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D/8°积分球测色仪器的结构及测色原理

2025-06-26

测色仪器根据光路结构的不同,可以分为不同的类型,其中D/8°光路结构是比较常见的一种。这种仪器一般采用积分球结构,具有较高的测量精度,被人们称为D/8°积分球测色仪。本文对D/8°积分球测色仪器的结构及测色原理做了介绍。

D8积分球测色仪

D/8°积分球测色仪器的结构:

积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料(漫反射系数接近于1,常用的是氧化镁或硫酸钡)的空腔球体,内壁是良好的球面(要求与理想球面的偏差应不大于内径的0.2%)。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99%以上,这样,进入积分球的光经过内壁涂层多次反射,在内壁上形成均匀照度。

当积分球用于颜色测量仪器时,球体会有多个开孔,结构示意图如下图所示。具体包括光孔:用于光源进入球体;测量孔:与被测物体紧密接触;接收器孔:在测量孔对面,一般与被测样品表面的法线成8°夹角,用于采集物体的反射光;镜面反射孔:位于与接收器孔相对于法线对称的地方,这个孔可以关闭和打开,并放置光吸收阱,用来控制镜面反射光的采集(SPIN)与排除(SPEX)。

D8°积分球结构示意图

D/8°积分球测色仪器的测色原理:

当一束辐通量为Φ(λ)的光源经光孔进入内球半径为R的积分球内,经涂层多次漫反射后,形成均匀照明。设除投射面外,其余内壁任一点M处的总照度E(λ)可用下式表示:

总照度E(λ)的计算式

式中:E(λ)为M点的总光谱幅照度;ρw(λ)为积分球内壁的光谱反射比;Φ(λ)为进入进入积分球的光谱辐通量;R为积分球内球半径;f为积分球开口球面面积与积分球总的内反射表面积之比。

上式中,当一束辐通量进入理想积分球后,除投射面外,球内表面任意点的照度(包括球壁开口处球面上的照度)只是球的几何尺寸、涂层的漫反射比、进入球的辐通量的函数,而与位置无关。

在颜色测量中,样品表面的物理状况会影响光的传播,当表面比较光滑时,样品光泽较高,镜面反射光会比较强,散射会比较弱;当表面比较粗糙时,样品光泽较低,镜面反射光会比较弱,散射会比较强。对于相同材质的样品,若只是光泽差异,在包含镜面反射状态下测量结果应该是一致的,这时其反映的是材质本身的颜色,称之为真实色;但在排除镜面反射状态下,样品间的差异会比较大,数据反映的是材质和表面物理状况的综合变化,称之为表观色。因此,积分球仪器在涂料行业,以及纺织、塑料、纸张等行业被广泛应用。

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