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专利名称：基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子测量仪器，特别涉及一种基于三滤色片密度测 量法的反射便携式彩色密度计。
背景技术：
在测量彩色密度时，由于是测量的是经过样片反射光强信号，这样就带 来一系列的问题。如光信号微弱的情况下信噪比难以控制，测量到的光强信 号中混有油墨表面反射回来的光油墨的干或湿将直接影响到测量的结果等问 题。这些因素都将直接影响到仪器读数的准确性。 发明内容
本实用新型是针对现在彩色密度计测量准确性低的问题，提出了一种基 于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计，体积小巧，可靠性高，测 量精度高，便于操作的反射便携式彩色密度测量装置。
本实用新型的技术方案为 一种基于三滤色片密度测量法的反射便携式 彩色密度计，包括仪器前端机械组件和硬件电路组件，前端机械组件包括光 源、上下交叉的两个偏振滤色片和颜色探测器，硬件电路组件包括电源电 路、光源驱动电路、三色信号选通电路、自动增益电路、峰值检测电路、模 拟滤波电路、单片机控制电路、显示电路，单片机控制电路对光源驱动电路 发出控制信号，点亮光源，光源入射，通过下偏振滤色片，偏振化的光照射 到墨层上，其中部分光被墨层表面反射无法通过上偏振滤色片，剩余的光通 过上偏振滤色片，被颜色探测器接收，光信号送入三色信号选通电路被单片 机控制电路控制依次接收信号；进入自动增益电路，将电流信号进行I/V转换，并且自动放大；自动增益电路输出信号经过峰值检测电路，检测脉冲信 号稳定点并保持信号；经过峰值检测电路的信号进入模拟滤波电路进一步消 除信号中残留的噪声，提高信噪比；最后信号进入单片机控制电路处理数 据，数据最后送入显示电路显示结果。
所述光源由9个LED灯按40。间隔均匀分布在360。范围内。 所述仪器前端机械组件用硅胶密封。 所述光源从45°角入射，颜色探测器在O。角接收光。 本实用新型的有益效果在于本实用新型基于三滤色片密度测量法的反 射便携式彩色密度计，上下交叉的两个偏振滤色片结构有效避免了因为油墨 未干时和干燥后对光反射引起的测量误差，机械组件用硅胶密封，能够很好 的消除外界杂光，保证测量数据的可靠性和准确性。硬件电路组件的合理设 计保证了信号的准确性。

图1为本实用基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计光源示意 图2为本实用新型基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计测试示 意图3为本实用新型基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计硬件电 路框图4为本实用新型基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计增益控
制数据采集流程图。
具体实施方式
基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计包括仪器前端机械组 件、硬件电路组件。
如图2所示示意图，机械组件包括光源3、上下交叉的偏振滤色片 2、 7和探测器1，光源从45°角入射，通过下偏振滤色片7，偏振化的光4 照射到墨层5上，其中部分光6被墨层表面反射，这部分光由于保持了原先 的偏振性将无法通过上偏振滤色片2;然而剩余的光，由于是通过墨层后被 反射，这样就失去了偏振性，因此这部分光能够通过上偏振滤色片2，颜色 探测器1在0°角接收光。这样一来就消除了由于油墨干湿程度不同产生的 测量偏差。光源如图1所示9个LED按40。间隔均匀分布在360。范围内。
LED光源随着固体照明技术的发展，LED生产技术日趋成熟，已经完 全能满足仪器光源的需求，而且LED光源有体积�。�寿命长，光输出稳定， 驱动电路简单，热辐射少等优点。
结构密度测量实际是光能量的测量，在反射率很小时，反射后的光信 号将变得非常微弱，此时外界杂光的混入将会给测量结果带来相当大的误 差，因此结构设计是否密闭对仪器性能有至关重要的影响。本实用新型中的 机械组件用硅胶密封能够很好的消除外界杂光，保证测量数据的可靠性和准 确性。
在光路中设置交叉偏振滤色片由于湿墨层和干墨层表面反射情况是不
同的，因此油墨未干时要比干燥后看起来密度更高，这就是印刷中典型的 "干褪"现象。为了避免测量到油墨的表面反射光，采用了设置交叉滤色片 的方法，有效的将这一因素产生的影响降到最小。
硬件电路组件如图3所示框图包括1) 仪器电源电路，用于提供整个仪器所需的正负电源，以及电池管理。
2) 光源驱动电路，通过单片机的控制信号来操纵LED组的亮暗，给出光信 号。
3) 三色信号选通电路，光信号送入后用于控制三色信号的依次接收，连接 着颜色探测器S9032和自动增益电路。
4) 自动增益电路，用于将前级送入的电流信号进行I/V转换，并且自动的 按一定系数将信号放大。
5) 峰值检测电路，自动增益电路输出信号经过峰值检测电路，检测脉冲信 号稳定点并保持信号，有助于减少噪声和干扰产生的影响，提高数据的可靠 性。
6) 模拟滤波电路，经过峰值检测电路的信号进入模拟滤波电路进一步消除 信号中残留的噪声，提高信噪比。
