色度测试仪

5月30日，国务院国资委确定并发布了《中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版）》（以下简称《目录》）。本次《目录》发布的成果涉及22项核心电子元器件、14项关键零部件、8项分析测试仪器 、10项基础软件、41项关键材料、12项先进工艺、53项高端装备和18项其他类型成果，共计178项成果，相关成果主要来自54家央企。《目录》中涉及的8项分析测试仪器成果如下，37分布式光纤传感系统航天科技分析测试仪器38全视角高精度三维测量仪航空工业集团分析测试仪器39色度亮度计兵器工业集团分析测试仪器40短波长X射线衍射仪兵器装备集团分析测试仪器414051系列信号/频谱分析仪中国电科分析测试仪器42汽车变速器齿轮试验测试装备机械总院集团分析测试仪器43电感耦合等离子体质谱仪中国钢研分析测试仪器44分布式高精度应变、温度、振动光纤传感测试仪中国信科分析测试仪器据了解，航天科技的分布式光纤传感系统是一种集光、机、电、算于一体的高性能新型传感系统，可以实现对探测目标的连续不间断测量，并形成全面的、精细的、准确的数字化描述。分布式光纤传感系统利用光纤后向散射效应与光时域反射技术，实现对应变/温度场的连续测量与定位 传感光纤既是传感介质也是传输媒介,是一宗集待测物理量感知和信号传输于一体的传感手段。传感光纤本身无源、抗干扰、耐腐蚀，是一种本征安全的材料，并且在性能指标和产品功能上均优于传统的电学传感技术。分布式光纤传感系统特别适用于易燃易爆场合；典型的应用领域包括长输油气管线的安安防监测、基础设施的结构健康监测、火灾预警、电缆效率分析、地热开采分析等。井下温度分布测量应用场景（图源 国资委）航空工业集团的这款全视角高精度三维测量仪，针对大部件变形和大空间内运动体参数实时监控的迫切需求，突破大视场、超清晰、高精度光学测量关键技术，解决测量距离大、精度要求高、测量环境复杂等技术难点，研制全视角高精度三维测量仪，填补国内空白，并在航空、航天等领域进行了应用验证。全视角高精度三维测量仪（图源 国资委）亮度色度计采用三色值过滤的测定方法，可测定亮度、色度、色温cielab、cieluv、色差等，4个量测角度可以切换。可适用于需要小范围量度角度(0.1°/0.2°)的低亮度领域的测定场合，若作远距离量测可选用延长线将主机与感应器分开进行测量。仪器附加键盘（选配）可作多种功能使用，包括输入颜色系数和亮度偏差。另外，也可在计算机中的进行数据的存储、分析、打印，在照明工程、电影和电视、建筑等领域中有较为广泛的应用。而兵器工业集团的色度亮度计可测量亮度范围为（1～3000）cd/m2，亮度测量精度为±4%，色度测量精度为（x,y）≤±0.004（10cd/m2以上，标准A光源。色度亮度计（图源 国资委）短波长X射线衍射仪是拥有自主知识产权的短波长特征X射线衍射技术产品，首先解决了我国无损测定厘米级厚度工件内部（残余）应力、织构、物相、晶界缺陷及其分布的难题，填补了国内外无损检测分析内部衍射信息的小型化仪器设备空白。该仪器利用重金属靶X射线管作为辐射源，采用光量子能量分析的无强度衰减单色化、精密测量分析等技术，最大可测厚度达40mm铝当量，晶面间距测试误差小于±0.00006nm，内部（残余）应力测试误差小于±25MPa。可应用于先进材料、先进制造和基础研究领域，如预拉伸铝板、涡轮叶片、装配件、焊接件、热处理件等控形控性的加工工艺优化和制造，以及材料/工件内部应力及其分布等的演变规律研究。短波长X射线衍射仪（图源 国资委）4051系列信号/频谱分析仪重点突破了110GHz超宽频带、大带宽、高灵敏度接收技术以及宽带信号高速处理技术，实现了最高同轴测试频率110GHz、最大分析带宽550MHz、显示平均噪声电平≤-135dBm/Hz@110GHz等核心指标，且具有全频段信号预选能力，打破了国外技术封锁，总体性能达到国际先进水平，在高精尖测量仪器方面实现了自主可控和自主保障，在航空航天、通信、雷达、频谱监测等军民领域得到广泛应用，为我国“载人航天”、“探月工程”、“北斗导航”等国家重大工程做出了重要贡献，解决了宽带卫星通信系统功放模块数字预失真测试、新型预警和跟踪雷达脉冲信号测试、超宽频带频谱测量等测试难题。