基本信息
- 项目名称：
- 便携式色差仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 便携式色差仪是一种以LED为光源的新型测色差仪器作品。该仪器在测色差的过程中，针对各种不同的表面材料，可以选择不同的光源以及表面反射光的类型来对材料进行精密的色差分析;同时仪器还具有强大的后期数据处理分析能力以及大容量数据存储能力,轻松调取历史标样值和历史测量数据,通过配备的PC机接口和PC机软件,对现场测量的数据信息进行有效的分析。
- 详细介绍：
- 便携式色差仪是一种高精度、快速、便携式的颜色分析仪器。主要用于环境、食品安全的检验检测和包装，塑料，印刷，汽车，纺织品，油漆，装饰涂料等固液态产品颜色的快速分析检测。其检测的原理是通过对物质表面颜色光谱特性测量而分析颜色的精确数据。仪器包括光谱检测部件，弱信号处理部件，及嵌入式光谱分析软件。其应用主要体现在以下几个方面： 1 环境监测和食品安全行业的需求 随着社会的发展，环境、食品安全问题已引起了人们的高度重视，实时、便捷、定量的标准化颜色检测技术和测色仪器的开发应用不仅具有很大的社会意义，同时也是国民经济中一个新的增长点。在环境、食品分析中，通过颜色的测定也是实现产品质量的检验和对污染物的定量分析的常用手段。如饮用水色度是国家生活饮用水标准规定的监测指标，1985 年国家就发布了生活饮用水卫生标准（卫生部 GB5749-1985），力求对饮用水的颜色标准进行规范。又如发布食用大豆油国家标准（GB1535-2003），对不同等级油品质量进行颜色限定。但这些国家标准普遍推荐目视比色法（铂古比色法、罗维朋比色法等）作色度测量，测定结果准确度差，而且与国际标准颜色单位也不一致。由于这些检测方法只能测量单一色调的样品，因此对于酱油等复杂样品的色度，至今还没有统一的国家检测标准。在工商、农贸市场等场合，食品、农产品的有毒有害物质，如农药残留等的快速检测中，常用试纸+试剂+颜色辨别的方法，均涉及到精密测色的问题。而另一些食品农产品的质量是靠产品的外观颜色来判定的。所以本项目的实施，可以提供高精度的颜色数据作为测量依据，进一步规范产品质量和检测手段。 2 工业品质量控制的需求环境 在包装，塑料，印刷，汽车，纺织品，油漆，装饰涂料等行业的固液态产品的生产过程中，为了对产品颜色质量进行控制，需要对颜色进行精密测量。而高端光谱测色系统的市场，几乎被国外产品所垄断。其结果直接表现为，分光测色仪产品价格过高，难以普及，制约了我国产品质量的提高。我国加入WTO之后，工业产品要在全球范围内参与竞争。我省更是上述这些轻工业产品的生产大省，对它们的质量控制有非常迫切的需求，厂家急需一种便携、快速、智能的分析仪器来取代国外价格高昂的产品。本项目的实施将使我省轻工业产品的质量监控上一个新的台阶。 3 打破国外垄断，普及测色系统，规范生产和检测手段 在2006年以前，国内便携式测色仪器的市场几乎被日本美能达和美国爱色丽公司产品所垄断。本项目的目的是要研制一种便携、快速、成本低、对物体表面颜色进行高精度分析的测量仪器，用科学的手段规范产品质量和检测手段，为我省乃至全国的工业产品规范生产和出口创汇保驾护航。 目前测量颜色的方法主要有两类：光电积分式测色法和光谱测色法。光电积分式测色是在整个测量波长范围内对被测颜色的光谱能量进行一次性积分测量。如果能通过三路积分测量,分别测得样品颜色的三刺激值X、Y、Z ,那么就能进一步计算出样品颜色的色品坐标及其它相关色度参数。为了进行光电积分式颜色测量,仪器的三个光探测器的光谱响应必须满足卢瑟条件。对光探测器的校正，测色仪器中一般是使用在探测器光敏面上加滤光片来实现的。 随着对产品质量和测色精度要求的提高，市场需要更高精度，更好的智能化程度的便携式的测色仪器。图1-1是目前国内市场上有的一些国外的测色仪器。便携式智能色差仪就是在这样的背景下提出来，目的是要研制一种便携、快速、成本低、对物体表面颜色进行高精度分析的测量仪器，用科学的手段规范产品质量。 本作品的目的在于把传统的颜色测量技术与嵌入式系统分析技术相结合，研制出具有自主知识产权的，便携化，快速化，智能化的颜色分析仪器，并在轻工业生产领域中发挥其快速、简便、准确的作用，为我省乃至全国的轻工业产品规范生产和出口创汇保驾护航。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 颜色传感器和微处理器的快速发展使得各种颜色测量仪器走向市场，目前市场上各种仪器广泛应用卤钨灯等光源为照明体，而本作品提出了用白光LED发光二极管为照明体来研制色差仪，填补了LED光源在颜色测量这一行业应用的空白。 作品创新点主要包括以白光LED为光源的恒流设计、采样光和背景光的双光路光学系统设计、一种光源通过数据处理拟合多种光源及不同表面反射光的算法设计、便携式设计等部分。本作品可改进成为全自动生产线，大大提高色差测量企业的生产效率。
