一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，包括發(fā)光光源、比色皿、對(duì)射光接收器和數(shù)據(jù)處理器，所述發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)所述比色皿輸入到所述對(duì)射光接收器的接收端，所述對(duì)射光接收器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端通信連接，還包括直接接收發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)的補(bǔ)償光接收器，所述補(bǔ)償光接收器包括直立式硅光電池和兩級(jí)放大器，所述直立式硅光電池與所述兩級(jí)放大器串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理器連接。本實(shí)用新型提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，克服發(fā)射光衰減，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光光源的自動(dòng)校正。
【專利說(shuō)明】一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種色度計(jì)，更具體的說(shuō)，涉及一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]比爾-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)，定律表明光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。其具體描述如下:假設(shè)一束強(qiáng)度為IO的平行單色光(入射光)垂直照射于一塊各向同性的均勻吸收介質(zhì)表面，在通過(guò)厚度為I的吸收層(光程)后，由于吸收層中質(zhì)點(diǎn)對(duì)光的吸收，該束入射光的強(qiáng)度降低至It，稱為透射光強(qiáng)度。物質(zhì)對(duì)光吸收的能力大小與所有吸光質(zhì)點(diǎn)截面積的大小成正比。假設(shè)強(qiáng)度為I的入射光照射到薄層介質(zhì)上后，光強(qiáng)度減弱了 dl，dl是在薄層介質(zhì)中光被吸收程度的量度，與薄層中吸光質(zhì)點(diǎn)的總截面積dS以及入射光的強(qiáng)度成正比，經(jīng)推算可得薄層介質(zhì)的吸光度A=K*c*l，其中，K為比例系數(shù)，可以是吸收系數(shù)或摩爾吸收系數(shù)，與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長(zhǎng)λ有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；I為吸收介質(zhì)的厚度；c為吸光物質(zhì)的濃度。比爾定律表明當(dāng)一束平行單色光垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度I成正比。當(dāng)吸收層的厚度I為定值時(shí)，吸光度A的變化只與吸光物質(zhì)的濃度c成正比，比爾定律是光吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì)，包括氣體、固體、液體、分子、原子和尚子。
[0003]由比爾朗伯定律可知，我們要測(cè)量吸光物質(zhì)的吸光度A或透射比Τ，必須知道兩個(gè)變量，即入射光強(qiáng)度IO和透射光強(qiáng)度It，目前測(cè)量吸光物質(zhì)的吸光度A或透射比T的色度計(jì)都是由發(fā)射光源、比色皿和對(duì)射光接收器為基本核心組成，當(dāng)比色皿為空時(shí)，對(duì)射光接收器處得到光強(qiáng)度值等效為入射光強(qiáng)度值10，當(dāng)比色皿中裝入溶液后，對(duì)射光接收器測(cè)量的值為透射光的值It，由此，根據(jù)比爾-朗伯定律即可得到要測(cè)量吸光物質(zhì)的吸光度A或透射比T。但是，目前的色度計(jì)是單向測(cè)試，光源采用小體積的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的光效與發(fā)熱呈負(fù)特性關(guān)系，由于沒(méi)有自校正光源控制電路及補(bǔ)償光接收器，而只有對(duì)射光接收器，因此只能按照發(fā)光管的溫度光衰特性，來(lái)估計(jì)色度特性，造成色度測(cè)試不準(zhǔn)，缺乏自適應(yīng)功能，往往發(fā)光管的光照度量已經(jīng)改變很多時(shí)，對(duì)射光仍然按照不變量來(lái)計(jì)算色度特性，對(duì)測(cè)試結(jié)果造成很大的錯(cuò)誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種克服發(fā)射光衰減、提高測(cè)試色度準(zhǔn)確性的光路自動(dòng)校正的色度計(jì)。
