智能白度测定仪的测量原理和研制
前言
随着现代工业的生产和发展及物质生活的提高，人们对颜色的认识和应用不断地深入和广泛，因而颜色的计量测试和控制越来越受到重视，这当中又以白度最为突出。在建材纺织、造纸和印刷等工业部门白度已成为衡量产品的重要指标，从80 年代开始，随着微电子学的发展，导致含有微处理器的智能变送器、控制器和集散系统的普遍应用。这些智能化的现场设备可以直接完成许多控制功能，这也正是智能化仪表的显著特点之一。
1 白度仪及其测量原理
1. 1 白度的定义式
在国家标准GB8940.1- 88 中，规定了以D65照明体、45/ 0 照明观测条件测定纸及纸板蓝光定向漫 反射因数R457的方法，所附录的标定二级参比白度值R457计算公式式中，Q（ K）为在照明体D65照明下，标准白板的光谱反射比；F（K）为测定R457白度的反射光度计的相对光谱功率分布；dK为波长间隔， 取5nm故蓝光白度的定义为：
当我们利用智能白度测定仪光谱光度计测得样品每隔5 或10nm 波长代入定义式（1）、（2）中时，由于求得白度Wb 时所需的计算量庞大，因此不但对系 统的要求较高，也相当费时。故在工业生产中一般都采用滤光式白度仪，滤光式白度仪由光源、透镜、滤光片、硒光电池等组成，对于测量蓝光白度的滤光式白度仪，通常要求它的有效光谱特性与F（K）成比例或近似成比例，故此，测量准确度与其归一化后的有效光谱特性与F（K）标准蓝光白度光谱特性）的符合程度有关，一般来说，符合越好其测量准确度越高，反之，其测量准确度降低。
1. 2 白度测量原理纸
白度是通过测量波长在457nm （ 约350 ~510nm） 为中心的光波照在试样上的反射值来衡量的。
本设计中选用低功率的钨卤素灯作为光源。由于光源一般都会随着电源的波动而波动，且光源发热也会引起光电池的温度变化，而硒光电池 的响应会随温度的变化而变化。因此，此白度计采用了差动测量光路，用双光路进行补偿，如图所示。整个光学通路的工作原理是，入射光投射到聚光镜上，经聚光后形成平行光束，再经滤光片照射到被测试样上，入射光线的轴线与被测样品表面的法线成45夹角，试样表面的漫 反射光线为光电池垂直接受，该光路为测量光路。另一路光经导光管（光纤），将光源的一部分辐通量引向补偿光电池， 作为参比光路。光电池接受光照后把光信号转变成电流信号输出。两路光电流信号都送到后面的电路部分进行处理。
2 白度仪的设计
2. 1 白度仪的硬件组成
本装置由传感器和智能仪表两部分组成，如图所示。光学系统在传感器上，智能控制系统为仪表。
当光源发出的光经过凸透镜汇聚成平行光通过滤光器照射到样品时，样品表面反射，其表面的漫反射光经过收光栏照射到测量光电池上，再由光电池转换成光电流。显然， 样品的表面亮度越白时，漫反射光所产生的电流越大。硒光电池输出的光电流经过I/ V 转换器转换成电压信 号再经放大器放大由A/ D 转换器转换成数字信号送入单片机系统进行处理。同时以CAN 总线通讯方式与上位机实现通讯，实现了上游系统和现场仪表的信息交互。CAN 总线（Controller Area Network） 是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点之间也可进行通信。CAN 总 线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计， 特别适合工业设备测控单元互连。
因此，倍受工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。
2. 2 白度仪的软件设计
系统自检程序主要是加电后对电路的各个部分进行检查， 如果发现异常情况时， 显示出错信息， 停止执行程序。
加电后，CPU 对各个部件依次发送测试信号，然后等待回应信号，如无回应信号，再次发送测试信号，此时仍无回应信号或是返回出错则显示出错信息，并终止运行以下程序。
这里本装置的自检内容有：上电后，先使LED 各段全亮一秒种，以检测是否能正常显示信息。然后通过模拟电子开关由微处理器发一组脉 冲给计数器， 再由微处理器读出数值，以判定计数器是否能正常工作。通过模拟电子开关由微处理器对A/ D通道进行测试。
3 结束语
本设计利用MCS - 51 单片机实现纸张白度的检测、信号变换、总线接入。使得产品得以向智能化、低成本方向发展。本产品可同样 适用于纺织、印刷等行业，具有较高的商业价值。
