CN103398779B - 一种恒照度透射色敏测量装置 - Google Patents

Abstract

一种恒照度透射色敏测量装置，通过专门的测量光路设计，将测量光束在前端按比例进行精确分光，一路供色度测量使用，另一路作为光源照度检测信号，经线性光电转换后反馈给微处理器。在微处理器内部将光源照度检测信号与预设值进行比较后产生误差信号，误差信号作为PID控制器的输入，PID控制器的输出作用于光源驱动电路，使光源照度保持恒定。

Description

一种恒照度透射色敏测量装置

技术领域

本发明属于透射式色度光学测量领域，具体涉及液体光吸收率检测，液体颜色、浑浊度检测，液体残留物检测，水质污染快速检测等方面。

背景技术

目前，在传统的透射式或反射式色度学测量***中，对光源处理有两种方法。其一，使用高稳定度的稳压源或恒流源，以减少光源发光强度的波动，但不能彻底解决由于电源本身的波动，光源发光效率随温度的变化而引起的非线性改变，伴随着使用寿命光源发光效率的衰减等引起发光强度不稳定问题。其二，增加一光源发光强度检测环节，在主光路采集测量信号的同时，同步检测光源的发光强度，以实现参比测量。这种方法虽然部分解决了光源波动带来的测量误差，但对于要求在特定光照度下进行检测的应用却无能为力，如要求在同一照度下的色差对比，灰度等级对比，图像判别等应用。

发明内容

光学测量中的参比测量法，较好的解决了光源发光强度不稳定对测量结果的影响，但对于某些色度测量，要求检测过程中光源保持标准照度或固定为某特定照度，普通的参比测量法不能满足要求。

本发明装置通过专门的测量光路设计，将测量光束在前端按比例进行精确分光，一路供色度测量使用，另一路作为光源照度检测信号，经线性光电转换后反馈给微处理器。在微处理器内部将光源照度检测信号与预设值进行比较后产生误差信号，误差信号作为PID控制器的输入，PID控制器的输出作用于光源驱动电路，使光源照度保持恒定。

一种恒照度透射色敏测量装置，由光源、被测透明体、色敏传感器、线性光敏二极管、透镜、分光器和驱动电路、放大电路、微处理器组成，采用透射式测量光路，光强度直接检测方法，结合分光检测光源光照强度，闭环控制光源驱动电路，自动调节使光源发光强度保持恒定。测量光路的具体组成为：光源由可控恒流源提供驱动，点光源发出的光线经准直透镜变成平行光，照射到分光器上，分光器为半反半透型平面镜，一部分光线透过分光器，穿透被测透明体，经透镜聚焦后照射到色敏检测器件上，实现色度测量；另一部分光线经分光器反射改变方向，转向90度到达透镜，经聚焦后照射到线性光电器件上，经转换处理后作为光源光照强度信号输入微处理器，在微处理器内部，光照强度信号与设定值相比较得到误差信号，误差信号作为PID调节器的输入，使之产生相应的控制输出信号作用于可控恒流源电路，在PID调节器的控制下，可控恒流源自动调节电流大小，以使光源发光强度始终保持与设定值一致。恒照度控制电路中，色敏传感器TCS3200作为色度测量元件，大电流线性光敏二极管LLS08-A作为光源发光强度的检测元件，可控恒流源LM2791作为控制白光LED光源的发光强度器件，单片机P89LPC作为***控制器，***工作时，LLS08-A实时检测光源的发光强度，并转换成电压信号反馈给单片机，单片机根据发光强度设定值与检测值之差，控制PID调节器输出控制信号，单片机输出的控制信号，是经片内数/模转换后的模拟电压信号，连续平滑可调，该信号作用于LM2791的模拟信号控制输入端BRGT，实现恒照度自动调节控制。发光强度设定值是可调的，由单片机软件实现控制PID调节器。

本发明由于采用色敏传感器替代传统的光栅、三棱镜等色散器件，使得整个测量过程无需机械转动扫描，因而大大提高了仪器的环境适用性和测量的稳定性，同时，由于色敏器件与色散器件的传感原理不同，前者在信号采集和数据处理速度上远高与后者，普通的单次色度测量时间小于2秒。

本发明实现了总体无运动部件，照度监测采用与人眼光谱特性一致的光电传感器LLS08-A，光源发光强度恒定可控，且符合人眼光敏特征，对使用环境无特殊要求的，快速、精确液体色度测量，体积小可便携，造价成本低。可广泛应用于液体成分检测，水质参数检测等领域，特别适合于要求在同一照度下的色差对比，灰度等级对比，图像判别等应用。也适用于野外条件下稳定、快速、定量检测。

