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分光測(cè)色儀是以光度色度學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)光源的色度參數(shù)進(jìn)行光譜光度測(cè)量的儀器，其最基本的用途是測(cè)量光源在可見光范圍內(nèi)的光譜輻射功率分布。它主要有輸入光路部件（如測(cè)光積分球、導(dǎo)光纖維、透鏡等）、單色儀及波長(zhǎng)掃描驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸出光路部件、探測(cè)器及供電電源、輸出信號(hào)處理讀數(shù)儀表等部分組成。
圖1為典型的分光測(cè)色儀結(jié)果示意圖，測(cè)光積分球內(nèi)光源發(fā)出的光線，經(jīng)一光學(xué)系統(tǒng)（如光纖或鏡頭等）輸出后，被匯聚在單色儀的入射狹縫上，徑單色儀分光后的單色光由單色儀出射狹縫上，并由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)電路放大處理和A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字處理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)發(fā)出波長(zhǎng)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)光柵掃描，實(shí)現(xiàn)從380nm到780nm的光譜測(cè)量。最終得到一系列波長(zhǎng)的光譜信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計(jì)算，得到各種光度和色度參數(shù)。對(duì)分光測(cè)色儀的測(cè)試需要從光譜、光度、色度、雜散光等多方面考察，鑒于篇幅問題，文本將主要研究分光測(cè)色儀的光譜及色度特性的測(cè)試及色度不確定度評(píng)定，其它各項(xiàng)指標(biāo)可參考文本中的方法進(jìn)行評(píng)估。
圖1 典型的分光測(cè)色儀結(jié)果示意圖
圖2 測(cè)試原理示意圖
標(biāo)定原理及方法
標(biāo)定時(shí)，將分光測(cè)色儀作為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)考慮。假設(shè)在系統(tǒng)額入口平面上的光譜輻射照度為E（λ），單色儀入射狹縫的寬度b1，有效高度為h，整個(gè)系統(tǒng)總的有效光譜透射比為?（λ），探測(cè)器的光譜輻通量響應(yīng)度為??（λ），儀器的設(shè)定波長(zhǎng)為λ’,則系統(tǒng)的輸出信號(hào)S（λ’）為：
其中，z（λ’-λ）為單色儀的狹縫-散射函數(shù)。
對(duì)于分光測(cè)色儀，其系統(tǒng)參數(shù)是固定的，如輸入光路的布局、探測(cè)器系統(tǒng)、單色儀狹縫的有效高度、前后狹縫的寬度等。因此，定義：
為儀器系統(tǒng)的光譜輻射度照度響應(yīng)度，簡(jiǎn)稱儀器函數(shù)。
則：
由此可知，輸出信號(hào)是輸入信號(hào)和系統(tǒng)光譜響應(yīng)度因子之乘積與狹縫-散射函數(shù)的卷積。當(dāng)用替代法測(cè)量待測(cè)光源的光譜輻亮度時(shí)，由于儀器函數(shù)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)源和被測(cè)源都是相同的，那么在色度學(xué)中，我們將這種反映光譜功率隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系的輸出信號(hào)稱為光源的相對(duì)光譜功率分布。光源的色坐標(biāo)、相關(guān)色溫等色度學(xué)參數(shù)均可由光源的相對(duì)光譜功率分布計(jì)算出來(lái)。
測(cè)試原理如圖2所示，先在測(cè)光積分球內(nèi)或在儀器入射光路前（入射光路中無(wú)雜散光）點(diǎn)燃一只已知光譜分布的標(biāo)準(zhǔn)光源，預(yù)熱5分鐘后儀器進(jìn)行標(biāo)定。具體標(biāo)定方法如下：
波長(zhǎng)確定度
以低壓汞燈為標(biāo)準(zhǔn)光源，用以調(diào)校好的儀器對(duì)其波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，分別測(cè)得汞燈的三個(gè)發(fā)射峰值波長(zhǎng)，重復(fù)測(cè)量三次，按下式將各個(gè)波長(zhǎng)的測(cè)量平均值與其標(biāo)準(zhǔn)值做比較，其最大波長(zhǎng)誤差即波長(zhǎng)準(zhǔn)確度：
式中：?λi為各波長(zhǎng)測(cè)量平均值，nm；λ0為相應(yīng)波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)值，nm。
波長(zhǎng)重復(fù)性
方法同上，按下式計(jì)算波長(zhǎng)重復(fù)性：
式中：λi為各波長(zhǎng)測(cè)量值，nm；?λi為各波長(zhǎng)測(cè)量平均值，nm；n為測(cè)量次數(shù)，取8。
a.標(biāo)準(zhǔn)光源條件下的色度準(zhǔn)確度
保持儀器的光譜定標(biāo)狀態(tài)不變，點(diǎn)燃另一只已知光譜功率分布標(biāo)準(zhǔn)光源，并且保持標(biāo)準(zhǔn)光源狀態(tài)不變，預(yù)熱5分鐘后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源連續(xù)測(cè)量3次，測(cè)得3組色度值ui（i=1,2,3）。色度準(zhǔn)確度按下式進(jìn)行計(jì)算。
式中：?ui為色品坐標(biāo)（x，y）第i次測(cè)量的平均值；u0為已知標(biāo)準(zhǔn)光源的色品坐標(biāo)值。
b.標(biāo)準(zhǔn)光源與透射式標(biāo)準(zhǔn)色板組合條件下的色度標(biāo)準(zhǔn)度
保持儀器的光譜定標(biāo)狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)光源正常燃點(diǎn)工作狀態(tài)不變，在入射光路中插入透射式標(biāo)準(zhǔn)色板，測(cè)量各透射式標(biāo)準(zhǔn)色板對(duì)應(yīng)的x，y值，將各測(cè)量結(jié)果與其標(biāo)準(zhǔn)值做比較，取其中最大誤差為標(biāo)準(zhǔn)光源與透射式標(biāo)準(zhǔn)色板組合條件下的色度標(biāo)準(zhǔn)度。
色度重復(fù)性
方法同上，按下式計(jì)算色度重復(fù)性：
式中：ui為色品坐標(biāo)（x，y）第i次測(cè)量值；?ui為色品坐標(biāo)（x，y）第i次測(cè)量的平均值；測(cè)量次數(shù)n=8。
分光測(cè)色儀在標(biāo)準(zhǔn)光源與透射式標(biāo)準(zhǔn)色板組合條件下，其色度準(zhǔn)確度測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U（x，y）=0.03，k=1。該評(píng)定方法適用于省級(jí)或由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院傳遞的工作標(biāo)注級(jí)分光測(cè)色儀的不確定分析。
