基于RGB三基色原理的手持式色度儀的設(shè)計(jì)

1、基于rgb三基色原理的手持式色度儀的設(shè)計(jì)色彩傳感技術(shù)是現(xiàn)代色彩測(cè)量?jī)x器核心技術(shù)之一，已進(jìn)展為集光學(xué)、機(jī)械、于一體的系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、方向的進(jìn)展。對(duì)產(chǎn)品色彩的檢查和色彩品質(zhì)的控制提出了嚴(yán)格的要求，用法色彩測(cè)量?jī)x器也成為了對(duì)產(chǎn)品色彩舉行客觀評(píng)價(jià)的主要手段。在色彩的檢測(cè)與識(shí)別中，影響其精確度的參數(shù)有無(wú)數(shù)如照明光源、特性、接收部分、信號(hào)處理等，都會(huì)挺直影響到測(cè)量的結(jié)果。如何處理好這些參數(shù)從而得到精確的測(cè)量結(jié)果是目前的主要問(wèn)題之一。目前在檢測(cè)中三基色(rgb)色彩傳感器應(yīng)用較為廣泛，本文將介紹一種基于rgb三基色原理的手持式色彩檢測(cè)儀的實(shí)現(xiàn)辦法。1 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理1所示，本系統(tǒng)主要

2、由色彩傳感器、照明光源、信號(hào)處理、和液晶顯示等部分組成。11 色彩傳感器rgb三基色傳感器是通過(guò)測(cè)量構(gòu)成物體色彩的三基色的反射比率實(shí)現(xiàn)色彩檢測(cè)的，因?yàn)槠渚芏葮O高，所以能精確區(qū)分極其相像的色彩，甚至是相同色彩的不同色調(diào)。本設(shè)計(jì)計(jì)劃選用的是mcs系列的rgb三基色色彩傳感器。12 照明光源本設(shè)計(jì)要求的測(cè)量光譜范圍為380nm750nm，而白色光基本能夠籠罩此光譜范圍，因此挑選白色貼片發(fā)光照明。用白色光照明代替多種單色光模擬白光照明，從理論和詳細(xì)實(shí)踐上都能提高照明效果，并且簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)辦法。多個(gè)白色組成環(huán)形45°(照明)/0°(測(cè)量)環(huán)形照明系統(tǒng)。1.3 信號(hào)處理電路色彩傳感器的輸

3、出信號(hào)普通是納安級(jí)的極小，這給測(cè)量帶來(lái)了不便。首先，要將極小的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)，以便后續(xù)a/d轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)舉行處理，同時(shí)還要完成放大的過(guò)程。如何在盡量減小失真的狀況下完成光電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大，是測(cè)量工作中必需要解決的問(wèn)題。131 微電流測(cè)量原理微電流信號(hào)源可以看作是內(nèi)阻十分大的電流源is，具有接地端的微電流測(cè)量原理2所示。對(duì)于輸入阻抗和放大倍數(shù)均無(wú)窮大的抱負(fù)運(yùn)算來(lái)講，輸出電壓v0=isrf。理論上，只要rf取得足夠大，即使電流is很小，也可得到較大的輸出電壓v0。事實(shí)上，輸入阻抗不是無(wú)窮大，電阻rf的增大要受到運(yùn)算放大器輸入阻抗的限制。考慮到偏置電流ib對(duì)被測(cè)電流is的分流，則v0=-

4、(is-ib)rf，假如ib大于is，則is無(wú)法測(cè)量。影響微電流測(cè)量敏捷度的首要因素是運(yùn)算放大器的偏置電流ib，第二是噪聲電壓和零點(diǎn)漂移。要實(shí)現(xiàn)微電流測(cè)量，運(yùn)算放大器要滿足：偏置電流ib被測(cè)電流is；輸入阻抗ri反饋電阻rf；增益、共模抑制比高；失調(diào)電壓及漂移小；噪聲小。1.3.2 電路分析和設(shè)計(jì)在器件挑選方面，運(yùn)放的輸入偏置電流ib是主要誤差源之一。本計(jì)劃選用ad公司生產(chǎn)的ad8608芯片作為電流轉(zhuǎn)換放大的主芯片，3所示。為了能測(cè)量納安級(jí)電流，圖2中的rf要選1010數(shù)量級(jí)的電阻，這樣大的電阻精度低，穩(wěn)定性差，噪聲也大，因此在圖3中用小電阻組成t型網(wǎng)絡(luò)代替高阻rf，并在運(yùn)放的輸出端接上rc濾