附图说明

下面结合附图，通过非限定性的举例对本发明的优选实施方式作进一步说明，在附图中：

图1颜色检测装置结构示意图。

其中，1-点光源，2-准直透镜，3-分光器，4-透镜1，5-线性光电器件，6-透明体，7-透镜2，8-色敏检测器件，

图2恒照度控制电路原理图

图3控制原理框图

图4LL08-A与人眼的光谱响应

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种恒照度透射色敏测量装置，由光源、被测透明体、色敏传感器、线性光敏二极管、透镜、分光器和驱动电路、放大电路、微处理器组成，采用透射式测量光路，光强度直接检测方法，结合分光检测光源光照强度，闭环控制光源驱动电路，自动调节使光源发光强度保持恒定。

所述测量光路的具体组成为：光源由可控恒流源提供驱动，点光源1发出的光线经准直透镜2变成平行光，照射到分光器3上，分光器为半反半透型平面镜，一部分光线透过分光器，穿透被测透明体6，经透镜7聚焦后照射到色敏检测器件8上，实现色度测量；另一部分光线经分光器反射改变方向，转向90度到达透镜4，经聚焦后照射到线性光电器件5上，经转换处理后作为光源光照强度信号输入微处理器，在微处理器内部，光照强度信号与设定值相比较得到误差信号，误差信号作为PID调节器的输入，使之产生相应的控制输出信号作用于可控恒流源电路，在PID调节器的控制下，可控恒流源自动调节电流大小，以使光源发光强度始终保持与设定值一致。

上述控制电路中，色敏传感器TCS3200作为色度测量元件，大电流线性光敏二极管LLS08-A作为光源发光强度的检测元件，可控恒流源LM2791作为控制白光LED光源的发光强度器件，单片机P89LPC作为***控制器。***工作时，LLS08-A实时检测光源的发光强度，并转换成电压信号反馈给单片机，单片机根据发光强度设定值(可调)与检测值之差，控制PID调节器(由单片机软件实现)输出控制信号。单片机输出的控制信号，是经片内数/模转换后的模拟电压信号，连续平滑可调，该信号作用于LM2791的模拟信号控制输入端BRGT，实现恒照度自动调节控制。控制原理框图如图3所示。

Claims (1)

1.一种恒照度透射色敏测量装置，由白光LED光源(1)、被测透明体(6)、色敏传感器TCS3200(8)、大电流线性光敏二极管LLS08-A(5)、准直透镜(2)、分光器(3)和可控恒流源LM2791、放大电路、单片机P89LPC组成，采用透射式测量光路，光强度直接检测方法，结合分光检测白光LED光源(1)光照强度，闭环控制白光LED光源(1)的可控恒流源LM2791，自动调节使白光LED光源(1)发光强度保持恒定；

测量光路的具体组成为：白光LED光源(1)由可控恒流源LM2791提供驱动，白光LED光源(1)发出的光线经准直透镜(2)变成平行光，照射到分光器(3)上，分光器(3)为半反半透型平面镜，一部分光线透过分光器(3)，穿透被测透明体(6)，经第一透镜(7)聚焦后照射到色敏传感器TCS3200(8)上，实现色度测量；另一部分光线经分光器(3)反射改变方向，转向90度到达第二透镜(4)，经聚焦后照射到大电流线性光敏二极管LLS08-A(5)上，经转换处理后作为白光LED光源(1)光照强度信号输入单片机P89LPC，在单片机P89LPC内部，光照强度信号与设定值相比较得到误差信号，误差信号作为PID调节器的输入，使之产生相应的控制输出信号作用于可控恒流源LM2791电路，在PID调节器的控制下，可控恒流源LM2791自动调节电流大小，以使白光LED光源(1)发光强度始终保持与设定值一致；

恒照度控制电路中，色敏传感器TCS3200(8)作为色度测量元件，大电流线性光敏二极管LLS08-A(5)作为白光LED光源(1)发光强度的检测元件，可控恒流源LM2791作为控制白光LED光源(1)的发光强度器件，单片机P89LPC作为***控制器，***工作时，大电流线性光敏二极管LLS08-A(5)实时检测白光LED光源(1)的发光强度，并转换成电压信号反馈给单片机P89LPC，单片机P89LPC根据发光强度设定值与检测值之差，控制PID调节器输出控制信号，单片机P89LPC输出的控制信号，是经片内的数/模转换后的模拟电压信号，连续平滑可调，该信号作用于可控恒流源LM2791的模拟信号控制输入端BRGT，实现恒照度自动调节控制；

发光强度设定值是可调的，由单片机P89LPC芯片软件实现控制PID调节器。