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光譜掃描式測(cè)色儀的結(jié)構(gòu)組成及工作過(guò)程

2010-10-07

                                         光譜掃描式測(cè)色儀的結(jié)構(gòu)組成及工作過(guò)程
     在顏色測(cè)量?jī)x器的發(fā)展進(jìn)程中，光譜掃描式測(cè)色儀在分光光度測(cè)色儀器中占有十分重要的地位，這是快速分光光度測(cè)色儀出現(xiàn)以前在顏色科學(xué)研究和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的測(cè)色系統(tǒng)。這類儀器一般由單色儀、光電檢測(cè)系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)電子控制系統(tǒng)等三個(gè)主要部件構(gòu)成，樣品的光譜反射比是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射比進(jìn)行測(cè)量的，樣品和標(biāo)準(zhǔn)均受到光源經(jīng)單色儀分光后的漫射照明，而光探測(cè)器在接近垂直的角度接收反射信號(hào)，后由微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理而獲得測(cè)量結(jié)果，這里采用的是通過(guò)積分球?qū)崿F(xiàn)的D/0照明和觀察幾何條件。
      作為這種基本形式的掃描式分光光度測(cè)色儀的一個(gè)具體事例是Hunter D54P-分光光度計(jì)，該系統(tǒng)采用連續(xù)的干涉作為單色儀，組成了一種單光束掃描光度計(jì)。光源采用石英鹵素鎢絲燈通過(guò)光學(xué)濾色片來(lái)模擬D65，使用積分球來(lái)滿足D/0照明和觀察幾何條件，并用硅光二極管作為探測(cè)器，光譜帶寬在700nm出可達(dá)10~18nm.
      掃描式分光度測(cè)色儀的光學(xué)系統(tǒng)也從單光束發(fā)展到雙光束結(jié)構(gòu)，Pye Unicam PU8800就是這樣一臺(tái)具有現(xiàn)代類型單色儀的雙光光譜光度計(jì)，該儀器提供了兩個(gè)光源，分別為鎢絲燈和疝氣電燈，可以通過(guò)移動(dòng)反射鏡M1到合適的位置來(lái)選擇使用其中的任何一個(gè)光源，系統(tǒng)有兩個(gè)濾色片，藍(lán)色的是用來(lái)消除550nm以上波長(zhǎng)的輻射，以使平面光柵不會(huì)產(chǎn)生二級(jí)光譜，另一個(gè)濾色片是用來(lái)減少在285~390nm和700~850nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的雜散光。單個(gè)凹面反射鏡M3則用來(lái)將平面光柵產(chǎn)生的單色輻射導(dǎo)向光度計(jì)部分，其中擋板的作用是防止雜散光入射光柵從而造成多次衍射。該光柵是全息閃耀光柵，它和反射鏡都涂以二氧化硅，并將整個(gè)單色儀密封起來(lái)，以免受實(shí)驗(yàn)室空氣的強(qiáng)勢(shì)，因?yàn)槿绻@種光學(xué)儀器不加以特別保護(hù)的話，其反射鏡元件在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)積灰并改變性能。當(dāng)單色輻射從出射狹縫2出來(lái)后便被旋轉(zhuǎn)的暫波器交替地沿著兩條光路導(dǎo)向積分球體，后射到參考樣品口或測(cè)量樣品口。測(cè)量條件是0/d,只要在測(cè)量球體的鏡面孔蓋位置分別放上白色孔蓋或黑色光陷阱，就可以使從參考白標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量樣品反射的光線中的鏡面成分包括在測(cè)量中或從測(cè)量中消除。秋種的檔屏是為了防止光線直接從參考或測(cè)量樣品以及直接從通過(guò)鏡面靠孔蓋的鏡面反射光束射向光電倍增管探測(cè)器。這樣，該儀器在340nm車的雜散光小于0.01%，波長(zhǎng)精度為+—0.3nm光度精度以反射比表示是+—0.2%。利用這臺(tái)儀器可以獲得從380nm~780nm的連續(xù)反射比曲線，并在記錄紙上繪出該曲線或?qū)?cè)枝讀入微機(jī)以對(duì)反射比曲線進(jìn)行白標(biāo)準(zhǔn)和黑標(biāo)準(zhǔn)的校正，后確定測(cè)量結(jié)果。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)也可以計(jì)算出任何光源下合在如CIE等的標(biāo)準(zhǔn)觀察者或任何其它顏色空間中的色度坐標(biāo)。