4051系列信号/频谱分析仪（图源 国资委）汽车变速器齿轮试验测试装备是国家重点支持的发展专项；测试技术含量和技术水平高，创新性强，属国内首创；突破了汽车变速器传递误差测试方面的技术壁垒，解决了汽车变速器急需解决的啸叫难题；扭转了汽车变速器测试台架主要依赖进口的局面。试验台既可实现单对齿轮又可以实现变速器总成传递误差的测量，可以模拟齿轮啮合错位量工况，使得传递误差测量结果更具实际意义，可以更有效指导齿轮修形设计，达到减振降噪目的。试验台角度测量精度1ʺ，加载扭矩最大20000Nm。汽车变速器齿轮试验测试装备（图源 国资委）ICP-MS技术是将ICP的高温电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种新型的最强有力的元素分析、同位素分析和形态分析技术。该技术具有检出限低、动态线性范围宽、干扰少、分析精度高、速度快、可进行多元素同时测定等优异的分析性能，已从最初在地质科学研究的应用迅速发展到环境保护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核材料分析等领域。电感耦合等离子体质谱仪（图源 国资委）分布式高精度应变、温度、振动光纤传感测试仪主要用途是为石油天然气管线、高速铁路、高速公路、电力输送线路等大型基础设施的状态监测与安全管理提供完整先进的分布式高精度应变、温度、振动光纤传感测试仪，显著提升相关大型基础设施的运营能力、安全管理水平与应急管理能力。其基于光栅阵列的新一代光纤传感技术具有网络容量大、探测精度高、传感距离长、响应速度快、可靠性好等方面的突出优点，可实现超大容量、超长距离、超高精度的应变、温度、振动传感监测。光纤分布式温度探测器（图源 国资委）附件：中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版）.doc

近日，国资委发布《中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版）》，以促进科技成果向现实生产力转化，加快中央企业科技创新成果应用推广。在此次发布的央企科技创新成果中，其中有8项为分析测试仪器，包含电感耦合等离子体质谱仪、短波长X射线衍射仪、色度亮度计等，涉及单位包括中国电科、中国钢研、兵器工业集团等。中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版 分析测试仪器）序号技术产品名称企业名称所属领域37分布式光纤传感系统航天科技分析测试仪器38全视角高精度三维测量仪航空工业集团分析测试仪器39色度亮度计兵器工业集团分析测试仪器40短波长X射线衍射仪兵器装备集团分析测试仪器414051系列信号/频谱分析仪中国电科分析测试仪器42汽车变速器齿轮试验测试装备机械总院集团分析测试仪器43电感耦合等离子体质谱仪中国钢研分析测试仪器44分布式高精度应变、温度、振动光纤传感测试仪中国信科分析测试仪器

色度计基础（三）常见测色方法和仪器摘要针对不同的测试环境和要求，需要选不同的测试仪器。在只需要知道样品色坐标的情况下，可以选用光电积分测色仪（色度计），满足卢瑟条件的色度计能满足许多场景的测色要求。在需要获取样品的精确光谱信息时，可选用分光光度计，多通道平行测色的分光光度计，测色速度快，精度高。正文目视测色：在某些特定的行业和环境中，依然保留着目视测色法，即通过人眼去判断颜色是否与预期存在误差，有时会用到标准光源或标准色样。目视测色法完全依赖观察者的经验和敏锐的分辨力来判断颜色的差别，且速度较慢。 