[0005]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，包括發(fā)光光源、比色皿、對(duì)射光接收器和數(shù)據(jù)處理器，所述發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)所述比色皿輸入到所述對(duì)射光接收器的接收端，所述對(duì)射光接收器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端通信連接，還包括與數(shù)據(jù)處理器連接的光源自校正控制模塊，所述光源自校正控制模塊包括產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的STM32H03RB芯片和至少一路限流電路，所述限流電路包括限流電阻和開關(guān)管，所述STM32F103RB片的PWM引腳與所述開關(guān)管連接，所述開關(guān)管與所述發(fā)光光源連接，所述發(fā)光光源與所述限流電阻串聯(lián)后與電源連接。
[0006]本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定為，所述發(fā)光光源包括4個(gè)發(fā)光二極管，所述光源自校正控制模塊包括分別與STM32F103RB芯片的4個(gè)PWM引腳連接的4路限流電路，每一路限流電路中的開關(guān)管與其中一個(gè)發(fā)光二極管連接，上述發(fā)光二極管與此路限流電路中的電路串聯(lián)后與電源連接，STM32F103RB芯片控制4個(gè)發(fā)光二極管的光照亮度，并且通過(guò)4路限流電路的開關(guān)管控制4個(gè)發(fā)光二極管。
[0007]進(jìn)一步地，還包括直接接收發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)的補(bǔ)償光接收器，所述補(bǔ)償光接收器包括直立式硅光電池和兩級(jí)放大器，所述直立式硅光電池與所述兩級(jí)放大器串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理器連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述比色皿為二通光型石英比色皿或四通光型石英比色皿。
[0009]進(jìn)一步地，所述對(duì)射光接收器為BPW69A型硅光電池。
[0010]進(jìn)一步地，所述對(duì)射光接收器與所述數(shù)據(jù)處理器之間設(shè)置運(yùn)算放大器。
[0011]進(jìn)一步地，所述對(duì)射光接收器與所述數(shù)據(jù)處理器之間設(shè)置AD采集器。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，帶有補(bǔ)償光接收器，當(dāng)發(fā)射光有微小變化時(shí)，補(bǔ)償光接收器就能夠跟蹤到，從而將變化量作為重要參數(shù)傳遞到數(shù)據(jù)處理器，使數(shù)據(jù)處理器能夠精確的得到發(fā)射光的變化量，與對(duì)射光的接收量進(jìn)行對(duì)t匕，完美的算出比色皿中溶液的色度值，提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性；同時(shí)，本發(fā)明的色度計(jì)帶有光源自校正控制模塊，根據(jù)發(fā)光光源的光信號(hào)的強(qiáng)度變化，采用10KHZ的中心載波頻率，以千分之一的步進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到很好的動(dòng)態(tài)范圍，調(diào)節(jié)后的電流穩(wěn)定性優(yōu)良，對(duì)發(fā)光光源，克服發(fā)射光衰減，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光光源的自動(dòng)校正；本發(fā)明測(cè)量精度高，能及時(shí)捕捉發(fā)光體的照度的微小變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)方便，可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的色度計(jì)，改裝方便，成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)的結(jié)構(gòu)框架圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的補(bǔ)償光接收器的電路圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的光源自校正控制模塊的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]本實(shí)施例提供的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，是在原有的色度計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，原有的色度計(jì)包括發(fā)光光源、比色皿、對(duì)射光接收器和數(shù)據(jù)處理器，發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)比色皿輸入到對(duì)射光接收器的接收端，對(duì)射光接收器的輸出端與數(shù)據(jù)處理器的輸入端通信連接。在進(jìn)行色度測(cè)量時(shí)，比色皿中注入溶液，接通發(fā)光光源的電源，發(fā)出的光信號(hào)射入比色皿中的溶液，經(jīng)溶液過(guò)濾后，被對(duì)射光接收器接收，并傳入至數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對(duì)接收的光源進(jìn)行分析，得到比色皿中溶液的色度值。