      隨著掃描式分光光度儀的進(jìn)一步發(fā)展，就出現(xiàn)了具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)概念的反射光譜光度計(jì)，Zeiss RFC3就是這樣的一個(gè)系統(tǒng)。該儀器采用疝燈發(fā)出的混色光照明樣品，然后通過(guò)一系列窄帶干涉濾光片瀨分析樣品反射的噶ung，由計(jì)算機(jī)控制光譜光度計(jì)重的測(cè)量操作時(shí)序，并在得到測(cè)值后自動(dòng)計(jì)算出所要求的色度參數(shù)。當(dāng)然，整個(gè)系統(tǒng)的操作指令可同過(guò)鍵盤輸入，同色計(jì)算機(jī)配置了合適的顯示器和打印設(shè)備。
     疝燈的光線射入積分球在球內(nèi)漫射混光后照明測(cè)量樣品口和白色（參考）標(biāo)準(zhǔn)樣品口，在積分球上還有另外兩個(gè)開(kāi)孔分別與式樣和標(biāo)準(zhǔn)表面的法線成8度角，用于測(cè)量來(lái)自式樣和標(biāo)準(zhǔn)的輻射。在儀器的光度計(jì)測(cè)部分對(duì)積分球射出的混色光進(jìn)行分析時(shí)，設(shè)置在光路中的旋轉(zhuǎn)圓盤每次只讓兩束光中的一束通過(guò)一塊干涉濾光片使之變?yōu)閱紊?，然后射到光電倍增管上。干涉濾光片安裝在以個(gè)打轉(zhuǎn)盤的圓周上，每當(dāng)在以個(gè)給定波長(zhǎng)上的測(cè)量完成后轉(zhuǎn)盤便轉(zhuǎn)到下一個(gè)位置。當(dāng)需要的濾色片轉(zhuǎn)入光路是，光電倍增管就輸出一個(gè)方波形式的信號(hào)，它代表了分別由參考標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量樣品反射的光強(qiáng)R和rs之間的差別，然后改信號(hào)反饋到控制機(jī)構(gòu)以調(diào)整來(lái)自參考標(biāo)準(zhǔn)的光束中的光纜，直到信號(hào)為零。在這種情況中，光纜衰減了參考光束的光強(qiáng)來(lái)補(bǔ)償式樣的低發(fā)射比。這樣，一個(gè)實(shí)測(cè)的反比信號(hào)被送人計(jì)算機(jī)，濾色片盤轉(zhuǎn)向下一波長(zhǎng)位置進(jìn)行測(cè)量，由此用16塊濾色排尿可以在400~700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)20nm間隔的測(cè)量。
     在這臺(tái)Zeiss儀器中，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)測(cè)反射比的修正。在測(cè)量過(guò)程中始終不動(dòng)的參考標(biāo)準(zhǔn)是一塊用純硫酸鋇特別壓制的小圓盤，只有當(dāng)它被損傷或弄臟時(shí)才需更換。在對(duì)式樣進(jìn)行實(shí)際測(cè)量之前，先要完成兩項(xiàng)預(yù)測(cè)量工作，一是對(duì)由標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室標(biāo)定過(guò)的陶瓷白板，二是對(duì)一個(gè)黑色光陷阱，儀器給出的當(dāng)前讀數(shù)與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的定標(biāo)值進(jìn)行比較，并用定標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)修正在后繼式樣測(cè)量中得到的實(shí)測(cè)反射比值。然后，將修正值用于計(jì)算在任何選定的標(biāo)準(zhǔn)光源或觀察者條件下的CIE三刺激值和在任何其它具有轉(zhuǎn)換方程的顏色空間中的色度參數(shù)。這種采用100%和0%自動(dòng)定標(biāo)修正的方法大大提高了測(cè)量的長(zhǎng)期和短期重復(fù)性。