专利名称：自动光谱测色仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种光谱仪器，特别是一种对物体光度、色度进行测量的自动光谱测色仪。
目前，国内用于光度、色度方面检测的仪器如天津纺织研究所制造的“色彩分析仪”，它主要由光源、滤色液、单色仪、积分球、接收器、单板机和简易整流滤波电源等组成，其测试原理是由光源发出复合光经滤色液后进入单色仪进行分光，在模板的出射缝后由步进电机带动一个可移出射狭缝对进入模缝的光进行分解，然后从积分球的入射孔直接照射位于积分球样品孔处的被测样品上，照射样品后的反射光再经积分球慢反射后从出射孔射入接收器，由于标准和被测样品对同一单色光的反射与吸收不同，其单色光强也随之变化，所以接收器再将不同的光信号转变为相应的电信号输入单板机进行计算，根据反射率的不同就可计算出样品的各值。以上是相对非透明固体样品而言，对液体或透明的样品，该仪器在积分球的入射孔前设有一个透射槽，样品放入透射槽内，光先照射被测样品，再由积分球慢反射后进入接收器，进而计算出透射率。该仪器存在的主要问题是(1)精度低，大于±1％。由于该仪器采用平移出射狭缝法进行分光，因而分光精度不高，另外该仪器采用的简易整流滤波电源，使光源和接收器的输入电压信号波动较大，也造成测试精度上的误差，此外采用整流滤波电源，也使得整机体积增大；(2)由于该仪器只有一个单板机，不带计算机系统，所以被测数据只能一次性使用，不能储存，对研究分析带来不便；(3)速度较慢，测试一次约3分钟。(4)性能不稳定，同一样品各次测得数据相差很大。
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足提供一种自动化程度高、测试精度高且体积小，性能稳定可靠，测速快的自动光谱测色仪。
本实用新型的目的是通过以下措施实现的，它主要由光源、滤色体、积分球、透射架、单色仪、步进电机、探测器、单板机和主机电源等组成，其中积分球上开有样品孔、光源入射孔和出射孔，各孔位置和大小按d／o照明与观测条件处置，单板机分别与步进电机和主机电源相接；其特征在于，主机电源还通过一个大功率集成稳压器件与光源相接、通过一个高稳定度专用集成模块组成的负高压光电转换电路与探测器相接；滤色体位于光源和积分球之间，透射架位于积分球的出射孔后；单色仪是由两个全反射镜和一个凹面全息光栅组成，凹面全息光栅由步进电机带动可相对于光路转动，步进电机由单板机控制功率放大电路来驱动，并使其与模数转换器同步，在单色仪的入射焦点和出射焦点处分别设有固定的入射狭缝和出射狭缝，单色仪沿光路设置于积分球之后，探测器位于单色仪的出射端。本实用新型即可以测试反射率，也可测试透射率。相对于非透明样品是测反射率，而对透明或液体样品是测透射率。其测试原理当测试反射率时，将被测样品放置于积分球的样品孔处，由主机电源通过功率集成稳压器件输给光源恒定电压，精选高精度金属膜电阻并进行温度补偿。使稳定度可达万分之一，光源发出复色光通过滤色体后变为近似D65光源，经积分球入射孔进入积分球内慢反射后照射样品，从样品上反射的光经一透镜聚集于单色仪的入射狭缝处，再投射到一个全反射镜上，经全反射镜反射到凹面全息光栅上，此时步进电机由单板机通过一个控制器经功率放大电路直接驱动，并使其带动凹面全息光栅相对于光路转动，在200～800nm内进行波长扫描，由于凹面全息光栅除能等间隔地分波阵面而产生衍射的作用外，还能准光和聚焦，所以不用附加任何光学系统就可产生光栅光谱，增强了光能。经凹面全息光栅分解出的不同波长的单色光将依次投射到另一全反射镜上，再经反射后通过固定的出射狭缝到达探测器的阴极面上。探测器由于采用了高稳定度专用集成模块组成的负高压源的光电转换电路，所以只要主机电源供给正15V的电压，就可使探测器在600～900V的负高压下工作，不但大大缩小了整机的体积，还增加了稳定性，其稳定度可达万分之二，因此提高了对反射率值的测试精度。进入探测器的光信号再经过光电转换、模数转换、接口电路输入计算机，计算机将已储存的标准白板数据与被测样品数据进行比较，算出被测样品的光谱绝对反射率的变化情况。本实用新型在测透射率时，是将被测样品置于透射架的提篮内，积分球的样品孔处放置标准白板，被测样品在积分球的出射孔处接收经积分球后的慢反射光，样品的透射光再经上述同样的程序，最后由计算机算出绝对透射率的变化情况。本实用新型整个过程均由计算机操作，根据需要计算机还可与绘图仪、打印机相接，数据计算后，自动显示，并打印出各种数据，绘出样品各种变化曲线。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是(1)性能稳定，测试精度高，速度快。由于本仪器对光源、探测器以及步进电机的波长扫描都采取新的供电措施，从而使得测试稳定，数据准确，精度提高到0.3％～0.5％，测试一次只需0.7分钟；(2)结构简单新颖，体积小、重量轻。本仪器实现了将光机电结合为一体的小型化。将单板机、光源电源、步进电机电源和负高压电源通过采用集成模块，做成结构简单、可靠性强的简化电路，大大缩小了体积，整个体积为450×370×220mm，重量仅为22公斤；(3)功能全，通用性好。该仪器可测反射率、透射率值，同时通过计算机内互相独立的七个模块，可以计算出三刺激值、色度坐标、五种色差公式的色差值、白度和黄度值、染料的粘色和褪色牢度评级，绘制两种座标的各种光谱曲线(4)操作简便，价格低廉。直接通过键盘操作，实行人机对话，菜单选择方式完成各项测试，价格不超过两万元，广泛适用于颜色测定和分析的各个部门。
