CN100567961C - 一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法 - Google Patents

Abstract

一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其选择的标准是：选用圆形标准白板，直径为30mm或40mm或50mm或60mm，厚度为5～8mm；选用白板的表面平整，其工作面的干涉光圈少于10个光圈，局部光圈少于2个光圈；用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率，选用的标准白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比为70～100%，光谱反射比极差值为0～13%，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0～0.3%。采用这些标准后可以在初选过程中保证标准白板的可用性以及方便建立统一的生产标准，解决市场上校准用标准白板的无序性，也保证了校准结果较高的准确性。

Description

一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法

技术领域：

本发明涉及一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法。

背景技术：

标准白板一般主要应用在色度和光度的测量中，同时也应用在校准或检定白度计和色度计上。检定白度计的标准就是一套标准白板，分别按其所标的不同白度值进行检定校验。检定色度计的标准就是一套标准色板，其中一块就是标准白板，标准值是在380nm～780nm可见光谱范围的色度值。其他标准白板也用应用在光泽度板，定标中光泽和低光泽的标准。但是每一种白标准白板都有所不同，白度标准板主要是硫酸钡粉体板，表面无光泽；色度标准板主要用陶瓷板制作，其表面涂釉，表面有光泽；光泽度白板也用陶瓷制作，表面涂釉。

反射率测定仪由照明系统、探测系统、数据处理与显示系统等组成，主要用于测量油漆、涂料、陶瓷等表面的反射率，通过计算测量漆膜表面对比率的仪器。其测量原理是将光谱漫反射比均为100％的理想表面定义为反射率100，光谱反射比为零的绝对黑表面反射率为零。反射率为无量纲的量。在实际应用中，以反射率测定仪测得黑底上的反射率和白底上的反射率，并以黑底上反射率除以白底上的反射率求得对比率。

反射率测定仪的工作原理是利用光电积分法，将测量样品表面反射的辐亮度与同一辐照条件下完全漫射体的辐亮度相比，其信号经放大、A/D转换，计算机数据处理，最后显示反射率值(反射因数Y)。

反射率测定仪属于精密仪器，需要较高的精度，但是对于反射率测定仪的校准一直没有统一规范的方法，各个生产厂家的企业标准也不相同，造成了对于反射率测定仪的校准比较混乱，现有的方法是利用标准白板作为校准的主要标准器，对反射率测定仪的零点漂移、示值稳定性、示值误差和重复性进行测量并根据测量结果进行相应的不确定度分析，但是由于标准白板的种类较多，不同的标准白板的各项性能均不相同，运用到反射率测定仪的校准时，会对测量结果产生不同的影响，即使同一种白板也会由于生产时的原因，产生不同的结果，从而使校准的结果达不到要求，影响了仪器的正常使用。

在测量过程中，测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小，测量结果必须附有不确定度说明才是完整并有意义的。在反射率测定仪校准过程中，标准白板的质量所带来的不确定度，对于校准的总不确定度影响最大，因此可以用不确定度来衡量校准结果的好坏，也就是标准白板对于最终校准结果的好坏，不确定度越小，表明各项误差的影响越小，标准白板的选用越准确，反之亦然。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，具体方法如下：

选用圆形标准白板，直径为30mm或40mm或50mm或60mm，厚度为5～8mm；白板的表面平整，其工作面的干涉光圈少于10个光圈，局部光圈少于2个光圈；用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率，选用的标准白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比为70～100％，优选80～95％，光谱反射比极差值为0～13％，优选0～11％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0～0.3％，优选0～0.1％。

其中采用直径为30mm或40mm或50mm或60mm，厚度为5～8mm的圆形标准白板，是为了适应不同反射率测定仪的探头，方便校准使用。

当工作面的干涉光圈大于10个光圈，局部光圈大于2个光圈时，对于反射率测定仪的校准将会产生较大的干扰，造成测定结果的不准确度升高，因此将工作面的干涉光圈限定少于10个光圈，局部光圈限定少于2个光圈的标准白板作为校准用标准白板；为达到最好的校准结果一般限定工作面的干涉光圈限定少于8个光圈。

光谱反射比为70～100％，当反射比小于70％，由于应用范围太窄，不能满足校准的需求，当反射比大于95％时，由于这种板很难实现并且稳定性差，因此光谱反射比优选80～95％；光谱反射比极差值大于13％时，无法保证光谱反射的中性，从而给校准带来不准确因素，当其小于11％时，光谱反射可以近似的视为中性，因此优选0～11％。

