智能白度仪的研制

　　0　前　言

　　随着现代工业的生产和发展及物质生活的提高,人们对颜色的认识和应用不断地深入和广泛,因而颜色的计量测试和控制越来越受到重视,这当中又以白度最为突出。在建材纺织、造纸和印刷等工业部门白度已成为衡量产品的重要指标,从80年代开始,随着微电子学的发展,导致含有微处理器的智能变送器、控制器和集散系统(DCS)的普遍应用。这些智能化的现场设备可以直接完成许多控制功能,这也正是智能化仪表的显著特点之一。

　　1　白度及其测量原理

　　1.1　白度的定义式

　　在国家标准GB8940.1-88中,规定了以D65照明体、45/0照明观测条件测定纸及纸板蓝光定向漫反射因数R457的方法,所附录的标定二级参比白度值R457计算公式为:

式中,ρ(λ)为在照明体D65照明下,标准白板的光谱反射比;

　　F(λ)为测定R457白度的反射光度计的相对光谱功率分布;

　　dλ为波长间隔,取5nm

　　故蓝光白度的定义为：

式中Kb为归一化系数,它使β(λ)恒为一的理想白表面的值为100。

　　这样Kb的计算公式为:

　　β(λ)为被测样品对波长为λ的光的辐射亮度因素。F(λ)为蓝光白度光谱特性(参见国家标准),λ为光波长,△λ为其波长间隔,工程计算中一般取5nm或10nm。但是由蓝光定义式(1)可知,当我们利用光谱光度计测得样品每隔5或10nm波长代入定义式(1)、(2)中时,由于求得白度Wb时所需的计算量庞大,因此不但对系统的要求较高,也相当费时。故在工业生产中一般都采用滤光式白度仪,滤光式白度仪由光源、透镜、滤光片、硒光电池等组成,对于测量蓝光白度的滤光式白度仪,通常要求它的有效光谱特性与F(λ)成比例或近似成比例,故此,测量准确度与其归一化后的有效光谱特性与F(λ)(标准蓝光白度光谱特性)的符合程度有关,一般来说,符合越好其测量准确度越高,反之,其测量准确度降低。

　　1.2　白度测量原理

　　纸张白度是通过测量波长在457nm(约350~510nm)为中心的光波照在试样上的反射值来衡量的。

　　本设计中选用低功率的钨卤素灯作为光源。由于光源一般都会随着电源的波动而波动,且光源发热也会引起光电池的温度变化,而硒光电池的响应会随温度的变化而变化。因此,此白度计采用了差动测量光路,用双光路进行补偿,如图1所示。整个光学通路的工作原理是,入射光投射到聚光镜上,经聚光后形成平行光束,再经滤光片照射到被测试样上,入射光线的轴线与被测样品表面的法线成45 夹角,试样表面的漫反射光线为光电池垂直接受,该光路为测量光路。另一路光经导光管(光纤),将光源的一部分辐通量引向补偿光电池,作为参比光路。光电池接受光照后把光信号转变成电流信号输出。两路光电流信号都送到后面的电路部分进行处理。