Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка для проведения лабораторной работы представляет собой спектрометр, сопряженный с персональным компьютером и комплект цветных стекол (светофильтров), предназначенных для измерений.
В состав спектрометра входят оптическая система, включающая в себя осветитель и полихроматор, связанные волоконным световодом, электронную систему регистрации, сбора и обработки данных, а также программное обеспечение.
Спектрометр обеспечивает измерение спектров коэффициента пропускания цветных стекол в диапазоне длин волн 380-760 нм с погрешностью не более 2 %.
Измеряемый образец цветного стекла устанавливается в «параллельном» световом пучке, формируемом линзами 1 и 2. Оптический фильтр из цветного стекла СС-6 служит для выравнивания распределения сигнала в пределах регистрируемого спектра.
Полихроматор выполнен на основе простой вогнутой дифракционной решетки с постоянной 600 штр/мм и радиусом 62,5 мм так, что спектр формируется на круге Роуланда, диаметром 125 мм. Регистрация спектра производится линейкой ПЗС (SONY1LX511), линейный размер регистрируемого спектра составляет 28,672 мм. Выходной сигнал с фотоприемников ПЗС линейки обрабатывается электронной системой сбора и обработки данных в пределах регистрируемого спектра. Программное обеспечение позволяет получать и выводить данные измерений коэффициента пропускания в виде графиков и таблиц, а также осуществлять хранение результатов измерений.
Основная часть
Ход работы
Построение графиков
Толщина стекла l = 3,16 мм.
Ниже представлен экспериментальный график спектра пропускания ОС12 (рис.2):
Рис.2. Спектр пропускания ОС12, полученный экспериментально
Далее представлен график для τλ (рис.3), построенный на основе теоретических данных из каталога цветного стекла, по формуле (3):
Рис.3. Спектр пропускания ОС12, полученный теоретически
Расчет координат цветности по экспериментальным данным
Координаты цвета для стандартного излучателя D65, полученные экспериментально (таблица 1):
Таблица 1. Координаты цвета стандартного излучателя
X |
Y |
Z |
60,7 |
46,1 |
0,4 |
Рассчитаем координаты цветности по следующим формулам:
[3]
Расчет координат цвета и цветности по теоретическим данным
Используя рассчитанные данные спектрального коэффициента пропускания τλ (см. таблицу 2), рассчитаем по формулам (7), (8) нормированные координаты цвета и нормирующий коэффициент k. Данные, необходимые для расчета, представлены в таблице 2.
Таблица 2. Значения функций удельных координат и спектральное распределение энергии стандартного излучателя
λ, нм |
kλ, мм-1 |
τλ, % |
S(λ) |
|
|
|
380 |
8,3536 |
0,00 |
49,9755 |
0,0014 |
0,0000 |
0,0065 |
390 |
8,1346 |
0,00 |
54,6482 |
0,0042 |
0,0001 |
0,0201 |
400 |
7,5645 |
0,00 |
82,7549 |
0,0143 |
0,0004 |
0,0679 |
410 |
7,0356 |
0,00 |
91,4860 |
0,0435 |
0,0012 |
0,2074 |
420 |
6,7463 |
0,00 |
93,4318 |
0,1344 |
0,0040 |
0,6456 |
430 |
6,2574 |
0,00 |
86,6823 |
0,2839 |
0,0116 |
1,3856 |
440 |
5,5673 |
0,00 |
104,8650 |
0,3483 |
0,0230 |
1,7471 |
450 |
4,3672 |
0,00 |
117,0080 |
0,3362 |
0,0380 |
1,7721 |
460 |
3,9363 |
0,00 |
117,8120 |
0,2908 |
0,0600 |
1,6692 |
470 |
3,7543 |
0,00 |
114,8610 |
0,1954 |
0,0910 |
1,2876 |
480 |
3,4578 |
0,00 |
115,9230 |
0,0956 |
0,1390 |
0,8130 |
490 |
3,0632 |
0,00 |
108,8110 |
0,0320 |
0,2080 |
0,4652 |
500 |
2,6899 |
0,00 |
109,3540 |
0,0049 |
0,3230 |
0,2720 |
510 |
2,5948 |
0,00 |
107,8020 |
0,0093 |
0,5030 |
0,1582 |
520 |
2,5211 |
0,00 |
104,7900 |
0,0633 |
0,7100 |
0,0782 |
530 |
1,7089 |
0,00 |
107,6890 |
0,1655 |
0,8620 |
0,0422 |
540 |
0,5918 |
1,28 |
104,4050 |
0,2904 |
0,9540 |
0,0203 |
550 |
0,1013 |
45,36 |
104,0460 |
0,4334 |
0,9950 |
0,0087 |
560 |
0,0317 |
75,26 |
100,0000 |
0,5945 |
0,9950 |
0,0039 |
570 |
0,0127 |
86,42 |
96,3342 |
0,7621 |
0,9520 |
0,0021 |
580 |
0,0079 |
89,49 |
95,7880 |
0,9163 |
0,8700 |
0,0011 |
590 |
0,0063 |
90,54 |
88,6856 |
1,0263 |
0,7570 |
0,0011 |
600 |
0,0054 |
91,14 |
90,0062 |
1,0622 |
0,6310 |
0,0008 |
610 |
0,0046 |
91,67 |
89,5991 |
1,0026 |
0,5030 |
0,0003 |
620 |
0,0038 |
92,21 |
87,6987 |
0,8544 |
0,3810 |
0,0002 |
630 |
0,0035 |
92,41 |
83,2886 |
0,6424 |
0,2650 |
0,0000 |
640 |
0,0032 |
92,61 |
83,6992 |
0,4479 |
0,1750 |
0,0000 |
650 |
0,0031 |
92,68 |
80,0268 |
0,2835 |
0,1070 |
0,0000 |
660 |
0,0031 |
92,68 |
80,2146 |
0,1649 |
0,0610 |
0,0000 |
670 |
0,0032 |
92,61 |
82,2778 |
0,0874 |
0,0320 |
0,0000 |
680 |
0,0033 |
92,54 |
78,2842 |
0,0468 |
0,0170 |
0,0000 |
690 |
0,0035 |
92,41 |
69,7213 |
0,0227 |
0,0082 |
0,0000 |
700 |
0,0037 |
92,27 |
71,6091 |
0,0114 |
0,0041 |
0,0000 |
710 |
0,0041 |
92,07 |
74,3490 |
0,0058 |
0,0021 |
0,0000 |
720 |
0,0045 |
91,74 |
61,6040 |
0,0029 |
0,0010 |
0,0000 |
730 |
0,0051 |
91,34 |
69,8856 |
0,0014 |
0,0005 |
0,0000 |
740 |
0,0057 |
90,94 |
75,0870 |
0,0007 |
0,0002 |
0,0000 |
750 |
0,0062 |
90,61 |
63,5927 |
0,0003 |
0,0001 |
0,0000 |
760 |
0,0067 |
90,28 |
46,4182 |
0,0002 |
0,0001 |
0,0000 |
[2]
Используя рассчитанные координаты цвета, рассчитаем координаты цветности:
[3]