光谱反射比极差值为同一块标准白板在不同波长处反射比值的最大差值。不同方向测量的光谱反射比差值为0～0.3％，特别是0～0.1％，这样可以将标准白板视为表面光泽，均匀反射。

测量标准白板的光谱反射率时，选择光谱光度计的光源与反射率测定仪要求光源相同，光谱范围为：380～780nm，测量间隔为10nm，根据不同光源的相对光谱功率采用以下计算式得反射率

$\stackrel{\‾}{R}=\underset{380}{\overset{780}{\∫}}S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中：S(λ)-----标准光源(照明体)的相对光谱功率分布

ρ(λ)-----光谱反射比

R---------在波段380～780nm范围内的平均反射率

测量间隔为10nm为测量时的通用条件。

用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率时环境条件为：温度为23±5℃，相对湿度小于80％RH，无强电磁场干扰、无强烈振动、无直接阳光照射。选用的标准白板由硫酸钡粉体板或不涂釉无光泽的陶瓷板制得。

在使用符合上述条件的标准白板对反射率测定仪进行校准时，校准的环境条件与用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率时相同，这样可以最大限度的降低由于外界环境对于校准结果的影响，也可以保证标准白板的性能在测试时更加的稳定。

在实际的校准反射率测定仪时，一般需要两块反射率不同的标准白板，一块的反射率较高，一块的反射率较低，校准时分别用其中一块板定标对另一块进行测量然后计算示值误差及校准反射率测定仪的其它技术指标，最后对这些测量结果做不确定度分析，来衡量校准的准确度。

根据上述标准选择的标准白板，在作为校准反射率测定仪用标准白板时可以产生如下效果：

1.规定大小尺寸形状后，可以保证作为标准白板的统一性，选用、制作这种尺寸的标准白板更能保证整块白板表面各点反射率值的均匀性，标准白板的大小可以适合各种被校准的反射率测定仪的探头。

2.规定了表面平整性，可以在初次的选择上就保证标准白板的反射率表面均匀性，为下一步选择打好了基础。

3.为标准白板规定满足反射率值达到一个范围，这样可以保证校准反射率测定仪时按照校准规范进行工作，使校准工作顺利进行。

4.用光谱光度计进行测量标准白板，发明人把光谱范围扩大到380～780nm，虽然扩大的范围不大，但是这样可以更接近我们通用的可见光谱范围，从而使在可见光谱波段的反射率表述更加严谨。

5.规定标准白板的光谱反射比极差值，能够保证标准白板表面的光谱反射中性，这对于校准来说十分重要，这样会使校准的结果更加准确。

6.规定中间不同方向测量的光谱反射比差值，可以保证标准白板消除光泽对于校准的影响。

7.规定标准白板的制作材料，可以在初选过程中保证标准白板的可用性以及方便建立统一的生产标准，解决市场上校准用标准白板的无序性。

具体实施方式

下列实施例和比较例只是对本发明的技术方案进一步说明，并不对其的限制，其中所校准的反射率测定仪为同一台机器，其规格为：上海三准仪器设备有限公司生产的SFL-1型的反射率测定仪，探头的光孔Φ10mm。

实施例1

选用两块Φ50mm，厚度5mm的硫酸钡粉体板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈均为3个，局部无光圈；在温度为25℃，相对湿度30％RH。无强电磁场干扰、无强烈振动、无直接阳光照射的环境下，利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的平均光谱反射比分别为83.38％和91.25％，光谱反射比极差值均为为10％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.05％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪，根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的要求进行不确定度计算，其扩展不确定度为：0.8，k＝1

实施例2

选用两块Φ40mm，厚度6mm的不涂釉陶瓷标准白板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈均为6个，局部无光圈；在温度为25℃，相对湿度50％RH。无强电磁场干扰、无强烈振动、无直接阳光照射的环境下，利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比分别为74.5％和89.37％，光谱反射比极差值均为10％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.02％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪，扩展不确定度为：1.0，k＝1

实施例3

选用两块Φ50mm，厚度5mm的硫酸钡粉体板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈均为4个，局部无光圈，利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的平均光谱反射比分别为73.38％和82.25％，光谱反射比极差值均为8.5％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.08％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪，扩展不确定度为：0.8，k＝1

