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便携式分光测色仪电路设计

作　者: 樊洁
导　师: 颜昌翔
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 分光测色仪 ARM 脉冲氙灯光电二极管阵列
分类号: TH744
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在需要保持颜色一致性的场合,为了避免由于细微色差带来的损失,科学的,定量的来描述各种不同颜色十分重要。国内现有的自主研制的测色产品主要以色差计和台式分光测色仪为主,色差计不能精确测量出色源的三刺激值和色品坐标,不适合应用于测量结果要求很正确的场合;台式仪器体积庞大,成本高且不易于携带,不利于颜色的现场测量。为了实现高精度,快速,低成本的颜色测量,本文设计了一种基于分光光度法的便携式颜色检测仪器的工作电路。本文通过对国内外测色仪器的发展和特点进行总结和分析,从色度学理论出发,对颜色检测仪器的工作原理及设计要点、各个模块的工作过程以及光电传感器件性能进行分析和研究,通过需求分析和器件的选择,设计了以LPC2478芯片为核心的电路系统。本系统首先通过控制MAX8622对电容进行充电,进而控制脉冲氙灯曝光,实现对被测物体的照明,然后由S4114-46Q硅光电二极管阵列和多路模拟开关ADG738对由光学系统分光产生的40路光谱信号进行分时采集,并且将采集所得的微弱电流信号经过I/V转换和放大得到与光谱信号相对应的电压信号,将此信号通过A/D转换和数据处理得到被测物体的颜色信息,并将检测结果通过LCD显示输出。此外,为了便于数据的传输与管理,还分别设计了RS-232和USB两个通讯接口。结果表明,本设计具有测量快速,小型化,低功耗等优点。系统功率低于5W;单次测量时间为1.5s;两次测量间隔为3s;本设计采用4节锂电池供电,可以进行1000次以上的测量。各项功能的实现为后续与光学系统整合奠定了基础,基本达到了实用化的要求,适合于纺织、印染等需要现场测量的领域。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 测色仪器的发展现状  13-16
  1.3 论文的主要研究内容和论文结构安排  16-18
    1.3.1 主要研究内容  16
    1.3.2 论文的结构安排  16-18
第2章色度学理论及分光测色原理  18-36
  2.1 CIE 标准色度学系统  18-26
    2.1.1 三刺激值和光谱三刺激值  18-19
    2.1.2 色品坐标及色品图  19-20
    2.1.3 光源色和物体色的三刺激值  20-21
    2.1.4 色度学中常用的三个光学物理量  21-23
    2.1.5 标准色度学系统  23-26
  2.2 均匀颜色空间及色差公式  26-27
    2.2.1 （x，y，Y）颜色空间是非均匀颜色空间  26
    2.2.2 均匀颜色空间及相应的色差公式  26-27
  2.3 标准照明体和标准光源  27-29
    2.3.1 表示光源颜色特性的两个参量  27-28
    2.3.2 标准照明体和标准光源  28-29
  2.4 照明和观测条件  29-31
  2.5 分光测色仪工作原理  31-35
    2.5.1 光源  32-33
    2.5.2 测量的几何条件  33
    2.5.3 色散系统  33
    2.5.4 光电探测系统  33-35
    2.5.5 测量数据的处理和输出  35
  2.6 本章小结  35-36
第3章系统功能分析及光学结构简介  36-43
  3.1 功能分析  36-39
  3.2 光学模块  39-42
    3.2.1 光学系统设计  39-40
    3.2.2 照明系统设计  40-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章系统硬件电路设计  43-63
  4.1 光源驱动电路  43-46
    4.1.1 氙灯简介  43-44
    4.1.2 脉冲氙灯驱动电路  44-45
    4.1.3 脉冲氙灯的寿命  45-46
  4.2 光电探测电路  46-52
    4.2.1 硅光电二极管阵列的选择  46-47
    4.2.2 S4114-46Q 的工作电路  47-48
    4.2.3 多路复用电路  48-50
    4.2.4 I/V 转换及放大电路  50
    4.2.5 噪声及误差分析  50-52
  4.3 电源设计  52-54
    4.3.1 需求分析  52
    4.3.2 器件的选择  52-53
    4.3.3 电源电路  53-54
    4.3.4 系统功耗  54
  4.4 微控制器及外围电路设计  54-60
    4.4.1 ARM 芯片的选择  54-55
    4.4.2 时钟电路  55
    4.4.3 复位电路  55-56
    4.4.4 调试与测试接口电路  56-57
    4.4.5 USB 接口电路  57-58
    4.4.6 RS232 串口通信电路  58-59
    4.4.7 LCD 接口电路  59-60
  4.5 PCB 印刷电路板的设计  60-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章电路板的调试及部分验证试验  63-69
  5.1 H-JTAG 的安装与配置  63-64
  5.2 串口调试  64-66
  5.3 LCD 液晶显示接口调试  66-67
  5.4 光电探测模块验证试验  67-68
  5.5 本章小结  68-69
第6章总结  69-71
  6.1 论文具体的研究工作  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-74
在学期间学术成果情况  74-75
指导教师及作者简介  75-76
致谢  76

便携式分光测色仪电路设计

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