基于光频转换器的密度计设计

　　目前,测量底片黑度均采用透射式光学直读,用光电池作为接收器件测量透过底片的光强,同时将光信号转化为电信号后,对电信号进行数据处理,然后 以一定的方式显示出底片的黑度值。这种方法电路处理复杂,生产调试标定困难,且测量范围小,仪器体积较大。为此笔者研制了一种简单而操作方便的黑白透射密 度计。采用集成光频转换芯片TSL230缩小电路板空间。利用LED作为仪器光源,具有体积小、寿命长(可达100 000 h以上)、光输出稳定和易驱动等优点。该设备经测试,测量的黑度精度>0.02D,最大黑度值可扩充到6.00D。

　　1　黑度计的测量原理

　　黑度计是用于测量透过透明材料(如软片片基)的光量,以确定表面吸收光的量的仪器。黑度是衡量物体光学透射率的度量,用字母D来表示,其公式为:

　　片机数据处理电路和显示器组成测量系统,可得到底片的黑度值。

　　2　电路设计

　　黑度计的硬件电路框图如图1所示。

　　2.1　光频转换器

　　TSL230是一个可编程的光频转换芯片,在它内部集成有两个电路模块,一个可配置的硅光敏二极管和一个电频转换器。硅光敏二极管将接收到的光 信号转换为电信号,而电频转换器将光强转换为一个与频率成比例的电信号,敏感性及输出分频性均有三种可选性(由输出引脚S0,S1,S2,S3的高低电平 控制),其功能模块原理图及选择设置如图2[1]。

　　2.2　单片机

　　采用AT89C51单片机,其价位低,可多次擦写,在市场上很容易买到。单片机在电路中主要完成查询触发、模式设置和采集频率值,并根据频率值的大小自动选择采集模式;对采集的数据值运算、误差处理;控制数码显示、指示灯和报警蜂鸣器等功能。

　　2.3　模式选择

　　设置了三种可手动设置的采集模式,快速、正常和慢速频率采集。在精度要求不很高的场合,用户可将其设置为快速采集模式,此时采集速度可达0·5 s一次,其精度可基本满足要求。而在精度要求较高的场合,采集速度可为1.5 s一次,其精度输出较高。正常模式的采集速度为1 s一次,适用于大众用户。

　　2.4　光源

　　光源模块设计图见图3。黑度的测量受光源的影响波动较大。使用红光LED作为光源,为了得到稳定的光强输出,设计采用恒压-恒流转换,利用TL431稳压输出2.5 V,经I/V变换得到恒定的光源电流输出,从而稳定输出光强。

　　另外,设计中还增加了扩流设置,如图3中Q12。当测量黑度值较小时,控制Q12基极为低电平,此时Q12不导通,Q11集电极不扩流,单片机 正常处理TSL230输出频率值;当测量胶片密度值较大时,控制Q12基极为高电平,此时Q12导通,使Q11集电极电流增大,LED光强增强,间接地调 节了TSL230输出频率,此时单片机进入另一种运算处理采集值状态。实验证明此功能增大了测量黑度值的范围。