实施例4

选用两块Φ40mm，厚度6mm的不涂釉陶瓷标准白板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈分别为4个和2个，局部无光圈，利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比分别为74.5％和89.37％，光谱反射比极差值均为为9％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.05％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪，扩展不确定度为：1.0，k＝1

实施例5

选用两块Φ30mm，厚度5mm的硫酸钡粉体板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈均分别为3个和6个，局部无光圈，在温度为28℃，相对湿度70％RH，无强电磁场干扰的环境下利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的平均光谱反射比分别为82.74％和93.55％，光谱反射比极差值均为11％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.04％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪总不确定度为：1.05，k＝1

实施例6

选用两块Φ60mm，厚度6mm的不涂釉陶瓷标准白板进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈分别为4个和6个，工作面的干涉光圈的白板上局部有1个光圈，利用光谱光度计进行测量，两块白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比分别为74.5％和89.37％，光谱反射比极差值均为为10％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.05％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪标准不确定度为：1.10，k＝1

比较例1

选用两块50mm×50mm，厚度5mm的陶瓷白板，其是用来校准色度仪的白板，带有光泽，进行检测，白板的表面平整，其工作面的干涉光圈分别为10个和8个，在与实施例1相同的实验条件：温度为25℃，相对湿度30％RH。无强电磁场干扰、无强烈振动、无直接阳光照射的环境下，利用光谱光度计进行测量，两块标准白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比分别为81％和95％，光谱反射比极差值均为15％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.15％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪不确定度为：1.8，k＝1

比较例2

选用两块40mm×80mm，厚度5mm的陶瓷白板，其是用来校准光泽度仪的标准白板，进行检测，白板表面平整，其工作面的干涉光圈分别为15个和11个，利用光谱光度计进行测量，板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比为50％和30％，光谱反射比极差值为20％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0.2％。

使用这种标准白板校准的反射率测定仪不确定度为：2.3，k＝1

上述实施例1、2和比较例1、2是针对同一台反射率测定仪在同一校准环境下进行的校准，对比结果可以看出：没有采用本发明所述选择方法选择的标准白板进行校准，其不准确度为1.8和2.3，而采用本发明所述选择方法选择的标准白板进行校准，其不准确度为0.8和1.0，而测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征，可见没有采用本发明所述选择方法选择的标准白板，虽然也可以对反射率测定仪加以校准，但是其校准结果的不确定度远大于采用本发明所述方法选择的标准白板的校准结果，特别是对于光谱反射比范围和光谱反射比极差值而言，对于最终结果的不确定度影响最大，因此会使得校准出的仪器在测量时误差较大，无法达到有效校准的目的，可见采用本发明所述选择方法来选择校准反射率测定仪用的标准白板，可以提高最终的校准结果，更加真实的反应仪器的状态。

Claims (5)

1.一种校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其特征在于：

(1)选用圆形标准白板，直径为30mm或40mm或50mm或60mm，厚度为5～8mm；

(2)选用白板的表面平整，其工作面的干涉光圈少于10个光圈，局部光圈少于2个光圈；

(3)用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率，选用的标准白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比为70～100％，光谱反射比极差值为0～13％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0～0.3％。

2.根据权利要求1所述的校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其特征在于：选择的标准白板在可见光波段波长在400nm以上的光谱反射比为80～95％，光谱反射比极差值为0～11％，中间不同方向测量的光谱反射比差值为0～0.1％。

3.根据权利要求1或2所述的校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其特征在于：测量标准白板的光谱反射率时，光谱光度计的光源与反射率测定仪要求光源相同，光谱范围为：380～780nm，测量间隔为10nm，根据不同光源的相对光谱功率采用以下计算式得反射率

$\stackrel{\‾}{R}=\underset{380}{\overset{780}{\∫}}S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中：S(λ)-----测定反射率时的光源----照明体的相对光谱功率分布

ρ(λ)-----光谱反射比

R---------在波段380～780nm范围内的平均反射率。

4.根据权利要求1或2所述的校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其特征在于：用光谱光度计测量选用白板的光谱反射率时环境条件为：温度为23±5℃，相对湿度小于80％RH，同时无强电磁场干扰，无强烈振动和无直接阳光照射。

5.根据权利要求1所述的校准反射率测定仪用标准白板的选择方法，其特征在于：选用的标准白板由硫酸钡粉体板或不涂釉无光泽的陶瓷板制得。