本实用新型的具体结构由以下附图
和实施例给出。
附图为本实用新型所述的自动光谱测色仪的工作原理示意图。
以下根据附图，以NGW－1型自动光谱测色仪为例对本实用新型做进一步详述。
根据附图，自动光谱测色仪是由光源(1)、滤色体(2)、积分球(3)、透射架(4)、单色仪、步进电机(10)、探测器(11)、单板机(12)、主机电源(13)和微机(14)组成，其中，光源(1)为10V50W的溴钨灯，电压由主机电源通过大功率稳压器供给10V直流电压，滤色体(2)为固体滤光片，本仪器采用的是二片有色玻璃，它紧贴于积分球(3)的入射孔处，积分球(3)的照明观测条件采用国际照明委员会(CIE)规定的慢射／垂直(缩写d／o)条件，样品的法线和观测光束轴之间的夹角为8°。积分球(3)的直经为120mm，其上开有的入射孔，出射孔和样品孔的总面积为积分球(3)内反射总面积的7％，观测光束的任一光线和其轴之间的夹角小于5°。对带有慢反射和镜反射混合反射的样品，对其镜面反射的影响采用了光泽吸收井(暗井)来消除或减弱。透射架(4)位于积分球(3)的出射孔外，其架内有一个由铝合金制成的提篮，该提篮在测反射率时可沿透射架移至一边。单色仪由入射狭缝(5)、出射狭缝(9)、全反镜(6、8)和凹面全息光栅组成。单色仪的入射狭缝(5)宽度可为0.3～0.5mm，出射狭缝(9)的宽度为0.25～0.28mm，本实施例取入射狭缝(5)宽0.5mm，出射狭缝(9)宽为0.25mm，可分辨双汞线，它们分别位于单色仪的入射焦点和出射焦点上，凹面全息光栅(7)的波长范围为200～800nm，光学分辨率≤0.6nm，光栅面积30×30mm2，线度1200L／mm，线色散倒数7nm／mm，杂散光≤10－3，凹面全息光栅(7)在单色仪中除用来分光外，还具有准光和聚焦作用，它由步进电机(10)带动相对于光路转动进行波长扫描。步进电机(10)由主机电源(13)提供12V直流电压，并由单板机(12)通过控制器经功率放大控制步进电机(10)与模数转换器同步。探测器(11)为日R955光电倍增管，探测波长范围为200～800nm，由高稳定度负高压集成模块组成的电路，供给光电倍增管600～900V的负高压，负高压由主机电源(13)供给正15V电压即可，单板机(12)为TP801A，由主机电源(13)提供正5V直流电压，单板机(12)与微机(14)通过一个接口电路连接，微机(14)根据需要还可与绘图仪(15)和打印机(16)相接。
权利要求1.一种用于光度和色度测量的自动光谱测色仪，主要由光源[1]、滤色体[2]、积分球[3]、透射架[4]、单色仪、步进电机[10]、探测器[11]、单板机[12]和主机电源[13]等组成；其中积分球[3]上开有样品孔、光源入射孔和出射孔，各孔位置和大小按d/o照明与观测条件处置，单板机[12]分别与步进电机[10]和主机电源[13]相接；其特征在于，主机电源[13]还通过一个大功率集成稳压器件与光源[1]相接、通过一个高稳定度专用集成模块组成的负高压光电转换电路与探测器[11]相接；滤色体[2]位于光源[1]和积分球[3]之间，透射架[4]位于积分球[3]的出射孔后；单色仪是由两个全反射镜[6、8]和一个凹面全息光栅[7]组成，凹面全息光栅[7]由步进电机[10]带动可相对于光路转动，步进电机[10]由单板机[2]控制功率放大电路驱动，并使其与模数转换器同步，在单色仪的入射焦点和出射焦点处分别设有固定的入射狭缝[5]和出射狭缝[9]，单色仪沿光路设置于积分球[3]之后；探测器[11]位于单色仪的出射端。
2.根据权利要求1所述的自动光谱测色仪，其特征在于光源〔1〕与积分球〔3〕之间的滤色体〔2〕为固体滤光片。
3.根据权利要求1或2所述的自动光谱测色仪，其特征在于单色仪的入射狭缝〔5〕的宽度为0.3～0.5mm，出射狭缝〔9〕的宽度为0.25～0.28mm。
专利摘要本实用新型公开一种自动光谱测色仪，它由光源、积分球、单色仪、探测器、主机电源以及数据处理系统等组成。其特征是采用了凹面全息光栅分光、透反射积分球式的测量装置和高稳定专用集成块组成的负高压转换电路；波长变换由单板机经分配器功率放大后控制步进电机带动光栅扫描与模数转换器同步；光源采用大功率稳压器件并进行温度补偿。仪器性能稳定，精度高，通用性好，体积小且自动化程度高，适用于颜色测定和分析的各个部门。
文档编号G01J3/46GK2153789SQ9221808
公开日1994年1月19日 申请日期1992年6月12日 优先权日1992年6月12日
发明者夏成仁 申请人:中国人民解放军工程兵工程学院