颜色测量仪器有哪些?分光测色仪的发展趋势如何?

摘自:发七人商城 | 2023-02-21 | 作者:Faqiren

文章摘要:颜色测量仪器是能够将物体表面颜色客观量化的一种工具,目前常见的有光电积分式测色仪器和分光式测色仪器两种,其中以分光测色仪的精度较高,使用范围较广。本文对这两类仪器的测色原理及分光测色仪的发展趋势做了简要的介绍,对广电仪器知识感兴趣的朋友可以了解一下!

颜色测量仪器是能够将物体表面颜色客观量化的一种工具,目前常见的有光电积分式测色仪器和分光式测色仪器两种,其中以分光测色仪的精度较高,使用范围较广。本文对这两类仪器的测色原理及分光测色仪的发展趋势做了简要的介绍,对广电仪器知识感兴趣的朋友可以了解一下!

颜色测量仪器有哪些?

颜色测量仪器是根据人眼视觉特性,对颜色进行客观度量的工具。测色仪器的分类方法很多,可以按接收器瞬间响应的光谱段大小分为分光型和光度积分型;按照明光源的特性可分为稳定光源型和脉冲光源型;按接收器的安排情况分为单通道光谱扫描式和多通道光谱不动式;按对漂移处理方式的不同可分为不加补偿型和引入补偿型;按结构有台式固定探头、台式活动探头;还有袖珍便携式等的分类方法。在此,只讨论最常用的2类,分别是分光式测色仪器和光电积分测色仪器。

1.分光式测色仪器

分光式测色仪器又称光谱光度测色仪器或分光光度色度仪器。这类仪器不是直接测量颜色的三刺激值本身,而是测量物体的光谱反射或透射特性,也就是测得物体的光谱辐亮度因数或光谱透射比,再选用国际照明委员会推荐的标准照明体和标准观察者,通过积分球计算求得颜色的三刺激值、色度坐标和可见光波段内的反射光谱。光谱光度测色仪器主要由单色仪和探测器2个部分组成。单色仪起分光作用,有棱镜单色仪和衍射光栅单色仪2种的。分光式测色仪器是颜色测量中的主流设备,测量精度较高。传统的分光式测色仪器设计复杂,有很多部件,体积大、不耐用、数据不太可靠,成本也较其他类型产品高。使得其使用受到了很大局限,一般仅适用于实验室。但随着技术的不断进步,现有的分光光度计已是体型较小、简洁、轻便、价廉,并且具有独一无二的特征和优良的性能。这也为口腔领域的测色提供了保障。

2.光电积分式测色仪器

光电积分测色仪器又称光度积分型测色仪器。这类仪器是模拟人眼的三刺激值特性,用光电积分效应直接测得颜色的三刺激值。这类仪器使用颜色滤光片,对所用的光电探测器的光谱响应进行滤色修正,使其与国际照明委员会标准观察者一致;同时,对照明光源也加以滤色修正,使之符合标准照明体的相对光谱功率分布。光电积分测色仪器是利用具有特定光谱灵敏度的光电积分元件,根据与颜色呈比例的仪器响应数值计算得出物体色的三刺激值或色度坐标。该仪器的主要用途常常是比较2个相近颜色的差异,从几何意义上说即是测量并表示色空间(颜色集合)内相邻色点之“距离”,即2个色的相异程度必须同主观感觉上的差异有着尽可能高的符合度。光电积分式仪器其总的光学条件应符合卢瑟(Luthe)条件,但在实际的滤色修正中,研究者不可能使仪器完全符合卢瑟条件,只能近似符合,近似的程度决定了仪器的精度。光电积分式仪器在测量原理上存在误差,其精度自然比不上分光式仪器。


分光测色仪的发展趋势如何?

