分光测色仪中双光路d/0 结构的改进

分光测色仪在包括纺织，染料，印染，涂料，油漆，造纸，建材，食品，印刷等行业都有广泛的应用。设备也在不断地改进中，有学者设计了一种新的双光路结构，设置了单独的参考光路，保证测量的精确性与稳定性。

改进背景

目前市场上多数分光光度测色仪器都采用积分球漫射照明/垂直方向检测（d/0）的照明观测条件。为了保证仪器的光源光谱与太阳光（D65）光谱相匹配，大多数分光光度测色仪都采用脉冲氙灯作为光源。

在测量的过程中，脉冲氙灯毎次点亮时的光谱能量会发生较大变化，通常采用双光路设计来消除光源波动对仪器重复性产生的影响。一般将积分球内壁作为参考白点，在这种情况下，参考光路除了会检测到积分球内壁的反射光外，还会受到被测试样品的漫反射光的影响。

改进结构

1光源匹配

d/0照明观测条件是国际照明委员会（CIE）推荐的四种标准照明条件之一，人们在自然光下观察物体的真实颜色与在d/0条件下测量颜色的结果是基本一致的。本文采用3W大功率LED 匹配，并通过 D65滤光片来拟合 D65光源，D65光谱如图1所示。LED 光源有寿命长，响应快，稳定性好，功率低等特点。本设计主要采用节能的暖白LED 作为测试光源，暖白LED 使用蓝光芯片激发YAG荧光粉，其光谱图如图2所示。

由图2所示，由于白光 LED 发光原理的限制，在380~450nm和650~780nm波段范围内能量较弱，不能近似模拟 D65光源。所以本系统在这两个波段内补充多个单色LED，构成一个在可见光波段范围内宽光谱的白光，如图3所示。由于毎次测量时间短，点亮LED 时间为毫秒级别，可以保证不会出现由于长时间点亮而发生光谱偏移现象，并通过D65滤光片，模拟出 D65光源。

2 光路设计

即通过改进的双光路来消除积分球系统中测试样品漫反射光的影响，如图4所示。

在改进的双光路系统中，不再将积分球内壁作为参考点，而是设置单独的参考白壁。在人射光进人积分球之前，经过半反半透镜后。透射光照射到积分球中，而反射光照射到单独设置的参考白上壁，系统参考光路的末端直接放置分光模块，将反射光导入到参考分光室中。

我们测量样品的反射光谱为Po（λ），参考光路上的传感器测得的数值为P（λ），光源输人的光强为S（λ）。

由于光源变化，光强改变为k（λ）S（λ），得到祥品的反射光谱随之变为k（h）Po（λ），参考光路上的传感器测得的数值同时变为k（λ）P0（λ）。可以通过比值（如下）来消除光源改变给测量带来的影响。

3. 实验结果

按照国家计量标准JJG595-2002，每块标准色板重复测量3次，取测量平均值与色板的标准值之差为示值误差。测量结果如表1所示，实验结果表明示值误差Y<1.5，x<0.015，y<0.017。

Eab是指在L*a*b*色空间下的标准偏差，其大小可以真接表征人眼对于物体色的感觉差距。作为衡量色差仪的重要指标，通常分光光度测色仪的重复性△Eab要小于0.05。在实验中，样机分别测量红、绿、蓝的一级标准色板30次，并计算出6Eab值，如图5所示。

实验结果表明，对于红绿蓝色板△Eab变化范围位于0.002 3~0.0411之间，可以保证使用的要求。