Телефон: +7 921 936 2039

А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина

Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система

Часть II

Практические лабораторные работы

Описание установки для экспериментальной фотоколориметрии

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 4.3.12.

Рис. 4.3.12. Примерный набор оборудования и приспособлений для измерений
                                 фотоколориметрических (цветовых) параметров различных объектов

Перечень необходимого оборудования и принадлежностей:

1. Персональный компьютер c установленным программным обеспечением AvaSoft – 7.2;

2. Оптоволоконный спектрометр AvaSpec-2048-FT-2-SPU;

3. БлокS Sисточников излучения – AvaLight-DHc или AvaLight-DH-S-BAL;

4. Световодный рефлектометрический пробник FCR – 7UV200 – 2  c осветительными волокнами (6 x 200 мкм) и детектирующими волокнами (UV/VIS), переходящими в, оптоволоконный кабель SMA 2 м с оптическим разветвителем, разделяющим оптические волокна на две части: одна – осветительная соединяется с блоком источников излучений, другая – детектирующая с блоком оптической обработки сигналов;

5. Приспособления и оснастка для закрепления исследуемых образцов (держатель оптического пробника RPH – 1), и др.;

6. Эталон белого цвета – референсный образец WS-2;

7. Интегрирующая сфера AvaSphere – 50 – REFL;

8. Исследуемые образцы; (выдаются преподавателем).

Порядок выполнения работы

1.      Проверить и удостовериться, что все элементы установки, приборы и приспособления находятся в наличии и пригодны для выполнения работы.

2.      Подготовить образцы для измерений. (карточки из набора цветов).

3.      Собрать электрическую и оптическую схему для проведения экспериментальных измерений согласно рис. 4.3.12.

4.      Включить тумблер электрического питания на панели блока розеток, после включения должна загореться сигнальная лампочка.

5.      Включить тумблеры питания на блоке источников излучения, блоке оптической обработки сигналов, нажать кнопку включения компьютера и подождать загрузки программного обеспечения. После загрузки программного обеспечения на экране появится изображение с пиктограммой AvaSoft.

6.      Войти в программу AvaSoft, щёлкнув два раза по иконке AvaSoft-7.2. После этого появляется окно информации (Рис. 4.3.13) и нажать кнопку OK.

7.      Появляется основное меню программы (Рис. 4.3.14.).

Рис. 4.3.14. Основное окно программы AvaSoft-7.2

Задание №1. Экспериментальное измерение спектра отражения карточек из набора цветов и определение их цветовых характеристик в системах XYZ и CIELab.

1.5.            После запуска программы AvaSoft щелкните кнопку Start в главном окне.

1.6.            Настройте параметры сглаживания в меню Setup для того, чтобы оптимизировать сглаживание для используемого диаметра световода или спектральной щели.

1.7.            Спектр отражения можно снимать или с помощью оптоволоконного зонда или с использованием интегрирующей сферы. Если спектр снимается с помощью зонда, то его нужно жёстко закрепить на исследуемом образце. Вначале снимается спектр эталонного белого образца. Обычно на экране сразу можно увидеть какой-то спектр, но, возможно, света будет или слишком много, или слишком мало при установленных настройках. То, что света слишком много означает, что в соответствующей спектральной области сигнал перегрузки выглядит как прямая линия на произвольной высоте, даже вблизи нуля длин волн. Эту проблему обычно можно решить выбором более короткого времени интегрирования. Время интегрирования может быть изменено в главном окне в белом боксе, расположенном ниже кнопки start/stop. Если AvaSoft накапливает данные, то кнопка start/stop выглядит как красная ‘stop’, а бокс времени интегрирования серый. Это означает, что оно не может быть изменено. После щелчка кнопки ‘stop’ поступление данных прекращается, и время интегрирования может быть изменено. Результат изменения времени интегрирования может быть виден после щелчка зеленой кнопки ‘start’. Попытайтесь настроить время интегрирования так, чтобы максимальная амплитуда во всей спектральной области была бы порядка 14000. Когда при минимальном времени интегрирования сигнал все равно слишком велик, используйте световод меньшего диаметра. Если в спектрометр поступает недостаточно света время интегрирования должно быть увеличено.

1.8.           После получения спектра, развёртка которого расположена на всё поле координатной сетки экрана, для сохранения эталонного белого образца нужно щёлкнуть левой клавишей мыши на белом квадрате в левом верхнем углу экрана.

1.9.           Затем выключите источник света или перекройте ход луча заслонкой. Теперь сохраните темновые  (Dark) данные. Это делается при помощи File-Save Dark из меню или щелчком мыши на черном квадрате в левом верхнем углу экрана.

После сохранения и загрузки опорных темновых данных и эталонного белого образца можно начинать измерения цветных объектов. Для этого перенести оптический зонд (пробник) на измеряемый образец и нажать кнопку start/stop. После появления на экране спектра отражения нажать на кнопку stop.

