色差仪的结构组成、原理、现状及发展趋势介绍

色差仪是颜色测量行业常用的一种光学分析仪器，可以对颜色进行分析的同时，给出色样之间的颜色差异值，对颜色进行定量的分析。本文对色差仪的结构组成、原理、现状及发展趋势做了介绍，对光电测色仪器知识感兴趣的朋友不妨了解一下！

色差仪的结构组成：

光电积分测色色差计是仿造人眼感色的原理制成的，采用了能感受红、绿、蓝3种颜色的受光器，将各自所感受光电的光电流加以放大处理，得出各色的刺激量，从而获得这一颜色信号。其结构框图如下图所示。

色差仪的工作原理：

光电积分式仪器总的光学条件应符合卢瑟条件。在D65光源 10°视场下的卢瑟条件：

式中：

Kx，Ky，Kz为与波长无关的常数

S（λ）为仪器所用的标准光源光谱功率分布

τx（λ），τy（λ），τz（λ）为仪器特定滤色器的光谱透过率

γ（λ）为仪器探测器的相对光谱响应度

X10（λ），Y10（λ），Z10（λ）为10°视场补充标准色度观察者光谱三刺激值

在仪器的生产中，各滤光器的光谱曲线是通过各种有色玻璃的组合匹配而形成，实际的光谱曲线不可能完全符合式卢瑟条件的要求，只能近似的接近。如下图所示，这种不符合在颜色测量中带来的误差便是这类仪器的原理误差，仪器的精度取决于接近卢瑟条件的程度。正是这种原理误差给仪器带来了一些弊病，如绝对测量误差较大，台间差较大等。

色差仪的现状：

1.在照明系统方面

光电色度仪器的光源常采用白炽灯、卤钨灯或微型脉冲氙灯等，现在国内产品多为卤钨灯，即可达到精度要求。国外高端仪器有的使用脉冲氙灯，其具有光强高，耗能少的优点，但价格昂贵，增加了仪器的总体成本，不适合在国内推广。因为光电探测器在红外和紫外波段仍有响应，影响测量精度，所以增加一块隔热玻璃，用于消除紫外和红外部分的影响。

2.在探测器方面

一般是三个带有修正滤光片组的光电管或大面积硅光电二极管（在要求仪器有较高灵敏度的场合下采用光电倍增管）。硅光电二极管具有光谱性能好、光谱响应范围宽、受环境温度影响小和几乎无疲劳现象的特点，可以满足大多数色度测量的要求。针对测色领域，现在还有专门用于测色（光谱范围是可见光区）的探测器，自身己带有满足一定要求的校正滤色片，称为颜色探测器。另外值得一提的是采用光纤传感技术的新型颜色测量仪器，光纤具有径细，柔韧，可绕曲性好等特点，目前已有用光纤作探头的测色仪器，此类测色仪器一般体积较小，便于携带，而且测量方便，可用在特殊需要的场合，比如用来测量人体的皮肤或牙齿颜色等。

3.在滤色器方面

因为光电色度计的精度与仪器符合卢瑟条件的程度有关，符合的程度越高，仪器测量精度越高，而滤色器的透过特性决定了仪器满足卢瑟条件的程度，因此滤色器的设计十分关键一般在选定照明光源和探测器的型号后，就可以初步选定滤色片的牌号和片数，再根据滤色器的特性编写确定滤色片厚度的程序，在计算机上进行模拟和优化匹配滤色器，从而确定滤色片的片数、厚度及排列方式。

4.在仪器控制方面

随着大规模集成制造技术等的发展，单片机、微处理器、计算机和DSP技术的广泛应用，早期采用人为控制的光电色度仪器，大多数实现了自动控制，使仪器的自动化与智能化成为可能，在微处理机的控制下，能完成自动测量、自动计算和存储或自动进行非线性校正功能，实现仪器光、机、电以及整个系统工作状态的自动检测，还可以内存多种专用分析程序等等。

5.在通信接口方面

目前主要有双向RS232接口，最新的还有USB接口，可以外接记录仪、计算机，完成仪器遥控、数据传输、外存、记录，打印等功能。

6.在特殊应用领域方面

随着色度计在各行业的广泛应用，出现了一些行业特有的测色产品，在基本的光电积分测色原理上，根据行业特点进行了专门的设计，并绑定了行业标准，方便了测色仪器的使用。比如：用于评价棉花质量、评定棉花等级的棉花色度仪。色坐标只使用了目前在颜色检验中通用的亨特色坐标，又因为棉花颜色的特性只使用了两个探测器测量三刺激值中的Y、Z值。还有专门应用于宝石、汽车漆，石油等行业的专用色度计也有产品出现。

色差仪的发展趋势：

1.智能化、小型化

国内外目前普遍研究和采用带有微处理器的、兼有检测和信息处理功能的传感器。在半导体片基上，用微电子加工技术把传感器功能、逻辑功能、存储功能集成在一起，使得传感器具有自动校正、自动补偿、数据处理、存储、记忆等功能。

2.快速度、高精度

积分球的入射面采用聚四氟乙烯聚酯新材料，利用微处理器的计算能力，通过软件方式来提高测量的精度；从测量到计算直至显示，一般仅需要几毫秒的时间。

3.多种制式的转换

由于微处理器的计算能力，在XYZ、Yxy、CIE 1976L*a*b*、L*u*v*、L*C*H*、Hunter-Lab、Munsell之间选择数据转换，变得及其容易。

4.在线动态测试

在线动态测试不仅可以有效地代替人工的离线检测，而且可与控制系统结合，实现实时监控、实时控制，改进生产流程，实现自动化生产。

5.虚拟化、网络化

虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面来操作计算机，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。网络技术发展迅速，基于Internet的测色仪器将为用户远程访问、远程维护提供方便，将完成远程医疗诊治、虚拟太空测试实验、虚拟海底测试实验等新用途。