[0018]本實(shí)施例對(duì)上述色度計(jì)進(jìn)行改裝，增加了補(bǔ)償光接收器和光源自校正控制模塊，并對(duì)上述色度計(jì)中的元件做了優(yōu)化。
[0019]上述色度計(jì)的元件做的優(yōu)化為:發(fā)光光源采用四個(gè)高穩(wěn)定性的不同顏色的發(fā)光二極管，分別為藍(lán)色發(fā)光二極管，發(fā)光波長(zhǎng)為460—470nm ;綠色發(fā)光二極管，發(fā)光波長(zhǎng)為510—530nm ;黃色發(fā)光二極管，發(fā)光波長(zhǎng)為580_595nm ;紅色發(fā)光二極管，發(fā)光波長(zhǎng)為615—630nm。上述四個(gè)發(fā)光二極管均通過(guò)功率放大電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光,工作時(shí)，只有一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光，提供不同波長(zhǎng)的光源，方便進(jìn)行測(cè)量和驗(yàn)證。
[0020]對(duì)射光接收器與發(fā)光光源分別設(shè)置于比色皿的兩側(cè)，接收經(jīng)過(guò)過(guò)濾的光信號(hào)。采用BPW69A型硅光電池，其在400nm-900nm的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都有很好的光電敏感性。比色皿采用二通光型石英比色皿或四通光型石英比色皿，用以裝置測(cè)量溶液。數(shù)據(jù)處理器采用32位ARM為核心的單片機(jī)處理器。
[0021]基于上述色度計(jì)的結(jié)構(gòu)特征，下面對(duì)補(bǔ)償光接收器和光源自校正控制模塊的結(jié)構(gòu)及工作原理做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]補(bǔ)償光接收器與發(fā)光光源設(shè)置于比色皿的同側(cè)，直接接收發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)。補(bǔ)償光接收器包括直立式硅光電池和兩級(jí)放大器，所述直立式硅光電池與所述兩級(jí)放大器串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理器連接，其電路圖如圖2所示，直立式桂光電池D5與兩級(jí)TLC2252組成的運(yùn)算放大器串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理器連接，當(dāng)發(fā)光二極管D1，D2，D3或D4發(fā)光時(shí)，發(fā)射光會(huì)照到直立式娃光電池D5上，直立式娃光電池D5接收光信號(hào)后經(jīng)兩級(jí)放大,生成電壓正比于光照度的ADl信號(hào)，把ADl送入數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理。補(bǔ)償光接收器獲得的正比于光照度的ADl信號(hào)的作用為:①在比色皿中為注入待測(cè)液體時(shí)，ADl信號(hào)與經(jīng)對(duì)射光接收器接收的透射光信號(hào)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系；當(dāng)比色皿中注入待測(cè)液體開始色度的測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)實(shí)時(shí)的ADl信號(hào)與初始的ADl信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如果信號(hào)發(fā)生衰減，則可以通過(guò)光路自校正電路對(duì)發(fā)光光源進(jìn)行校正，實(shí)際上自校正光源控制電路和補(bǔ)償光接收器電路構(gòu)成一個(gè)完整的監(jiān)控電路，其目的就是為了維持發(fā)射光照度的穩(wěn)定性，防止光由于熱的效應(yīng)而造成的光不穩(wěn)定的影響。
[0023]光源自校正控制模塊的輸入端與數(shù)據(jù)處理器連接，其輸出端與發(fā)光光源連接，控制發(fā)光光源的發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)發(fā)光光源的自動(dòng)校正。光源自校正控制模塊包括產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的STM32F103RB芯片和至少一路限流電路，所述限流電路包括限流電阻和開關(guān)管，所述STM32F103RB芯片的PWM引腳與所述開關(guān)管連接，所述開關(guān)管與所述發(fā)光光源連接，所述發(fā)光光源與所述限流電阻串聯(lián)后與電源連接。本實(shí)施例中，發(fā)光光源包括4個(gè)發(fā)光二極管，所述光源自校正控制模塊包括分別與STM32F103RB芯片的4個(gè)PWM引腳連接的4路限流電路，每一路限流電路中的開關(guān)管與其中一個(gè)發(fā)光二極管連接，上述發(fā)光二極管與此路限流電路中的電路串聯(lián)后與電源連接。