科学性、先进性
- 国内便携式测色仪器的市场几乎被日本美能达和美国爱色丽公司产品所垄断。本作品研制的便携式光电积分式色差仪，填补了国内便携式光电积分色差仪的空白。
获奖情况及鉴定结果
- 专利： 1、袁琨 金尚忠 朱周洪 王焱华，测色色差仪及其测色方法，中国发明专利，申请号：200710156710.3，申请日期：2007.12.4，公开日：2008.5.21 2、张伟伟 金尚忠 李鹏生，精密色差仪积分式光学系统，中国实用新型专利，申请号：200820158032.4，申请日期：2007.12.26，公开日：2009.10.7 3、李鹏生，色差仪光学系统，中国发明专利，申请号：200910108841.3，申请日期：2009.7.24，公开日：2009.12.30 论文： Yuan Kun、Jin Shang Zhong、Gao Ke Gang,Research and development of NIR spectrometer based on SOPC,SPIE,2007(EI) Yuan Kun、Jin Shang Zhong，Error analysis for integrating sphere of color measuring system，SPIE,2008（EI）
作品所处阶段
- 作品已制作完成
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 便携式光电积分球式色差仪是一种高精度、快速、便携式的颜色分析仪器。主要用于环境、食品安全的检验检测和包装，塑料，印刷，汽车，纺织品，油漆，装饰涂料等固液态产品颜色的快速分析检测。其检测的原理是通过对物质表面颜色反射光的测量而分析颜色的信息。仪器包括白光LED光源及其恒流单元,光学系统,积分球部件，三色光电探头,弱信号处理单元，及全套嵌入式颜色分析软件。
同类课题研究水平概述
- 随着颜色工业的发展,对颜色质量控制和配方预测的要求也愈来愈高,在常规系统的使用中遇到的问题愈来愈多,于是各种更为精确和复杂的光学模型、算法技术及相应测色系统不断被提出、研究和开发,以满足不同层次、不同应用的各种常规和特殊的要求,如Saunderson 修正、多光通理论、递归二次逼近及优化算法、优化系数算法、矩阵分块算法、非凸逼近模型、通用颜色系统数学模型、绝对配色技术、神经网络技术等。 国外目前有许多研究单位和生产厂商正在从事自动测色与配色系统的研制,相应的产品也不断投放市场。美国Applied Color Systems、英国的Instru2mental Color Systems 和瑞士Datacolor 是世界上三个最主要的色控仪器公司(这三家公司于1991 年被瑞士一财团收购合并成现在的Datacolor International) 。另外一些重要的公司如美国Macbeth、SheLyn、Hen2negan、BYK—Garder 等,德国Zeiss、Optronic 等以及英国等国家著名光学公司均研制实用的测色与配色系统,并且相当数量出口。 国内在仪器测色配色的理论和系统的研究领域中处于相当落后的状态,至今许多生产单位的颜色质量和配方预测过程主要依靠配色人员的经验和目视判断,即采用原始的尝试和辨差法,严重的制约我国颜色工业的发展。目前,我国仪器市场上有不少颜色测量仪器,但大都是外国的进口仪器,如美国HACH公司的分光光度计、英国Tintometer 公司的测色仪、日本美能达的色差计等。中国的广州、北京、上海等地方也有一些产品,但大都是台式的仪器,体积较大,携带和使用很不方便,而且价格都特别高,给一些小型企业的颜色测量造成不便。所以,研制一种小体积、低价格,精度虽不很高,但能满足一般性要求的颜色测量仪器成为目前仪器发展的必然趋势。
