光谱光度计量基准标准在NIM的发展

　　前　　　言

　　按照现代的学科分类[1],材料的反射、吸收、透射、偏振和荧光等特性测量,总称为光谱光度(spectrophotometry)或者光谱测量(spectrometry)。它是光辐射测量三项基本技术之一。因此,在CIE第二分部中设置了一个“材料与照明器”专门小组,从事照明工程中的光谱测量方法与测量装置的研究。当然,光谱光度在光学工业、摄影技术、太阳能利用、遥感技术、安全与防护、纺织、印染与医药卫生等还有广泛的应用。中国计量科学研究院于70年代开创了光谱光度新分支。根据不同时期,国民经济发展的不同需要,先后建立了漫透射视觉密度和彩色积分密度、0/d几何条件漫反射比、0/45漫反射因数和反射角分布、以及光谱规则透射比等一系列计量基准标准。与此同时,开发了摄影阶梯密度片、陶瓷白板、海伦粉末压制板、硫酸钡粉末压制板等计量标准物质,担负着全国的量值传递与国际比对任务。在我国的产品品质保证与市场竞争中发挥了巨大的作用。

　　1.光学密度计量基准

　　按照ISO标准的推荐,光学密度的函数表示法为:

　　式中: G-入射通量的几何条件,对于积分球密度应是90°; S-入射通量的光谱条件,这时应是3000K; g-出射通量的几何条件,对于视觉密度应是≤10°; s-出射通量的光谱条件,这时应是CIE光谱光视效率V(λ)。这个表示法,使得漫透射视觉密度的测量单值化。它的数学表达式为:

　　式中:Φeλ-照明用光源的色温度,Tλ-试样的光谱透射比。可用两种方法完成(2)式的积分。一是用宽带滤光器法、即用色修正较完善的探测器直接测出(2)式的分子和分母的积分量,再计算出密度值;二是用光谱光度法,即先测出Tλ,然后用数值积分法算出密度值。由于工业运用中常常使用D=4.0的高密度值,在70年代能满足这一条件的分光光度计甚少,所以,NIM采用第一方法建立了漫透射视觉密度计量基准[2]。

　　如图1所示,该基准没有采用传统的由基本物理量(例如,长度、电流和时间等)导出光学密度的方法,而是采用固体光探测器输出信号的比例法[2],直接测量入射在光栏的通量与试样存在时透过光栏的通量的比值。该基准装置的测量总不确定度为±0.005 (k=2)。与德国PTB的双边比对结果表明[3],两个国家实验室之间的光学密度单位符合在±0.005 (个别密度值除外)。

　　在80年代初期的ISO标准中,推荐的光学密度的几何条件改为乳白玻璃漫射器,因为它与工业应用的几何条件相一致。NIM计划在最近的五年计划中发展与这一几何条件相符的新的光学密度计量基准。

　　评价彩色胶片的光学性能时,应采用彩色积分密度这一物理量。与漫透射视觉密度相较,它们的测量原理是相同的。不同的是,测量彩色胶片需要用三种不同的出射通量的光谱条件而不是象黑白片那样,只用一种。