图 1 左：一种常见于纺织和服装设计的比色卡 右：一种判断溶液中物质浓度的标准比色液光电积分测色：将入射光分别通过滤光片透射率-探测器联合响应曲线满足CIE标准三刺激值谱线(也有可能是某一特定谱线)的三条或四条通道（因为针对红光，在CIE三刺激标准中有两个峰，很难在一片滤光片做出吻合度很好的透射率曲线，有些设计中会做成四个通道），再经过信号放大与模数转换电路，获得样品在标准光源下的三刺激值。这种测色方式，获得的三刺激值大小，与光电探测器上接受到的光强成比例。这种测试方法速度快，可以获得满足大部分情况的色坐标准确度。各种色度计（或称作光电积分测色仪、比色计或色差计）普遍采用这种结构。缺点是无法获得样品的光谱信息。图 2荷兰Ademesy公司高速高精度色度计结构示意图这是一类仿人眼结构的测试设备，即用光电二极管和三色（也有可能是四色）滤光片模拟人眼中的三种色觉感受细胞，在不考虑系统电子系统稳定性、精度和环境等因素的情况下，测色结果的准确度，主要跟滤光片-探测器组成的通道的光谱响应曲线和CIE标准谱线的吻合程度有关，即卢瑟条件。该条件还指出三个线性无关的原色，经过混合能够表示任意一种颜色，故可以用在仪器做测色结果的校准，在相机和色度计中常见。图 3 左：Hyperion色度计谱线与标准CIE-XYZ体系谱线比较 右：颜色校准矩阵分光测色:（1）光谱扫描测色：这种工作方式的分光光度计往往将光源集成在设备内，通过分光器件和单色器，将光源发出的光分成一路或两路单色光（两路光路居多），将经过样品透射或反射后的光谱，与空样品池或标准白板做对比，获得样品的透射（或反射）光谱曲线。直接获得的是样品的光谱信息，需再经数据处理，才能获得样品的三刺激值。因为采用参比法测量物体透射（反射）光谱，消除了光源不稳定、光学器件效率等一些干扰因素。且往往这类设备体积较大，测试环境稳定，光学器件精密，故这种方法获得的样品光谱信息最为准确，但速度较慢，且常受限于测试场景和样品尺寸，使用成本较高。（2）多通道平行测色光源发出的光照射在样品上，经样品透射（或反射）后，通过狭缝进入设备。设备中分光器件将不同波长的光线分到不同的方向角上，经凹面反射镜聚焦到线性ccd上，CCD将光强转换为电信号，每一个CCD单元获取的光能量，对应样品光谱中某一波长范围的光谱能量，从而获得样品的透射（反射）光谱。 图 4 左：Rhea光谱仪的结构示意图 右：测得某样品的光谱图这样获得的样品光谱实际上是一系列底边较窄的柱状图，是一种实际光谱的近似，通过计算样品每一小段波长的光能量，对CIE标准下的XYZ三刺激值产生的作用并求和，就可以获得样品的三刺激值。这样的设备，将经过标准光源校准后的数据存储在设备中，在测量光源，发光屏时不需要额外的参考光路，这要求设备有较好的稳定性和光谱准确度。这样的测试方法容易获得较为准确的色坐标值，且测试速度较快。测色标准相关器件：归根结底，颜色是物体对光源光谱的选择性透射和反射，需要评价样品的颜色，就必须要建立标准，在相同条件下获得的样品光谱或色坐标，才具有可比性。除了测色仪器本身以外，我们还需要用到这些器件：如标准光源、积分球和标准白板等。这些仪器的搭配使用，也拓展了测色仪器的使用场景。1. 标准光源：标准光源有固定的光谱，和很好的稳定性。可以用于测试仪器的标定，也可以用做样品的照明，常用的有A光源，C光源，D65光源。2. 标准白板将标准白板属于全反射漫射体，波长选择性低，反射比接近1，常见的涂覆层材料有硫酸钡（BaSO4）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁（MgO）等。常放置于双光路分光光度计的参比光路中，作为反射测量的标准参照，可以用于仪器的校定，也可以用来和样品做对比来获得样品色度信息。3. 积分球积分球为一种内壁涂有低光谱选择性的高反射材料的球体，光在积分球中经过漫反射可以变得均匀。（1）可以让标准光源发出的光变成均匀光，这对仪器标定，样品照明都很重要；（2）可以在积分球上加光陷阱，吸收不需要的样品反射光（如吸收样品镜面反射光）。