本實(shí)施例的光源自校正控制模塊的電路如圖3所示，第一路限流電路與STM32F103RB芯片的引腳PWM4連接，包括開關(guān)管Ql和限流電阻Rl和電阻R2，STM32F103RB芯片的引腳PWM4與電阻R2串聯(lián)后與開關(guān)管Ql連接，開關(guān)管Ql與綠色發(fā)光二極管Dl連接并與限流電阻Rl串聯(lián)后接通電源；第二路限流電路與STM32F103RB芯片的引腳PWMl連接，包括開關(guān)管Q2和限流電阻R3和電阻R4，STM32F103RB芯片的引腳PWMl與電阻R4串聯(lián)后與開關(guān)管Q2連接，開關(guān)管Q2與藍(lán)色發(fā)光二極管D2連接并與限流電阻R3串聯(lián)后接通電源；第三路限流電路與STM32F103RB芯片的引腳PWM3連接，包括開關(guān)管Q3和限流電阻R5和電阻R6，STM32F103RB芯片的引腳PWM3與電阻R6串聯(lián)后與開關(guān)管Q3連接，開光管Q3與紅色發(fā)光二極管D3連接并與限流電阻R5串聯(lián)后接通電源；第四路限流電路與STM32F103RB芯片的引腳PWM2連接，包括開關(guān)管Q4和限流電阻R7和電阻R8，STM32F103RB芯片的引腳PWM2與電阻R8串聯(lián)后與開關(guān)管Q4連接，開關(guān)管Q4與黃色發(fā)光二極管D4連接并與限流電阻R7串聯(lián)后接通電源。數(shù)據(jù)處理器控制STM32F103RB芯片的4個(gè)PWM通道，每次只允許一個(gè)通道輸出PWM信號(hào)，控制其中一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光，實(shí)現(xiàn)發(fā)光光源的恒定波長(zhǎng)，同時(shí)，便于不同波長(zhǎng)光源的調(diào)換。光源自校正控制模塊通過(guò)四個(gè)PWM通道輸出PWM信號(hào)，每個(gè)通道通過(guò)限流電阻，把電壓加到發(fā)光二極管上，由PWM信號(hào)控制每個(gè)




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開關(guān)管的開關(guān)。光源自校正控制模塊的工作原理為:工作電壓的平均值
【權(quán)利要求】
1.一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，包括發(fā)光光源、比色皿、對(duì)射光接收器和數(shù)據(jù)處理器，所述發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)所述比色皿輸入到所述對(duì)射光接收器的接收端，所述對(duì)射光接收器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端通信連接，其特征在于，還包括與數(shù)據(jù)處理器連接的光源自校正控制模塊，所述光源自校正控制模塊包括產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的STM32F103RB芯片和至少一路限流電路，所述限流電路包括限流電阻和開關(guān)管，所述STM32F103RB片的PWM引腳與所述開關(guān)管連接，所述開關(guān)管與所述發(fā)光光源連接，所述發(fā)光光源與所述限流電阻串聯(lián)后與電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，所述發(fā)光光源包括4個(gè)發(fā)光二極管，所述光源自校正控制模塊包括分別與STM32F103RB芯片的4個(gè)PWM引腳連接的4路限流電路，每一路限流電路中的開關(guān)管與其中一個(gè)發(fā)光二極管連接，上述發(fā)光二極管與此路限流電路中的電路串聯(lián)后與電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，還包括直接接收發(fā)光光源發(fā)出的光信號(hào)的補(bǔ)償光接收器，所述補(bǔ)償光接收器包括直立式硅光電池和兩級(jí)放大器，所述直立式硅光電池與所述兩級(jí)放大器串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，所述比色皿為二通光型石英比色皿或四通光型石英比色皿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，所述對(duì)射光接收器為BPW69A型硅光電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，所述對(duì)射光接收器與所述數(shù)據(jù)處理器之間設(shè)置運(yùn)算放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的一種光路自動(dòng)校正的色度計(jì)，其特征在于，所述對(duì)射光接收器與所述數(shù)據(jù)處理器之間設(shè)置AD采集器。
【文檔編號(hào)】G01J3/46GK203455076SQ201320442462
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】趙勇, 王知非 申請(qǐng)人:江蘇蘇威爾科技有限公司