分光测色仪是颜色测量行业中最基本的仪器,由于测量精度高,应用最为广泛。在线式颜色测量是指,将分光测色仪安装在生产线上,可以及时获得生产线上产品颜色信息,实时监测产品质量情况,有利于减少生产浪费,提高生产效率。在测量过程中,产品不用离开生产线,更不用停止生产,可极大地节约时间和人力成本。根据工业生产中纸张颜色测量的应用需求,研究在线式分光测色仪的相关技术并研制一台原理样机,从而为国产化的实现打下基础。针对应用需求,提出了完整的仪器指标体系。根据色度学基础理论及误差理论,对颜色测量误差和仪器精度进行了深入的分析论证,研究了光谱反射率因数光度误差、波长误差、光度随机误差对颜色测量的影响,得出了颜色测量精度和仪器设计精度之间的关系,为仪器设计提供依据。对仪器设计方案进行选择、论证,最终确定了,采用45°环形照明/0°接收测量几何条件、脉冲氙灯和双光束光谱仪组合、内部定标和外部定标结合、不同光谱照明切换用于荧光颜色测量、使用距离传感器解决被测物抖动的总体及分系统设计方案。根据应用指标选择合适的探测器,进行了Czerny-Turner结构光谱仪光学系统设计,光谱范围为340~740 nm,光谱分辨率约2 nm,用滤光片消除了二级衍射光谱,用消杂光光阑解决了光纤和光谱仪数值孔径不匹配的问题。进行了样品探测支路收集系统设计,采用将光纤端面放置在光学系统的像方焦平面处的设计方法,对物体上整个被测区域光谱信息收集得更加均匀,可以防止局部颜色不均匀对测量造成影响,而且光学系统收集光能量变化对被测物抖动不敏感。选择光源并进行了45°环形照明系统设计,通过对椭球面、普通超环面、柱面三种环形反射镜的对比分析,最终选择柱面作为照明系统的环形反射镜,进一步分析得出,目前仅通过光学系统设计的方法,实现接收光能量对被测物抖动不敏感是难以实现的。研究了双光束光谱仪的数据处理算法,有效的校正了光源输出能量波动给颜色测量带来的误差,保证仪器自身测量数据的稳定性。研究了使用距离传感器后数据处理算法,有效补偿了被测物抖动给颜色测量带来的误差,保证仪器在线式测量数据的稳定性。根据设计方案,进行了机械结构设计,电子学设计及软件设计,研制过程中,首先进行各模块的组装调试工作,然后再将各模块进行联合实验,最后再将各模块安装到箱体中,对整机进行集成,完成原理样机的研制。对所研制样机进行了分系统性能测试,两台光谱仪光谱分辨率都达到2 nm,波长定标环节实现了波长定标精度小于0.2 nm,对光谱仪信噪比测试,当信号值大于10000,信噪比大于300,对应相对误差小于0.333%,满足设计要求。对样机进行组合系统测试,得到仪器的重复性指标色差?E*ab为0.0644,仪器间一致性指标色差?E*ab小于0.3,距离变化±4 mm内,色差?E*ab小于0.15。以上性能指标测量结果均满足设计指标要求。在线式分光测色仪原理样机的成功研制,填补了国内空白,为下一步工程样机的研制和商品化奠定了技术基础。