5、波電路，用來(lái)驅(qū)除高頻噪聲信號(hào)和斬波尖峰噪聲的干擾，對(duì)提高電路的穩(wěn)定性是很有益處的，但普通時(shí)光常數(shù)較大，不適合測(cè)量快變信號(hào)。c與r組成反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以降低帶寬，防止t型網(wǎng)絡(luò)與c1相移產(chǎn)生自激振蕩。133 提高性能的措施(1)不接運(yùn)算放大器的平衡電阻試驗(yàn)證實(shí)，在高內(nèi)阻電流源的微電流放大器中，運(yùn)算放大器接平衡電阻不僅很難使輸入電阻平衡，反而會(huì)增強(qiáng)電路噪聲，所以圖3中ad8608運(yùn)算放大器同相端不接平衡電阻，而是挺直接地。(2)降低運(yùn)算放大器的工作溫度由運(yùn)算放大器的溫度特性可知，溫度每上升10，運(yùn)算放大器的偏置電流將增強(qiáng)1倍，從而降低微電流測(cè)量的敏捷度和精確度。為此，應(yīng)盡可能地降低電源電壓增大負(fù)載電阻

6、(大于10k)，以減小運(yùn)算放大器的工作電流，降低工作溫度。(3)減小的漏電流在微電流測(cè)量中，提高pcb的絕緣強(qiáng)度和削減漏電流十分重要。通常意義上等效于絕緣的納安級(jí)的漏電流就會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)峻的影響，所以要實(shí)行措施嚴(yán)格控制pcb板的漏電流：選用漏電流遠(yuǎn)小于pa級(jí)的高絕緣電路板，如環(huán)氧玻璃板；輸入信號(hào)采納絕緣好、不產(chǎn)生靜電、吸濕性小的聚四氟乙烯接線柱；在電路板上用接地屏蔽環(huán)將運(yùn)算放大器的同相、反相輸入端包圍起來(lái)并接地，使其等電位，保證它們之間漏電流為零；電路安裝好后，清除殘留雜質(zhì)，元件和電路板做清潔、干燥、防潮處理。(4)提高信噪比電阻選低噪聲的l精度的金膜電阻；選低噪聲的瓷介、云母或鉭電容；電

7、源兩級(jí)lc濾波，降低噪聲；電源線盡量遠(yuǎn)離輸入信號(hào)線；信號(hào)輸入線用完量短的屏蔽電纜；在電源部分和放大器的輸出、輸入部分大面積敷銅，放大器的輸入部分與電源一點(diǎn)接地；囫圇微電流放大器用金屬屏蔽。14 測(cè)量控制電路本系統(tǒng)中采納l8fxx8系列單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)置a/d轉(zhuǎn)換器采集電流電壓轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，與參考數(shù)據(jù)比較，得到色彩編碼，送液晶屏顯示，4所示。2 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采納匯編語(yǔ)言編程，有利于提高程序運(yùn)行速度。系統(tǒng)軟件流程圖5所示。3 試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論試驗(yàn)中測(cè)量用法的樣品是中國(guó)建造色卡。這是一套供建造行業(yè)用法的事物色彩標(biāo)準(zhǔn)樣品，其色彩表示辦法是依據(jù)gbt15608-1995中國(guó)建造色彩體系的標(biāo)號(hào)系統(tǒng)設(shè)

8、計(jì)的。色卡的編碼是按照gbt 18922-2002建造色彩的表示辦法的要求制作的。31 試驗(yàn)此系統(tǒng)已舉行色彩檢測(cè)試驗(yàn)，從中國(guó)建造色卡中選取了若干種標(biāo)準(zhǔn)色彩舉行測(cè)量。圖6是該色彩體系轉(zhuǎn)換成rgb色彩體系后綠色彩刺激值的實(shí)際測(cè)量狀況。32 試驗(yàn)結(jié)論分析從圖6的曲線可以看出，因?yàn)楦鞣N干擾因素的存在，試驗(yàn)中對(duì)于辨別極其相近色彩的狀況還不甚抱負(fù)，主要的干擾因素包括：(1)照明光源對(duì)測(cè)量敏捷度的影響照明光源的穩(wěn)定性挺直影響到色彩傳感器輸出信號(hào)的精確性。用白光照明相比較用單一色光模擬的優(yōu)越性的確存在，但其自身也存在問(wèn)題，例如色溫相對(duì)不穩(wěn)定、平衡性不太抱負(fù)等。(2)反饋電阻對(duì)電流電壓轉(zhuǎn)換敏捷度的影響大阻值的反饋電阻精度低，穩(wěn)定性差，噪聲也大，而小阻值的反饋電阻簡(jiǎn)單使被測(cè)信號(hào)沉沒(méi)在噪聲中。(3)色卡校準(zhǔn)問(wèn)題每一套標(biāo)準(zhǔn)色卡都有用法期限，用法一段時(shí)光后，簡(jiǎn)單浮現(xiàn)走色、變色等狀況，需要重新清潔、保養(yǎng)或更換等。色彩檢測(cè)在工業(yè)、生產(chǎn)自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域用處很大，有效、便捷、牢靠地測(cè)量出被測(cè)物體的色彩是色彩檢測(cè)