便携式液体色差测试仪的设计

　　液体颜色的测量具有重要实际应用价值, 例如葡萄酒、果汁、清洁剂等液体产品, 直接通过颜色外观检查就可以判断其内在质量的优劣。日本美能达CT - 100 色彩色差计就是这种专门测量液体颜色的仪器[ 4] 。国内尚未见相关仪器的报道。设计一种基于光电积分方法、采用光纤传导的液体色测量装置[ 2] , 它使用脉冲氙灯照明, 双光路测量, 由专用探头直接插入被测液体中, 由此设计成的便携式液体色差测试仪, 特别适合在现场测量液体的颜色, 进而快速评价液体产品的质量。

　　1 测量原理

　　11 1 光电积分法[ 1, 3]

　　根据CIE ( 国际照明委员会) 规定的三基色原理, 任何一种颜色都可以由红、绿、蓝三基色按一定比例组成, 在C 光源照( 透) 射下液体颜色的三刺激值X 、Y、Z 可以表示为下式:

　　2 设计方法

　　2. 1 硬件系统设计

　　测量控制显示电路 见图1, 包括89C52 单片机、液晶显示器、键盘、E²PROM 以及A/ D 转换器。选用4 x 16 点阵字符式液晶作为显示部件, 每行可显示16 个字符, 共有四行。系统设计了三个按键:向上键, 向下键, 确认键。仪器工作时启动监控程序, 由上下键来选择操作功能, 按确认键后, 执行相关操作。选用X25045 E²PROM, 它具有三种常用功能: 看门狗定时器、电压监控、E2PROM, 其容量为1 k byte。A/ D 转换器选用MA XIM 公司的MAXIM186, 它具有8 通道、1 2 bit 精度、SPI 总线、微功耗等特点, 其CS、SCLK、DIN、DOU T 端分别与89C52 的P1. 0——P1. 3 相连, 89C52 单片机由软件仿真SPI 协议, 实现启动A/ D 转换与读出测量结果。

　　脉冲氙灯驱动电路 升压电路由升压变压器T 1 和三极管Q1 组成( 见图2) , 手动开关控制充电过程, 当指示灯NL 被点亮时, 指示对C1 , C2 贮能电容的充电过程完成。由图1 中单片机P1. 7 控制脉冲氙灯放电, 输出P1. 7 为高电平时, 继电器触点S1吸合, 变压器T 2 的初级线圈与电容C2 组成放电回路, 在T2 次级线圈上产生瞬间高压, 电离脉冲氙灯中的氙气, 储能电容C1 通过电离后的氙灯放电, 氙灯发光, 从而提供测量时的高亮度脉冲透射光源。

　　I / V 变换电路 I / V 变换电路把光电探测器得到的光电流转换为电压量, 见图3。硅光电池反向接入电路, 可以近似看成理想电流源。由Rf 、R1、R2 组成T 型反馈电路, 其输出电压Vout 与输入光电流I s 之间的关系为Vout= - I s xR f ( 1+ R1 / R2 ) , 此式表明为了输出更大I / V 变换增益, 并不需要无限增大Rf 值, 只须增大R1 / R2 比值, 即可获得足够大的电压输出。Cf 为并联积分电容, 其作用是滤除高频干扰, 稳定输出电压。