2024-08-07
白度表征的是物体洁白程度的一个物理量,是纺织、纸张等行业产品外观质量检测的一项重要指标。对白度进行测量,可以将白度值量化,为产品的生产提供指导。本文对白度测量方法及常用白度值计算公式做了介绍。
白度测量方法大致可分为两类:一是通过对单光谱的反射率测量来判断物体的白度,这种方法是用测得的反射比来表示样品的白度,优点是测定方法简单,仪器便宜;但这种方法由于是用一个波长的滤光片进行测量的,往往会带来较大的误差(这是由于一个波长的滤光片覆盖的波长区太窄所致)。第二类是基于三刺激值的测量方法,这种方法主要是先测得被测物体的三刺激值,然后利用与三刺激值相关的白度公式计算出白度值。具体如下:
1.单光谱反射率测量法
通过对单光谱的反射率测量来判断物体的白度,这种方法一般是利用主波长为457nm±0.5nm,半峰宽度为44nm的蓝光来测定样品的反射比,用测得的反射比来表示样品的白度。这种方法由于是用一个波长的滤光片进行测量的,往往会带来较大的误差(这是由于一个波长的滤光片覆盖的波长区太窄所致)。
2.光电积分式测色法
光电积分式测色法是模拟人眼的三刺激值特性,采用光电积分效应,直接测量颜色的三刺激值。此方法使用滤光片,对所用的光电探测器的光谱响应进行滤色修正,使它与CIE标准观察者一致。这种测色系统一般都由光源、探测器、数据处理和输出单元等组成。光源多为稳定性光源,多数使用卤钨灯。探测器为三个或四个经过滤色修正的硅光电二极管或光电管。这种测色系统与下面所述的分光式测色系统相比较而言价格低廉,并且适用性广泛,与后者相比更适应工农业生产的需要。
3.分光式测色法
这种方法也是一种基于三刺激值的测量方法,不过这种方法不是不是直接测量颜色的三刺激值,而是测量物体的光谱反射或透射特性,即测量物体的光谱辐度因数或光谱透射比,通过积分计算求得颜色的三刺激值。这种测量方法一般以(5~20)nm的等距波长间隔,在(380~780)nm的波段内测得各波长的光谱反射率。光谱信号采集是单通道(波长)按顺序逐个扫描取得。这决定了它的测量速度较慢。这种测量系统主要由光源、单色器、光电探测器、数据处理和输出装置等组成。光源一般采用稳定性光源(如卤钨灯、氙灯等);单色器是整个仪器的核心,分为棱镜分光式、光栅分光式和滤光片分光式等;探测器为光电倍增管、光电管。由于系统的扫描机构和光路复杂,使得整个系统的体积较大,成本也较高,使得它的使用受到很大的局限。
1.蓝光白度公式
蓝光白度测量方法比较简单,但它有一定的局限性,只适用于反射光线比较平坦并在蓝光区域可以分辨的产品。其表达式如下:
式中K=100/∑F(λ)△λ,R457——样品与标准白板在相同条件下的反射率因数;
F(λ)——蓝光白度测量的总有效光谱特性。造纸工业常用它来评价纸张的白度,称为ISO白度。
2.亨特白度公式
亨特白度公式的表达式如下:
式中
WH——试样的亨特白度;
L——亨特明度;
a,b——亨特色品指数;测量采用CIEC照明光源,2°视场。
3.甘茨白度公式
甘茨白度是CIE白度委员会在1982年推荐使用的白度公式。其特点是:以物体颜色的三刺激值为依据进行计算,颜色的三刺激值性质决定了白度量值的大小,其白度可以用Y,x,y的线性公式表示:
式中:W——甘茨白度;
Y——三刺激值之一,x、y为样品的色品坐标,xn、yn理想漫反射体的色品坐标,W10、Y10、x10、y10、xn,10、yn,10为人眼观察视角在10°视场下的各个参数,将xn,10=0.3138,yn,10=0.3309(10°视场D65标准光源下的坐标值)代入下式得:
对于理想漫反射体,W10等于100。
甘茨白度公式经验证其结果与目视评价是一致的,并对不同等级产品白度值差距大,有利于产品的分级。而其他白度公式均存在不足。因此对甘茨(Gans)公式很快得到了共识。国内外很多行业都在积极采用。并制定了相应的国家标准。
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