小型光纤色度计的研究

摘要

本课题是与乐凯公司的合作项目，项目全称为：小型光纤色度计的研发。课题是以检测和控制印刷品色度的质量为目的被提出的。市场上现有色度测量仪器普遍价格较高，且绝大多数产品并不是针对印刷品色度检测而研制的，不能够完全适合颜色测量需要。另外实现印刷品色度的实时在线检测要求仪器体积小，为了能够在较大范围内普及，要求成本低，同时也要保证一定的测量精度。课题要求在控制较低成本的前提下，研制一种基于常见印刷品颜色检测，并能够在现场应用的小型颜色测量仪器。仪器需满足印刷品颜色测量的典型测量条件，样品重复测量误差ΔE<0.1，并能够实时显示测量结果。 本文的主要工作： 在充分理解色彩测量原理的基础上，以降低系统成本，满足颜色测量要求为系统设计的主要技术指标，根据印刷品颜色测量控制的特点，提出并制定小型色度测量系统的总体设计方案。 完成了系统光学部分的设计。采用了反射光栅作为分光元件和M型折叠光路，并分析了光学部分的可行性。 分析了现有颜色测量仪器中光纤探头的应用和校正方法，提出了采用聚合物光纤作为光纤探头的解决方法，并实验分析了其可行性。 设计了系统的数据采集模块，采用CCD作为光电转换元件，MSP430作为中央控制单元，绘制了采集系统的原理图和PCB图。 编写了底层控制软件，给出了CCD驱动信号即其他器件驱动时序的原理图。 结合实验分析了系统的可行性，并提出了系统的改进方案。 本文的创新之处： 通过对元件的选择和结构的简化达到了测试系统小型化、低成本的目的。 将聚合物光纤用于色度测量系统中以简化系统结构，给出了基于色度测量的校正方法，并实验分析了其可行性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2小型色度测量仪器发展现状

1.3课题的提出和研究目的

1.4本课题所要完成的主要工作

第二章色度测量仪器的基本原理

2.1色度的定义及相关物理量

2.1.1颜色的定义

2.1.2颜色的基本特性和分类

2.2 CIE标准色度系统

2.2.1 CIE-RGB基本色度系统

2.2.2 CIE1931-XYZ系统

2.2.3 CIE1964补充色度系统

2.3 CIE三刺激值和色品坐标的计算方法

2.4颜色测量仪器的基本原理

第三章光学系统设计

3.1总体结构设计

3.2光栅的参数选择

3.3准光物镜和会聚镜参数的计算

3.4聚合物光纤在色度测量系统中的应用

3.4.1聚合物光纤的特性

3.4.2石英光纤探头的校正方法

3.4.3聚合物光纤探头的光谱校正方法

3.5本章小结

第四章信号采集系统的硬件设计

4.1信号采集系统的设计方案

4.2 TCD 1501C的工作原理及特性

4.3 CCD驱动信号的产生

4.3.1 LATTICE ispMACH 4064CPLD器件简介

4.3.2 ispLEVER简介

4.3.3 TCD 1501C的驱动信号

4.4TI公司MSP430F149芯片介绍

4.5其他外围器件选择

4.5.1存储器

4.5.2 A/D转换芯片

4.6系统硬件的电路设计

4.7 MCU控制软件的编写

4.7.1 MSP430系列FLASH型芯片开发方法

4.7.2 MSP430单片机的软件开发环境

4.7.3 MCU控制软件的设计

4.8本章小结

第五章实验与总结

5.1.1实验和分析

5.2总结与改进

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