Порядок выполнения задания №1. Определение цветовых характеристик

После выбора опции меню “Applications-Color Measurement” высвечивается диалог, в котором могут быть установлены входные параметры. Диалог показывает две размеченных страницы: одна называется “LABChart” и показывает исходные параметры демонстрации цветовых измерений на цветной странице; другая страница называется “Time Series” и показывает все исходные параметры для показа до восьми цветовых параметров на графике в зависимости от времени.

Цветовые измерения стартуют при щелчке на кнопке OK. Если нажимается кнопка Cancel, то AvaSoft возвращает главное окно.

При вызове страницы “LABChart” открывается окно, показанное на рис. 4.3.15.

Рис. 4.3.15. Окно страницы “LABChart’’

Выбрать канал спектрометра в соответствии с оптическим разъёмом, подсоединённым к оптоволоконному кабелю. Это может быть сделано в боксе в верхнем левом углу с надписью “Spectrometer Channel”, установить стандартный источник излучения щелчком на одной из позиций в боксе “Illuminant”. В случае, показанном на рис. 4.2.15 установлен стандартный источник DB_65B.

Для выполнения работы следует провести измерения цвета от трёх любых источников излучения. (Например от источника А источника С и источника DB_65B).

В боксе “стандартный наблюдатель“ (CIE Standard Observer) нажатием кнопки выбрать угол обзора . 2P^оP или 10P^оP (по умолчанию выбирается угол 2P^oP).

Установки Дисплея (Display settings). Результаты измерений могут быть отражены графически на 3 листах:

1) LABChart, на котором a* и b* показываются движущейся по CIELab графику точкой;

2) Панель измерения цвета (Measured Color Panel), которая высвечивает измеряемый цвет. Заметьте, что, цвет, показанный на мониторе, может не очень точно совпадать с цветом объекта (зависит от настроек монитора и правильности его цветопередачи), но дает хорошее представление о нем.

3) Панель цвета стандартного образца (Reference Color Panel), которая показывает цвет для стандартного образца, который был выбран при установке “reference color”. Графический дисплей может быть активирован или деактивирован щелчком кнопки мыши для каждого графика отдельно.

• Показ последовательных цветовых параметров (Display following Color Parameters). Значения активируемых цветовых параметров будут высвечены внизу листа в процессе проведения измерений рис. 4.3.16.

Рис. 4.3.16. Окно результатов измерений

Рис. 4.3.16. показывает все цветовые параметры и там же представлены все 3 листа. Измерения на рисунке совершаются ведущим (Slave1) каналом спектрометра и с выбранным стандартным источником света DB_65B. Цветовые параметры рассчитываются с использованием значений для 2 градусного стандартного наблюдателя CIE. Имя файла, в котором будут сохранены данные можно найти в левом нижнем углу.

• Сохранение установок (Save Settings). Цветовые параметры могут быть сохранены в ASCII файле при проведении экспериментов. Текущее имя и расположение этого ASCII файла показывается при сохранении установки. Это имя файла (и путь) могут быть изменены щелчком на кнопке “Change Output File”. Следующий диалог будет показан: для старта нового файла для сохранения цветовых параметров введите имя файла, которое до сих пор не существовало (AvaSoft добавит расширение txt) и щелкните Open. Если выбран существующий файл, то цветовые параметры, которые будут сохранены, присоединяются к этому файлу. Таким образам, эксперименты, которые были ранее сохранены, могут быть продолжены, используя тот же самый выходной файл.

После того, как все установки произведены правильно, измерения могут быть начаты щелчком кнопки OK или при помощи клавиши Enter на клавиатуре. Быстрый запуск измерения непосредственно при помощи LABChart (пренебрегая установочным диалогом) осуществляется щелчком кнопки LABChart в главном окне AvaSoft.

Полученные результаты занести в таблицу 4.3.1.

Таблица 4.3.1. Таблица результатов координат цветности в системах CIEXYZ и CIELab

Средние значения полученных результатов нанести на треугольник цветности и диаграмму CIELab. На графике треугольника цветности определить основную (доминантную) длину волны цветного образца.

Контрольные вопросы

1.                 Какая часть спектра электромагнитных волн относится к световым?

2.                 Что называется аддитивным сложением цветов?

3.                 Почему человек видит цветное изображение?

4.                 Что называется «функцией видности» глаза?

5.                 Что называется координатами цветности. Треугольник цветности?

6.                 Что называется чистотой цвета?

7.                 Система определения цвета CIELab.

Список литературы

1. Мешков В. В., Матвеев А. Б. Основы светотехники. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 431 с.

2. Техника систем индикации. / Перевод с англ. Под ред. Шеманина А. Н. и Иванова Н. И.. -М: Изд. «Мир»,1970. – 520 с.

3. Крашение пластмасс. / Пер. с нем. Под ред. Парамонковой Т. А.. - Ленинград: Изд. “Химия” 1980.– 319 с.

4. Стафеев С.К., Боярский К.К., Башнина Г.А. Основы оптики. – С.Петербург: Техническая книга, 2006. – 336 с.

5. Юстова Е.Н. Цветовые измерения (Колориметрия) – СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2000. – 397 с.