入口接收A/D转换器经缓冲器输出的数据，P0口又作为数据输出口将单片机内需显示的数据输出给液晶显示器7显示，P1口与键盘8相连，P3.0、P3.1引脚作为串行输入口RXD、串行输出口TXD与电平转换芯片MAX232 10相连，P3.4、P3.5引脚与掉电保护电路24C02 9。电平转换电路10接在PC机11、单片机6之间，起RS232C电平信号转换TTL电平信号或反之的作用。

为了克服现有光泽度测量仪功能单一、测量不便及精度不高等缺点，本实用新型利用软硬件相结合的方法，增加测试功能，如：标准板光泽度值可调、测试过程自动监控、PC机串行通信等，对系统的零点漂移和非线性误差进行修正，大大方便了测量，提高了测量精度。1本发明的技术指标

测量范围：0～200光泽度单位

标准光泽度值：100光泽度单位

测量精度：±1LBS

分辨率：3(1/2)位

通光口径：30

投射角度：60°

供电电源：交流：187～242V 50HZ

1、标准板光泽度值可调

指针式和数显式的光泽度测量仪，其标准板光泽度值发生变化后引起的测量误差，用户不便于调整，必须由厂家来完成，既费时又费力。本实用新型可根据需要随时对标准板光泽度值进行调整。标准板的光泽度值作为一已知值被存储于存储器中，当需要对该值进行调整时，按下相应的按键，进入光泽度值调整程序，作增加0.1或减少0.1的变化，并将调整后的光泽度值存入内存。

2、测试过程自动监控

指针式和数显式的光泽度测量仪，测量过程及结果的正确与否完全由操作人员根据经验判断，给测量带来不便。该实用新型利用软件编程对测试过程进行监控，监测软件可随时监控测试过程及结果是否正确，一旦出现操作不当或测试过程出现故障，则自动显示“出错”提示，并开始新一次的测试。。

3.零点漂移和非线性误差的修正

指针式和数显式的光泽度测量仪，对测量误差的修正采用硬件电路的补偿方法，不仅电路设计复杂，且补偿精度不高。本实用新型采用软硬件相结合的方法即自动校零技术消除零点漂移。其思想主要基于两点：一是动态检零，另一个是动态校零。动态检零就是将零漂电压检测出来。零输入信号时，由于暗电流和零点漂移引起的输出电压很小，A/D可能采集不到，故我们在运放的同相输入端加入一个适当大小的电压U_x，如图2所示。电压U_x随零漂信号一起放大得到的输出电压即为零漂电压，该零漂电压经A/D转换得到零漂测量值被存储到相应的存储器中。动态校零就是将检测到的零漂电压去掉。当测量标准板和被测样品时，零漂信号随标准板和被测样品的有用信号一起放大输出，并被作为标准板和被测样品测量值的一部分。将标准板和被测样品测量值减去已获得的零漂测量值，就可获得标准板和被测样品真实的信号测量值。

对测量系统的非线性采用查表和计算相结合的软件编程方法进行修正。具体方法是，通过实验测量得到电压U-光通量Φ特性曲线，然后按照A/D转换器的位数以及相应的电压值范围，将电压由低到高分成各个等份U₁，U₂，…，U_n，并得到对应的A/D变换数字量D₁，D₂，…，D_n，…。接着分别从电压U-光通量Φ特性曲线中查出各电压U₁，U₂，…，U_n所对应的光通量值Φ₁，Φ₂，…Φ_n，将这些D_n值作为存储器的地址，把查出的各电压所对应的光通量值Φ_n作为地址内容存入其中，这样就建立了一张校准表格，固化在片内EPROM中。在实际测量时，当系统从A/D转换器测得一个D_n，就令单片机去访问这个地址D_n，读出其内容Φ_n，此Φ_n即为经修正过的被测量值，该测量值被放入指定的存储器。如图3所示。

由于存入指定的存储器中的标准板和被测样品的测量值，是经过非线性修正后的值；在计算被测样品的光泽度值时，标准板和被测样品的测量值均要减去相应的零漂测量值，所以，最后获得的被测样品的光泽度值经过了误差修正，精度较现有光泽度仪明显提高。

4、PC机串行通信

指针式和数显式的光泽度测量仪，对测量结果的读取采用人工记录的方法，不便于对测量结果的读取、分析。本实用新型通过系统与PC机的串行通信，既方便了测量数据的读取，而且提高了读取数据的准确性。如可对这一时刻内的多次测量结果进行测取，并取其平均值作为该时刻的测量结果，并可使数据打印输出。

本实用新型的有益效果是，使测量过程更方便、准确，且提高了测量数据的分析、处理能力及测量的精度及稳定性。

Claims

1、一种智能化光泽度测量仪，由信号采样电路、信号处理电路和显示电路所组成，其特征在于该测量仪以单片机(6)为中心，缓冲器(5)、液晶显示器(7)、键盘(8)、掉电保护电路(9)、电平转换电路(10)分别接单片机(6)，光路(1)、光电转换器(2)、前置放大电路(3)、A/D转换器(4)、缓冲器(5)依次相串联连接，PC机(11)接电平转换电路(10)。

2、根据权利要求1所述的智能化光泽度测量仪，其特征在于单片机(6)的“PO”口与缓冲器(5)的输出端相接，单片机(6)的“P1”口与键盘(8)相接，单片机(6)的“P3.0、P3.1”口与电平转换电路(10)相接，单片机(6)的“P3.4、P3.5”口与掉电保护电路(9)相接。