顏色傳感技術(shù)是現(xiàn)代顏色測量儀器核心技術(shù)之一，已發(fā)展為集光學(xué),、機(jī)械,、電子于一體的系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化,、自動(dòng)化方向的發(fā)展,，對產(chǎn)品顏色的檢查和顏色品質(zhì)的控制提出了嚴(yán)格的要求，使用顏色測量儀器也成為了對產(chǎn)品顏色進(jìn)行客觀評價(jià)的主要手段,。
　　在顏色的檢測與識別中,，影響其準(zhǔn)確度的參數(shù)有很多，如照明光源" title="照明光源">照明光源,、傳感器特性,、接收部分、信號處理等,，都會(huì)直接影響到測量的結(jié)果,。如何處理好這些參數(shù)從而得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果是目前的主要問題之一。目前在檢測中三基色(RGB)顏色傳感器應(yīng)用較為廣泛,，本文將介紹一種基于RGB三基色原理的手持式顏色檢測儀的實(shí)現(xiàn)方法,。
1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測量原理
　　如圖1所示，本系統(tǒng)主要由顏色傳感器,、照明光源,、信號處理電路、單片機(jī)和液晶顯示等部分組成,。

1.1 顏色傳感器
　　RGB三基色傳感器是通過測量構(gòu)成物體顏色的三基色的反射比率實(shí)現(xiàn)顏色檢測的,，由于其精密度極高，所以能準(zhǔn)確區(qū)別極其相似的顏色,，甚至是相同顏色的不同色調(diào),。本設(shè)計(jì)方案選用的是MCS系列的RGB三基色顏色傳感器。
1.2 照明光源
　　本設(shè)計(jì)要求的測量光譜范圍為380nm～750nm,，而白色光基本能夠覆蓋此光譜范圍,，因此選擇白色貼片發(fā)光二極管照明。用白色光照明代替多種單色光模擬白光照明,，從理論和具體實(shí)踐上都能提高照明效果,，并且簡化設(shè)計(jì)方法。多個(gè)白色發(fā)光二極管組成環(huán)形45°(照明)/0°(測量)環(huán)形照明系統(tǒng)。
1.3 信號處理電路
　　顏色傳感器的輸出信號一般是納安級的微小電流,，這給測量帶來了不便,。首先，要將微小的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,，以便后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)進(jìn)行處理,，同時(shí)還要完成放大的過程。如何在盡量減小失真的情況下完成光電流信號的轉(zhuǎn)換和放大,，是測量工作中必須要解決的問題,。
1．3.1 微電流測量原理
　　微電流信號源可以看作是內(nèi)阻非常大的電流源I_S，具有接地端的微電流測量原理如圖2所示,。對于輸入阻抗和放大倍數(shù)均無窮大的理想運(yùn)算放大器來講,，輸出電壓V₀＝I_SR_f。理論上,，只要電阻R_f取得足夠大,，即使電流I_S很小，也可得到較大的輸出電壓V₀,。

　　實(shí)際上,，運(yùn)算放大器輸入阻抗不是無窮大，電阻R_f的增大要受到運(yùn)算放大器輸入阻抗的限制,?？紤]到偏置電流" title="偏置電流">偏置電流I_B對被測電流I_S的分流，則V₀＝－(I_S－I_B)R_f,，如果I_B大于I_S,，則I_S無法測量。
　　影響微電流測量靈敏度的首要因素是運(yùn)算放大器的偏置電流I_B,，其次是噪聲電壓和零點(diǎn)漂移,。要實(shí)現(xiàn)微電流測量，運(yùn)算放大器要滿足：①偏置電流I_B<被測電流I_S,；②輸入阻抗R_i>>反饋電阻R_f,；③增益,、共模抑制比高,；④失調(diào)電壓及漂移小,；⑤噪聲小,。
1.3.2 電路分析和設(shè)計(jì)
　　在器件選擇方面，運(yùn)放的輸入偏置電流I_B是主要誤差源之一,。本方案選用AD公司生產(chǎn)的AD8608芯片作為電流轉(zhuǎn)換放大的主芯片,，如圖3所示。為了能測量納安級電流，圖2中的R_f要選10₁₀數(shù)量級的電阻,，這樣大的電阻精度低,，穩(wěn)定性差，噪聲也大,，因此在圖3中用小電阻組成T型網(wǎng)絡(luò)代替高阻R_f,，并在運(yùn)放的輸出端接上RC濾波電路，用來驅(qū)除高頻噪聲信號和斬波尖峰噪聲的干擾,，對提高電路的穩(wěn)定性是很有好處的,，但一般時(shí)間常數(shù)較大，不適合測量快變信號,。C與R組成反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),，以降低帶寬，防止T型網(wǎng)絡(luò)與C1相移產(chǎn)生自激振蕩,。

