光谱扫描式测色仪的结构组成及工作过程 123仪器网

光谱扫描式测色仪的结构组成及工作过程

2010-10-07

                                         光谱扫描式测色仪的结构组成及工作过程
   在颜色测量仪器的发展进程中，光谱扫描式测色仪在分光光度测色仪器中占有十分重要的地位，这是快速分光光度测色仪出现以前在颜色科学研究和实现工业生产中应用广泛的测色系统。这类仪器一般由单色仪、光电检测系统和微型计算机电子控制系统等三个主要部件构成，样品的光谱反射比是相对于标准的光谱反射比进行测量的，样品和标准均受到光源经单色仪分光后的漫射照明，而光探测器在接近垂直的角度接收反射信号，后由微机系统进行处理而获得测量结果，这里采用的是通过积分球实现的D/0照明和观察几何条件。
      作为这种基本形式的扫描式分光光度测色仪的一个具体事例是Hunter D54P-分光光度计，该系统采用连续的干涉作为单色仪，组成了一种单光束扫描光度计。光源采用石英卤素钨丝灯通过光学滤色片来模拟D65，使用积分球来满足D/0照明和观察几何条件，并用硅光二极管作为探测器，光谱带宽在700nm出可达10~18nm.
      扫描式分光度测色仪的光学系统也从单光束发展到双光束结构，Pye Unicam PU8800就是这样一台具有现代类型单色仪的双光光谱光度计，该仪器提供了两个光源，分别为钨丝灯和疝气电灯，可以通过移动反射镜M1到合适的位置来选择使用其中的任何一个光源，系统有两个滤色片，蓝色的是用来消除550nm以上波长的辐射，以使平面光栅不会产生二级光谱，另一个滤色片是用来减少在285~390nm和700~850nm波长范围内的杂散光。单个凹面反射镜M3则用来将平面光栅产生的单色辐射导向光度计部分，其中挡板的作用是防止杂散光入射光栅从而造成多次衍射。该光栅是全息闪耀光栅，它和反射镜都涂以二氧化硅，并将整个单色仪密封起来，以免受实验室空气的强势，因为如果这种光学仪器不加以特别保护的话，其反射镜元件在极短的时间内就会积灰并改变性能。当单色辐射从出射狭缝2出来后便被旋转的暂波器交替地沿着两条光路导向积分球体，后射到参考样品口或测量样品口。测量条件是0/d,只要在测量球体的镜面孔盖位置分别放上白色孔盖或黑色光陷阱，就可以使从参考白标准或测量样品反射的光线中的镜面成分包括在测量中或从测量中消除。秋种的档屏是为了防止光线直接从参考或测量样品以及直接从通过镜面靠孔盖的镜面反射光束射向光电倍增管探测器。这样，该仪器在340nm车的杂散光小于0.01%，波长精度为+—0.3nm光度精度以反射比表示是+—0.2%。利用这台仪器可以获得从380nm~780nm的连续反射比曲线，并在记录纸上绘出该曲线或将侧枝读入微机以对反射比曲线进行白标准和黑标准的校正，后确定测量结果。当然，计算机也可以计算出任何光源下合在如CIE等的标准观察者或任何其它颜色空间中的色度坐标。
      随着扫描式分光光度仪的进一步发展，就出现了具有现代设计概念的反射光谱光度计，Zeiss RFC3就是这样的一个系统。该仪器采用疝灯发出的混色光照明样品，然后通过一系列窄带干涉滤光片濑分析样品反射的噶ung，由计算机控制光谱光度计重的测量操作时序，并在得到测值后自动计算出所要求的色度参数。当然，整个系统的操作指令可同过键盘输入，同色计算机配置了合适的显示器和打印设备。
     疝灯的光线射入积分球在球内漫射混光后照明测量样品口和白色（参考）标准样品口，在积分球上还有另外两个开孔分别与式样和标准表面的法线成8度角，用于测量来自式样和标准的辐射。在仪器的光度计测部分对积分球射出的混色光进行分析时，设置在光路中的旋转圆盘每次只让两束光中的一束通过一块干涉滤光片使之变为单色光，然后射到光电倍增管上。干涉滤光片安装在以个打转盘的圆周上，每当在以个给定波长上的测量完成后转盘便转到下一个位置。当需要的滤色片转入光路是，光电倍增管就输出一个方波形式的信号，它代表了分别由参考标准和测量样品反射的光强R和rs之间的差别，然后改信号反馈到控制机构以调整来自参考标准的光束中的光缆，直到信号为零。在这种情况中，光缆衰减了参考光束的光强来补偿式样的低发射比。这样，一个实测的反比信号被送人计算机，滤色片盘转向下一波长位置进行测量，由此用16块滤色排尿可以在400~700nm的波长范围内实现20nm间隔的测量。
     在这台Zeiss仪器中，利用计算机实现了对实测反射比的修正。在测量过程中始终不动的参考标准是一块用纯硫酸钡特别压制的小圆盘，只有当它被损伤或弄脏时才需更换。在对式样进行实际测量之前，先要完成两项预测量工作，一是对由标准试验室标定过的陶瓷白板，二是对一个黑色光陷阱，仪器给出的当前读数与计算机存储的定标值进行比较，并用定标数据来修正在后继式样测量中得到的实测反射比值。然后，将修正值用于计算在任何选定的标准光源或观察者条件下的CIE三刺激值和在任何其它具有转换方程的颜色空间中的色度参数。这种采用100%和0%自动定标修正的方法大大提高了测量的长期和短期重复性。