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(duì)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(duì)產(chǎn)品顏色進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的主要手段。
在顏色的檢測與識(shí)別中，影響其準(zhǔn)確度的參數(shù)有很多，如照明光源、傳感器特性、接收部分、信號(hào)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(hào)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*，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擄（照明）/0擄（測量）環(huán)形照明系統(tǒng)。
1.3 信號(hào)處理電路
顏色傳感器的輸出信號(hào)一般是納安級(jí)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，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(hào)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(hào)源可以看作是內(nèi)阻非常大的電流源is，具有接地端的微電流測量原理如圖2所示。對(duì)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＝isrf。理論上，只要電阻rf取得足夠大，即使電流is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rf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ib對(duì)被測電流is的分流，則v0＝－（is－ib）rf，如果ib大于is，則is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ib，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ib<被測電流is；②輸入阻抗ri>>反饋電阻rf；③增益、共模抑制比高；④失調(diào)電壓及漂移?。虎菰肼曅?。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ib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(jí)電流，圖2中的rf要選1010數(shù)量級(jí)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rf，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(hào)和斬波尖峰噪聲的干擾，對(duì)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(hào)。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。
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
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(jí)的漏電流就會(huì)對(duì)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p*的高絕緣電路板，如環(huán)氧玻璃板；輸入信號(hào)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。
?。?） 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(jí)lc濾波，降低噪聲；電源線盡量遠(yuǎn)離輸入信號(hào)線；信號(hào)輸入線用盡量短的屏蔽電