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1.3.3 提高性能的措施
　　(1) 不接運(yùn)算放大器的平衡電阻
　　實(shí)驗(yàn)證明,，在高內(nèi)阻電流源的微電流放大器中，運(yùn)算放大器接平衡電阻不僅很難使輸入電阻平衡,，反而會(huì)增加電路噪聲,，所以圖3中AD8608運(yùn)算放大器同相端不接平衡電阻，而是直接接地,。
　　(2) 降低運(yùn)算放大器的工作溫度
　　由運(yùn)算放大器的溫度特性可知,，溫度每升高10℃，運(yùn)算放大器的偏置電流將增加1倍,，從而降低微電流測量的靈敏度和準(zhǔn)確度,。為此，應(yīng)盡可能地降低電源電壓,，增大負(fù)載電阻(大于10kΩ),，以減小運(yùn)算放大器的工作電流，降低工作溫度,。
　　(3) 減小PCB的漏電流" title="漏電流">漏電流
　　在微電流測量中,，提高PCB的絕緣強(qiáng)度和減少漏電流非常重要。通常意義上等效于絕緣的納安級的漏電流就會(huì)對測量結(jié)果造成嚴(yán)重的影響,，所以要采取措施嚴(yán)格控制PCB板的漏電流：選用漏電流遠(yuǎn)小于pA級的高絕緣電路板,，如環(huán)氧玻璃板；輸入信號采用絕緣好,、不產(chǎn)生靜電,、吸濕性小的聚四氟乙烯接線柱；在電路板上用接地屏蔽環(huán)將運(yùn)算放大器的同相,、反相輸入端包圍起來并接地,，使其等電位,，保證它們之間漏電流為零；電路安裝好后,，清除殘留雜質(zhì),，元件和電路板做清潔、干燥,、防潮處理,。
　　(4) 提高信噪比
　　電阻選低噪聲的1％精度的金膜電阻；電容選低噪聲的瓷介,、云母或鉭電容,；電源兩級LC濾波，降低噪聲,；電源線盡量遠(yuǎn)離輸入信號線,；信號輸入線用盡量短的屏蔽電纜；在電源部分和放大器的輸出,、輸入部分大面積敷銅,，放大器的輸入部分與電源一點(diǎn)接地；整個(gè)微電流放大器用金屬屏蔽,。
1.4 測量控制電路
　　本系統(tǒng)中采用PIC18Fxx8系列單片機(jī)為核心,，利用其內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器采集電流電壓轉(zhuǎn)換后的信號，與參考數(shù)據(jù)比較,，得到顏色編碼,，送液晶屏顯示，如圖4所示,。

2 軟件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)采用匯編語言編程,，有利于提高程序運(yùn)行速度。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示,。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
　　實(shí)驗(yàn)中測量使用的樣品是《中國建筑色卡》,。這是一套供建筑行業(yè)使用的事物顏色標(biāo)準(zhǔn)樣品，其顏色表示方法是依據(jù)GB/T15608-1995《中國建筑顏色體系》的標(biāo)號系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,。色卡的編碼是根據(jù)GB/T 18922-2002《建筑顏色的表示方法》的要求制作的,。
3.1 實(shí)驗(yàn)
　　此系統(tǒng)已進(jìn)行顏色檢測實(shí)驗(yàn)，從《中國建筑色卡》中選取了若干種標(biāo)準(zhǔn)顏色進(jìn)行測量,。圖6是該顏色體系轉(zhuǎn)換成RGB顏色體系后綠顏色刺激值的實(shí)際測量情況,。