7) 单片机控制电路，本实用新型所选用的单片机C8051F340内部集成有A/D 转换功能�？椋珹/D输入端连接滤波电路的模拟信号输出端，控制信号输入 端连接键盘，控制输出端则连接光源、选通电路、自动增益电路等部分，显 示输出端则连接LCD显示器；此部分电路用于根据按键指令选择工作模式， 记录并计算数据，然后将彩色密度数据送入LCD显示器显示。接收按键指 令，提供前级模拟电路控制信号。
8) 显示电路，用于显示测量结果。
彩色密度是用红、绿、蓝三种不同滤色片进行测量得到的密度值，用 Db，比，Db表示。彩色密度表示的是物体对红、绿、蓝色光的吸收程度，是描述 颜色的特征参数，其数学表达式如下<formula>formula see original document page 7</formula>
其中附(义)为颜色传感器的灵敏度；r,(;i),^;ih,(;i)分别为红、绿、蓝滤色 片的透光率，p(;i)为被测样品的反射率。通过上式可以看出密度测量也就是 对反射率进行测量。
密度测量其实是一个相对测量的过程，先用一块密度视为零的白板，对
其测量分别保存三色信号的釆样值，定为密度零点；然后对彩色密度样品再
进行测量，记录三色信号的采样值，然后按下式进行计算，即可得出三色密 度值。<formula>formula see original document page 7</formula>
其中V,为白板对应的采样值，K,为V,对应的增益系数，V2为彩色密度样品对 应的采样值，K2为V2对应的增益系数，p")为彩色密度样品反射率。
具体测试单片机在接收按键操作指令后对光源驱动电路发出控制信 号，点亮LED组。通过仪器头部光学系统作用，部分有效反射光透过偏振滤 色片进入到探头中的全反射腔体。光在腔体内传输过程中，腔体对信号光起 到了积分的作用，这样就使得有效光信号能全部均匀的分布到到颜色传感器 S9032的灵敏元上；在信号光照射下，颜色传感器S9032产生三路信号，分 别为光透过红、绿、蓝滤色片后的电流。此三路信号的输出连接到模拟开关芯片，由单片机控制信道选通，将信号送入后续电路进行进一步处理；在信 道选择完成后，信号进入自动增益电路。单片机接收了增益后的信号同时又 发送用于调节增益的反馈信号，形成了闭环控制。因此电路能自动选择适当 的增益系数，将电流信号转化为电压信号；自动增益生成的电压信号，送入 峰值检测电路，在这个环节里稳定工作状态下的信号被保持。随后正向二阶 滤波电路进一步将信号的信噪比提高，最后的信号被送入单片机进行处理； 处理后数据送显示。
如图4增益控制数据采集流程图。前级输入的信号首先按最大增益进行 I/V转换，峰值检测电路将有效电平信号保持�。�通过单片机采样之后判断 信号是否饱和，如信号饱和则减小增益，再次峰值检测和采样判断，持续此 循环过程直到满足接收条件。调整好增益之后，重复多次采样，将采样值累 加。为能确保信号的实时性，每次使用峰值检测之前，都要将峰值保持复 位。自动并且接收单片机送入的反馈控制信号，从而调节增益的大小。经过 自动增益电路后得到的电压信号，输入信号解调电路，这部分电路的主要作 用是将信号中代表光强的直流分量提取出来。然后再将信号进一步滤波，提 高信号可靠性。
权利要求1、一种基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计，其特征在于，包括仪器前端机械组件和硬件电路组件，前端机械组件包括光源、上下交叉的两个偏振滤色片和颜色探测器，硬件电路组件包括电源电路、光源驱动电路、三色信号选通电路、自动增益电路、峰值检测电路、模拟滤波电路、单片机控制电路、显示电路，单片机控制电路对光源驱动电路发出控制信号，点亮光源，光源入射，通过下偏振滤色片，偏振化的光照射到墨层上，其中部分光被墨层表面反射无法通过上偏振滤色片，剩余的光通过上偏振滤色片，被颜色探测器接收，光信号送入三色信号选通电路被单片机控制电路控制依次接收信号；进入自动增益电路，将电流信号进行I/V转换，并且自动放大；自动增益电路输出信号经过峰值检测电路，检测脉冲信号稳定点并保持信号；经过峰值检测电路的信号进入模拟滤波电路进一步消除信号中残留的噪声，提高信噪比；最后信号进入单片机控制电路处理数据，数据最后送入显示电路显示结果。
2、 根据权利要求1所述基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度 计，其特征在于，所述光源由9个LED灯按40。间隔均匀分布在360。范围内。
3、 根据权利要求1所述基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度 计，其特征在于，所述仪器前端机械组件用硅胶密封。
4、 根据权利要求1所述基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度 计，其特征在于，所述光源从45。角入射，颜色探测器在O。角接收光。
专利摘要本实用新型涉及一种基于三滤色片密度测量法的反射便携式彩色密度计，包括仪器前端机械组件和硬件电路组件，仪器前端机械组件中的上下交叉的两个偏振滤色片结构有效避免了因为油墨未干时和干燥后对光反射引起的测量误差，机械组件用硅胶密封，能够很好的消除外界杂光，保证测量数据的可靠性和准确性。硬件电路组件的合理设计保证了信号的准确性。
文档编号G01N21/55GK201373833SQ20092006887
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者吴斯彧, 琦 瑚, 郭金基, 顾玲娟 申请人:上海理工大学