1.在光源方面

测色分光光度计的光源常采用卤钨灯或氙灯等,现在多为氙灯,且脉冲氙灯具有光强高,耗能少的优点。还可采用滤光片的方法进行滤光以更好的模拟D65光源。

2.在探测器方面

对物体或光源的颜色进行快速而精确的测量,已经成为当前国际上测色领域的一个重要的发展方向,因此,采用CCD或硅光电二极管列阵等阵列器件作为多元探测器的快速分光测色技术是目前国际上较热门的颜色研究课题,也是颜色测量仪器的发展方向。就目前市场来说,分光测色仪器多采用光电二极管,例如SP-1000型测色分光光度计使用的是滨松公司生产的MOS线型阵列光电二极管,与一般的CCD相比,它具有驱动电路简单,可见光范围的光谱响应好等优点。针对测色领域,现在还有专门用于测色(光谱范围是可见光区)的探测器,自身还带有滤波片,这样做光路的时候可以省去光栅,实现仪器的小型化。另外,值得一提的光纤传感技术是近年来发展迅速的新型传感技术,光纤具有径细,柔韧,可绕曲性好等特点,目前已有用光纤作探头的测色仪器,此类测色仪器一般体积较小,便于携带,而且测量方便,可用在特殊需要的场合,比如用来测量人体的皮肤或牙齿颜色等。

3.在分光元器件方面

全息光栅渐渐取代机刻光栅,早期的分光光度计多采用棱镜分光,随着光栅制作技术尤其是复制光栅技术的发展和不断提高,绝大多数分光光度计采用光栅,后来,随着全息光栅制造技术的发展与商品化,全息闪耀光栅以其优越的性能(如杂散光小,无鬼线)迅速取代一般闪耀光栅。目前全息凹面光栅发展很快,开始被用来制作快速的光谱仪器。80年代初美国HP公司首先推出了利用平场全息凹面光栅和二极管阵列的紫外-可见光分光光度计(HP4850A,HP4852A)其整个光谱的扫描时间只需0.1秒。凹面光栅的应用减少了组成的零部件数量,废弃了传统的机械扫描,改为光电全场同时扫描,从而可以实现光谱快速分析,并且提高了测试精度和重复性。

4.在仪器控制方面

随着分光元器件及分光技术、检测器件与检测技术、大规模集成制造技术等的发展,随着单片机、微处理器、计算机和DSP技术的广泛应用,早期的分光光度计采用人为控制,随着单片机、微处理器的出现,大多数实现了自动控制,使仪器的自动化与智能化成为可能,在微处理机的控制下,能完成自动扫描、自动记录或自动进行波长校正、自动寻峰、自动完成基线校正功能,实现仪器光、机、电以及整个系统工作状态的自动检测,还可以内存多种专用分析程序等等。

引入电子计算机技术是当代仪器的发展潮流,也是分光测色仪器的一个发展方向。随着电子计算机,特别是微处理机的发展,已把小型化,多功能,低成本的专用微处理机直接装入分光光度仪器内,不但能完成光谱数据的计算和处理,而且提高了仪器的自动化程度,扩大自动控制范围,现代分光测色仪器都是光机电,计算机系统的有机结合。

5.在仪器构型方面

从结构简单的单光束发展为双光束,现在几乎所有高级分光光度计都是双光束的,有些高精度的仪器采用双单色器,使得仪器的分辨率和杂散光等性能大大提高,但结构也变得更加复杂。随着集成电路技术和光纤技术的发展,已经出现了一些携带方便的小型分光光度计,而微电子技术和MEMS技术的发展,正促进将分光元件和探测器集成在一块基片上的微型分光光度计的研究与开发。因此实现仪器的小型化,研制便携式的测色仪器也是目前的一个重要发展方向。

6.在通信接口方面

目前主要有双向RS232接口,最新的还有USB接口,可以外接记录仪、计算机、或与光谱数据站联结,完成仪器遥控、数据传输、外存、记录等功能。

7.在显示、记录与绘图方面

更多地采用液晶屏幕或计算机屏幕显示。

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