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基于CCD光谱仪的测色色差计的研究

洪威  
【摘要】: 现代工业的发展使得颜色测量技术在化工、印染、纺织等行业得到了越来越广泛的应用,测色色差计便是其中非常重要的一种测量仪器。经研究发现,目前通用的测色色差计一般存在两个问题:一是多数采用光电积分式设计,其结构简单但精度较低;二是一般只能在单一标准照明与观测几何条件下进行测量,无法得到不同模式下的样品颜色信息。 有鉴于此,在深入分析与研究了色度学基本理论和颜色测量主要方法的基础上,本文提出了一种以CCD光谱仪作为分光探测组件,采用直流光源照明下的单光束结构,兼容0/d:e和45/0两种标准照明观测条件下的反射样品和0/d条件下的透射样品的测量的测色色差计方案,并完成了前期研发的主体工作。 本文主要包括四部分工作内容:光学系统、机械结构、硬件电路和系统软件。光学系统部分,采用卤钨灯为照明光源,以柯勒照明对出射光进行准直收束,提供均匀光照;机械结构部分,参照CIE标准照明与观测条件给出整体结构设计,同时计算得到系统各主要组件的详细几何参数;硬件电路部分,设计了以AT80C51芯片为CPU的单片机系统监视光源的强度并控制转镜位置切换;系统软件部分,包括单片机软件和PC机应用软件,单片机软件主要实现了步进电机驱动脉冲的发生与分配以及单片机与PC的串口通信,应用软件则实现了PC机与光谱仪USB接口间的数据通信,完成系统配置、定标、光谱数据读取与处理、结果显示与文件管理等功能模块的设计。最终实验结果表明,设计的测色系统波长不确定度与重复性,0/d和45/0反射模式以及0/d透射模式下的各项色度学指标的稳定性、重复性、复现性与示值误差等均达到国家计量检定规程所规定的一级标准,45/0反射模式下的测量指标也达到了二级标准,实现了预定目标。 全文分七章。第一章描述课题背景,国内外研究现状与课题研究内容;第二章介绍了颜色测量相关的理论基础和基本方法;第三章给出了系统的总体方案、光源波动修正以及定标设计,并简要介绍了本系统采用的分光检测模块;第四章主要阐述光学系统、机械结构和硬件电路等硬件模块的相关设计工作,第五章则详细分析了单片机系统软件和PC机应用软件的各功能模块的设计思路与具体实现;第六章给出相关验证性实验得到的数据与结果分析,最后一章对全文进行了总结,并展望未来工作方向。


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