怎么选择颜色测量仪器?光电积分式色差仪和分光式测色仪那个好?

文章来源: 时间:2023-03-03 点击:249

颜色测量仪器即测色仪,一般是指使用某种方式或方法获取待测样品的三刺激值等颜色相关参数的仪器,根据测色原理可分为两类:光电积分式测色仪和分光式测色仪,也就是色差仪和分光测色仪。那么,这两种测色仪器怎么选?光电积分式色差仪和分光测色仪那个好?本文为大家做了简要的介绍。

分光式测色仪

怎么选择颜色测量仪器?

1.光电积分式测色仪

光电积分式测色仪是利用反射或者透射方式获取可见光范围内被测物的所有波长信息,然后经过一次性积分得到被测物的三刺激值,再计算出相应的颜色参数,其测量原理如下图所示。

光电积分式测色仪原理

光电积分式测色仪主要由光源、探测器以及数模转换软件组成,其中探测器一般是采用有色玻璃滤光片进行校正的硅光电二极管或光电倍增管。光电积分式测色仪由于原理和结构的特点,尤其是有色玻璃滤光片的种类有限且加工工艺复杂,使得不同批次的滤光片往往存在一定的误差,故不能精确测量出被测物的三刺激值和相关的颜色参数,但对于两种待测物之间的颜色差异却可以准确测量,所以利用光电积分法进行颜色测量的仪器多为色差计。对于只需要控制物体颜色一致性,不需要进行配色的行业来说,光电积分式测色仪具有测量速度快、价廉且精度适当的优点。

2.分光光度式测色仪

分光光度式测色仪和光电积分测色仪不同,其并不是直接测量待测物的三刺激值,而是通过测量待测物的反射或者透射光谱,然后根据国际照明委员会推荐的某种颜色计算标准,进行计算得到待测颜色的三刺激值和其他颜色参数。下图是分光光度式测色仪的原理图。

分光光度式测色仪的原理

在分光光度式的测色仪中,最早常用的光源有钨丝灯和弧灯,随着工业的进步,目前通常使用在可见光波段范围内相对稳定的卤钨灯和氙灯,同时采用阵列探测器作为传感器,光栅作为色散器件,导致此类型的测色仪的结构复杂,体积较大,价格较高,难以实现普及。

目前,该类仪器主要还是由国外仪器厂商和科研机构进行开发研制,例如Datacolor、HunterLab、X-Rite等,而国内仪器厂商亦有所建树,深圳市三恩时的分光测色仪产品均己达到较高水平。分光光度式测色仪通过获取待测物的可见光光谱,进而计算出所需的各颜色参数,所以精度较光电积分式测色仪要高很多,它适用于具有配色或较高颜色精度的场合。


光电积分式色差仪和分光式测色仪那个好?

光电积分法,是在整个测量波长范围内,对被测物体颜色的光能量进行一次性积分测量,直接得到三刺激值X、Y、Z,再计算出样品的色品坐标等参数。因此,该方法又称为三刺激值法。通常用滤光片覆盖在探测器上,把探测器的相对光谱灵敏度修正成CIE推荐的光谱三刺激值。滤光片需满足卢瑟条件,以和光探测器精确匹配。但在实际应用中,由于有色玻璃的品种有限,仪器不可能完全符合该条件,只能近似符合。

光电积分式测色仪器主要包括色差计和色度计。色差计利用仪器内部的标准光源照明来测量透射色或反射色,直接测出物体色的三刺激值。该仪器往往不能准确测定绝对值,但可以较为准确地测量两种颜色之间的色差。色度计可测量光源色和由仪器外部光源照明的物体颜色,包括亮度色度计和光源测色仪等。光电积分式测色仪器虽能准确测出两近似光谱功率分布的颜色之间的差别,但测量精度在很大程度上取决于光探测器的光谱匹配精度,在测定三刺激值和色品坐标的绝对精度方面有一定的局限性。这类仪器具有一定的测量精度但速度很快。光电积分型测色仪器在颜色工业生产、控制、产品检验与销售等品质管理方面已得到广泛应用。尽管光电积分式测色仪器成本较低,使用广泛,但是功能有限,精度还不够高。

分光测色法是指,通过测定物体的光谱特性,由此计算出被测物体颜色在标准照明体下的三刺激值,进一步得到各种色度参数的方法。该方法解决了颜色测量需要使用标准光源的问题,提高了测量的灵活性,易于实施。这是一种精密的颜色测量方法,采用该方法的仪器即为分光测色仪,其成本较高。由于分光测色仪不仅可以给出颜色的三刺激值X、Y、Z,还可以给出物体的光谱特性曲线(如光谱反射率因数)。分光测色仪是精度和准确度都很高的颜色测量仪器,被广泛用配色及颜色分析中,可对光电积分测色仪器进行定标,建立色度标准等。

作为分光光度计的一个分支,分光测色仪的典型组成部分有:光源和照明系统、分光系统、光电接收系统、控制和数据处理系统等。其中,分光系统把混合光分解成单色光,光电接收系统接收单色光并进行光电转换。根据光谱信号采集方式的不同,分光光度法可分为光谱扫描法和光电摄谱法。

光谱扫描法是单通道测色方法,一般采用卤钨灯照明,光电倍增管接收从单色仪射出的各波长辐射能量,按一定波长间隔,采用机械扫描结构,逐个波长采集光谱信号。优点是精度很高,缺点是光路和结构复杂,测量速度慢,且波长重复性差,对光源的稳定性要求高,受光源的不稳定性等因素影响显著,这种传统的分光光度测色法,已经基本不满足当今颜色测量的要求。

光电摄谱法通过多通道光电探测器获取光谱能量的信息,得出全波段光谱数据。随着半导体技术的进步,高性能的图像传感器被不断开发出来,出现了采用脉冲氩灯作为照明光源和自扫描光电二极管阵列作为探测器的电子扫描式分光测色仪,测量速度很快。其优点有,测量时间短,信噪比高,对光源稳定性要求低,不必使用机械扫描就能获取全谱数据,适用于瞬态测量。

以上两种仪器测色方法中,分光光度法颜色测量精确,且光电摄谱法使用更为广泛。

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