色差仪是什么仪器？色差仪的组成结构是怎么样的？

色差仪是什么仪器？色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器，它是仿造人眼感色的原理设计的。可以直接测得颜色的三刺激值和色品坐标，并给出两个物体色的色差值及其它相关的色度学参数，从而对样品的颜色进行定量表述和分析的方法。是在工业生产、科研实验、质检、商检和计量部门有着广泛应用的光学分析仪器。本文对色差仪的组成及发展现状作了介绍。

色差仪是什么仪器？

有两种仪器都被称为色差仪：一种是精度较粗的色差计，它只能测出两个样品之间的色差值，没有颜色的绝对值数据（L、a、b值），色差计采用滤光片分光。另一种是“分光光度测色仪”，采用积分球分光，其精度较高，能够测量每个颜色的“反射率曲线”得出绝对值数据。“分光光度测色仪”通常由四个部分组成：光源、积分球、光栅（分光单色器）和光电检测器。

早期积分球式的“分光光度测色仪”采用LED作为光源，稳定性差，需预热半小时以上方可使用，由于光源不稳定，误差率较高。现在多数色差仪采用“高能脉冲氙灯”和“卤素石英钨丝灯”，两种光源的选择与仪器功率有关，功率大的座机采用“高能脉冲氙灯”具有寿命长、光强高、测量精度高等优点。功率小手持型的使用“卤素石英钨丝灯”，相对“高能脉冲氙灯”其缺点是光强低、寿命短、在蓝光段测量不准确等。但它有能量消耗小，价格低廉、容易维护更换的优点。因此在电路设计简单，系统体积小的便携机上使用。

积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀，光源在球壁上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成。从观察方式上又分为“0/45°”和“d/8°”积分球两种测量，“0/45°”只能用来测平滑的表面，“d/8°”积分球“可以用来测量各种表面。

双光束仪器有两个光栅和两个检测器，测量时光源只闪一次，同样测样品和参比白，这样就克服了系统变化所带来的误差，测量数据的精度非常高。单光束仪器只有一个光栅和一个检测器，所以测量时光源闪两次，分别测样品和参比白，而两次测量时的系统误差被当做样品和参比白间的差异，所以误差比较大。

例如三恩时TS7036色差仪，它采用“钨丝灯”光源，“d/8°积分球”，照射（测量）光垂直入射，接收器8°位置接收。以双光束设计，避免光强衰减。接收器接收被测物放射光后，转化成数字（L*、a*、b*值），可直接得出△E色差值，由△E色差值反映出人眼所观察的色差级别和视觉差异。色差仪的实质是综合人眼的特点，给出一个统一标准。虽然缺少人眼的直观性，但能够克服人眼的差异性。

色差仪的组成结构：

色差仪一般由光源、传感器、模拟控制电路、模数转换电路、内存、微处理器、显示器等等构成，具体如下：

1.光源

通常采用脉冲氙气管或卤钨灯来提供长弧弧光，从仪器内表面反射散开，结合空间均匀地照射到物体表面。

2.测量传感器

传感器中放置频带过滤器和光谱过滤器，以及积分球、光电管等，它将样品表面的反射光过滤、分解、积分，再传送到相应三个光电二极管。人对颜色的视觉反应，即用滤光滤频器和光电接收器来模拟，三个光电流分别和X、Y、Z成正比。

3.参比传感器

为了克服光学仪器中由于镜片、传输途径等带来的误差，并列采用参比传感器。光在测量的同时也进入参比。

4.模拟控制电路

将测量和参比两传感器的多个光电二极管的测量值和标准值进行比较，得出精确值。

5.模数转换电路

由于模拟控制电路输出值是模拟信号，而计算机系统是数字信号，所以必须将模拟信号转换为数字信号。

6.数据处理系统

将转换后的数字信号送到计算机中进行处理和运算，便可得到准确的X，Y，Z值，从而得出色品坐标等一系列值。

色差仪的发展现状：

1.在照明系统方面

色差仪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

因为色差仪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。