智能白度測定儀的測量原理和研制
前言
隨著現代工業的生產和發展及物質生活的提高，人們對顏色的認識和應用不斷地深入和廣泛，因而顏色的計量測試和控制越來越受到重視，這當中又以白度最為突出。在建材紡織、造紙和印刷等工業部門白度已成為衡量產品的重要指標，從80 年代開始，隨著微電子學的發展，導致含有微處理器的智能變送器、控制器和集散系統的普遍應用。這些智能化的現場設備可以直接完成許多控制功能，這也正是智能化儀表的顯著特點之一。
1 白度儀及其測量原理
1. 1 白度的定義式
在國家標準GB8940.1- 88 中，規定了以D65照明體、45/ 0 照明觀測條件測定紙及紙板藍光定向漫 反射因數R457的方法，所附錄的標定二級參比白度值R457計算公式式中，Q（ K）為在照明體D65照明下，標準白板的光譜反射比；F（K）為測定R457白度的反射光度計的相對光譜功率分布；dK為波長間隔， 取5nm故藍光白度的定義為：
當我們利用智能白度測定儀光譜光度計測得樣品每隔5 或10nm 波長代入定義式（1）、（2）中時，由于求得白度Wb 時所需的計算量龐大，因此不但對系 統的要求較高，也相當費時。故在工業生產中一般都采用濾光式白度儀，濾光式白度儀由光源、透鏡、濾光片、硒光電池等組成，對于測量藍光白度的濾光式白度儀，通常要求它的有效光譜特性與F（K）成比例或近似成比例，故此，測量準確度與其歸一化后的有效光譜特性與F（K）標準藍光白度光譜特性）的符合程度有關，一般來說，符合越好其測量準確度越高，反之，其測量準確度降低。
1. 2 白度測量原理紙
白度是通過測量波長在457nm （ 約350 ~510nm） 為中心的光波照在試樣上的反射值來衡量的。
本設計中選用低功率的鎢鹵素燈作為光源。由于光源一般都會隨著電源的波動而波動，且光源發熱也會引起光電池的溫度變化，而硒光電池 的響應會隨溫度的變化而變化。因此，此白度計采用了差動測量光路，用雙光路進行補償，如圖所示。整個光學通路的工作原理是，入射光投射到聚光鏡上，經聚光后形成平行光束，再經濾光片照射到被測試樣上，入射光線的軸線與被測樣品表面的法線成45夾角，試樣表面的漫 反射光線為光電池垂直接受，該光路為測量光路。另一路光經導光管（光纖），將光源的一部分輻通量引向補償光電池， 作為參比光路。光電池接受光照后把光信號轉變成電流信號輸出。兩路光電流信號都送到后面的電路部分進行處理。
2 白度儀的設計
2. 1 白度儀的硬件組成
本裝置由傳感器和智能儀表兩部分組成，如圖所示。光學系統在傳感器上，智能控制系統為儀表。
當光源發出的光經過凸透鏡匯聚成平行光通過濾光器照射到樣品時，樣品表面反射，其表面的漫反射光經過收光欄照射到測量光電池上，再由光電池轉換成光電流。顯然， 樣品的表面亮度越白時，漫反射光所產生的電流越大。硒光電池輸出的光電流經過I/ V 轉換器轉換成電壓信 號再經放大器放大由A/ D 轉換器轉換成數字信號送入單片機系統進行處理。同時以CAN 總線通訊方式與上位機實現通訊，實現了上游系統和現場儀表的信息交互。CAN 總線（Controller Area Network） 是一種多主總線，即每個節點機均可成為主機，且節點之間也可進行通信。CAN 總 線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設計， 特別適合工業設備測控單元互連。
因此，倍受工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。
2. 2 白度儀的軟件設計
系統自檢程序主要是加電后對電路的各個部分進行檢查， 如果發現異常情況時， 顯示出錯信息， 停止執行程序。
加電后，CPU 對各個部件依次發送測試信號，然后等待回應信號，如無回應信號，再次發送測試信號，此時仍無回應信號或是返回出錯則顯示出錯信息，并終止運行以下程序。
這里本裝置的自檢內容有：上電后，先使LED 各段全亮一秒種，以檢測是否能正常顯示信息。然后通過模擬電子開關由微處理器發一組脈 沖給計數器， 再由微處理器讀出數值，以判定計數器是否能正常工作。通過模擬電子開關由微處理器對A/ D通道進行測試。
3 結束語
本設計利用MCS - 51 單片機實現紙張白度的檢測、信號變換、總線接入。使得產品得以向智能化、低成本方向發展。本產品可同樣 適用于紡織、印刷等行業，具有較高的商業價值。
