反射标准色板量值测定及不确定度分析

2016-11-24刘冬梅李红亮白玉洁李微微

资源节约与环保 2016年6期

关键词：色板光度计色度

刘冬梅　李红亮　杨　佳　白玉洁　李微微

（天津市计量监督检测科学研究院天津300192）

反射标准色板量值测定及不确定度分析

刘冬梅李红亮杨佳白玉洁李微微

（天津市计量监督检测科学研究院天津300192）

本文依据JJG453-2002标准色板检定规程，测定标准色板量值；根据JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示，对测量结果进行不确定度分析评定。

反射标准色板；色度；不确定度

1　引言

物体色度（即物体颜色）是许多工农业产品的一个重要质量指标，在纺织、印染、造纸、印刷、陶瓷、塑料、油漆、石油化工、林产化工、电影电视、食品等行业，均有广泛的应用。

物体色度分透射色和反射色，标准色板是用来测量颜色的计量器具。标准色板可以校准测色仪器，也可以作为目视评判颜色样品的标准。

2　测量原理、方法和依据

2.1测量原理

标准色板的色度值，由其表面的光谱反（透）射比、标准照明体的光谱功率分布和标准色度观察者光谱三刺激值来确定。

反射标准色板的光谱反射比必须采用绝对光谱反射比，即以反射比等于1，亮度分布与方向无关的、理想的完全反射漫射体为反射比标准。

2.2测量方法及过程

采用比较测量法,利用分光光度计测量标准白板(光谱反射比已知)和被测样品(即色板)在各波长处的响应比值,从而求得被测样品的光谱反射比,带入色度公式计算其色度参数：XYZ三刺激值和色品坐标x，y。

测量主要步骤：（1）仪器基线校准：在分光光度计积分球测量口放置标准白板（光谱反射比已知）校准100%线，和0%线；（2）取下标准白板(光谱反射比已知)），在相同位置放置被测样品,记录下各测量波长上相应的仪器示值D（λi）（即标准白板(光谱反射比已知)和被测样品(即色板)在各波长处的响应比值）；（3）光谱反射比、XYZ三刺激值和色品坐标x,y的计算。

2.3依据

依据JJG453-2002标准色板计量检定规程、JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示。

3　建立数学模型

按下式(1)计算样品的光谱反射比:

式中:R(λi)——被测样品光谱反射比;

R0(λi)——标准白板光谱反射比;

D(λi)——光谱光谱计各测量波长上相应的仪器示值。

按下式(2)计算被测样品的D65光源，CIE1964标准色度观察者的三刺激值

R(λi)—样品的光谱反射比;

Δλ—波长间隔(5nm);

i—测量波长点相对应的数,波长范围为380nm～780nm，波长间隔为5nm时，i的取值范围1～81。

标准色板CIE1964色品坐标x，y按下式（3）计算：

4　测量不确定度来源分析

测量中可能导致不确定度的来源很多，主要是测量方法、测量设备、测量对象、测量人员、测量环境的不完善引起。

4.1测量方法

采用比较测量法，R(λi)=D(λi)*R0(λi)，用于定标的标准白板的标准值由国家基准部门定值R0(λi)，其不确定度由上级计量部门给出。

4.2测量设备

采用紫外、可见、近红外分光光度计，PE公司Lambda950。（1）测量重复性引入的不确定度分量；（2）分光光度计的零线引入的不确定度分量；（3）分光光度计的100%线引入的不确定度分量；（4）波长的重复性和准确度引入的不确定度分量；（5）分光光度计的光度准确度（包括杂散光、探测器线性和均匀性等）引入的不确定度分量。

4.3测量对象

色板的稳定性以及色板的均匀性。

5　测量不确定度各分量的评定

5.1用于定标的标准白板引入的不确定度分量urel(R0(λi))

标准白板的标准R0(λi)值由国家基准部门定值。根据溯源证书，扩展不确定度U（ρ）=1.6%，k=2，其标准不确定度urel(R0(λi))=0.8%。

5.2测量设备Lambda950引入的不确定度分量u(D(λi))。

5.2.1测量重复性

标准色板的测量重复性，它反映了各种随机因素的综合影响。因此采用A类方法评定。

选择一块反射标准色板分别在0/d，SCI（包含镜反射分量）以及0/d，SCE（排除镜反射分量）条件下连续重复测量10次，根据10次连续重复测量的实验数据，由贝塞尔公式计算出单个波长点上由于测量重复性引入的D(λi)的不确定分量，u1(λi)见表1。

表1　单个波长点的不确定分量

5.2.2Lambda950的0%线引入的不确定度分量u2(λi)

根据实验测得，0%线在（380～780）nm范围内最大示值误差±0.02%（绝对值），且多次0%线测量数据中，出现最大值和最小值的波长点无明显规律，因此假设为均匀分布

5.2.3Lambda950的100%基线引入的不确定度分量u3rel(λi)

根据实验测得，100%基线在（380～780）nm范围内最大示值误差±0.4%（绝对值），且多次100%基线测量数据中，出现最大值和最小值的波长点无明显规律，因此假设为均匀分布

5.2.4Lambda950的光度准确度（包括杂散光、探测器线性和均匀性等）引入的不确定度分量u4rel(λi)

根据PE公司的仪器说明书及相关技术资料，仪器的光度准度度±0.003A，k=2

5.2.5波长的重复性和准确度引入的不确定度分量

对于有明显光谱选择的彩色色板，波长准确度和重复性引入的不确定度分量远大于中性灰或白板。分光光度计的波长示值由于波长定标光源、定标过程和机械重复性等因素，存在波长不确定度的问题，自然会给颜色测量引入不确定度。

通过1nm采样间隔实验数据，计算单个波长点之斜率，计算出单个波长点上由于波长偏差引入的透射比的不确定度分量u5(λi)。

根据实验测得仪器波长偏差为0.2nm，其引入的不确定度为u5rel=0.08%。

5.2.6被测色板均匀性引入的不确定度分量u6(λi)

以被测色板中心为起始位置，分别向左、右、上、下各移1nm、2nm来检测色板的均匀性，通过9次测量数据进行计算，因测量人员的不同，造成测量同一色板放置位置的不一致，因此必须考虑均匀性对测量数据的影响。因为测量位置的不可控，估计为均匀分布。通过实验，测得被测色板均匀性引入的不确定度几乎可以忽略不计，所以可以不考虑计算u6(λi)。

由于以上各分量（u1(λi)，u2rel(λi)，u3rel(λi)，u4(λi)，u5(λi)，u6(λi)）间不相关，