单向透视织物性能测试与评价方法研究

陈凤梅 欧阳玉魁 余 弘

（上海市质量监督检验技术研究院，上海，200040）

随着现代人自我保护意识和隐私意识逐渐提高，单向透视窗帘逐渐被重视起来。与传统的玻璃、纱窗、窗帘等窗饰品相比，单向透视窗帘具有透光、透景、通风、透气、充分利用自然光源、节能环保、保护隐私等多功能性，能够给人一种特别的安全感，提高了窗帘的使用性［1-3］。窗帘的单向透视性目前还没有相关的检测标准和考核指标。本研究从窗帘的单向透视原理出发，模拟实际使用环境，设计搭建试验装置，讨论同一织物在不同环境照度下达到单向透视和不同织物在同一环境照度下达到单向透视时各光学参数的变化规律，研究单向透视织物的性能，为研发者和消费者提供参考。

1 测试原理及测试系统装置的建立

1.1 测试原理

单向透视窗帘是利用室内外的光照差来实现单向透视效果。当太阳光照射到织物表面，内外环境照度满足一定条件时，织物表现出单向透视性。如图1 所示，太阳照射到织物表面产生入射光Dout入，透过织物产生透射光Dout透，被织物反射产生反射光Dout反，室内光透过织物产生透射光Din透。Dout入、Dout透、Dout透/Dout入（透 光 率）反 映 了 织物 的 采 光 性；Dout入、Dout反、Dout反/Dout入（反 光 率）、Dout反/Din透（对比度）反映了织物的抗透视性。对单向透视织物而言，达到单向透视所需的表面照度Dout入越小，织物越容易呈现单向透视效果［4-7］。

图1 太阳光照射原理示意图

1.2 测试系统装置的建立

测试系统装置如图2 所示［8］。模拟室内、窗帘、室外这样一个环境，设置一测试箱代表室内，箱体尺寸1 000 mm×500 mm×700 mm，箱内壁亚光黑，以减少反射光影响，箱内顶端有照度可调的日光灯，模拟室内光源，在测试箱后部放置一标准视力表，模拟室内物体；测试箱前后开口，前开口尺寸约为500 mm×500 mm，放置试样，后端带盖板开口尺寸为250 mm×250 mm；测试箱放置于一个可移动工作台上，该工作台的尺 寸 约 为1 000 mm×500 mm×800 mm，并附带万向滚轮，方便移动与测试。箱外有一照度可调的投光灯，投光灯中心线和箱内视力表第二排“E”在同一水平高度，距离2 000 mm。研究阶段在投光灯同高度处放置相同视力表，模拟室外可视物。待测织物自然悬挂在测试箱前开口处，面向室外的一侧作为测试面。通过调整箱内外光源照度，模拟环境照度变化。“室内”观察者站在后开口处透过试样观察箱外物体视力表，“室外”观察者站在投光灯处透过试样观察箱内物体视力表，判定织物的透视效果，如图3 所示。

图2 测量系统仪器搭建装置示意图

图3 测试效果图

为了寻找一个测试点，研究过程中，根据需要定义了两个透视效果和测试点。

两个透视效果：当观察者站在投光灯处透过织物不能清晰辨认箱内视力表第二排2 个“E”时，视为“看不清”（不透视），观察者站在测试箱后开口处，透过织物观察投光灯处的视力表，当能清晰辨认视力表第一排的“E”时，视为“看得清”（透视）。

两个测试点：内部光源为唯一光源时，站在投光灯处观察箱内视力表，视力表清晰可见，此状态下由外向内看得清、由内向外看不清。固定内部光源，调整外部投光灯照度由弱到强，箱内视力表由清晰可见逐渐模糊至“看不清”（不透视），从测试箱后开口处观察箱外，投光灯处的视力表由看不清到模糊至“看得清”（透视），当刚好达到由外向内“看不清”、由内向外“看得清”这一状态时，作为Dout入、Din透、Dout透测试点；与中心线同一高度、距织物15 cm、平行于织物表面的水平线处，作为Dout反的测试点（移动照度计在距织物不同距离处反复测量织物表面反射光照度Dout反，发现此点Dout反最大且测试结果相对稳定）。

固定内部光源，调整外部投光灯照度由弱到强，当由外向内“看不清”、由内向外“看得清”刚好满足时，在投光灯和箱内视力表中心连线与织物交界处用照度计紧贴织物，测量Din透，关闭内部光源，紧贴织物表面测量Dout入、Dout透、Dout反。获得的数据通过计算可以得到织物的透光率、反光率和对比度。研究各参数的变化规律，寻找更能准确直观表达织物单向透视性能的指标。

1.3 试验方法验证

以具有单向透视性能的2 个窗帘为例，将窗帘按照使用状态安装在窗户上，对窗帘进行实际使用效果观察，如图4 所示。在相同状态下，窗帘1 的单向透视性能优于窗帘2。

图4 窗帘实际透视效果图

利用搭建装置测量系统，固定内部光源，选择视力表表面照度为500 lx，调整外部投光灯照度，当样品达到单向透视效果时，测量窗帘表面照度Dout入，测试5 次取平均值，结果见表1。可以看出，窗帘1 表面照度小于窗帘2 表面照度，窗帘1 单向透视性能优于窗帘2。表明采用搭建装置测量系统和设计的试验参数得到的测试结果与产品具有的客观性能一致，测量结果可靠，该方案可行。

由表1 可以看出：各数据的标准偏差和变异系数小于5.0%，考虑到样品本身存在的不均匀性，以上测试数值的差异在可接受范围内，测试数据稳定，测量系统和测试方法可以应用实施。

表1 稳定性试验数据

2 试验部分

2.1 样品信息

收集单向透视窗帘（吊牌标注单向透视窗帘）46 个（1 号～46 号），普通窗帘和织物41 个（47 号～87 号）作对比，其中1 号～30 号、47 号～58 号是机织窗帘，31 号～46 号是针织经编窗帘。59 号～87 号是针织和机织织物。各窗帘及织物结构均匀，对其实际透视效果进行验证确认。方法是将窗帘和织物呈窗帘使用状态安装在窗户上，能清晰辨认室外2 m 内脸部轮廓为透视，不能清晰辨认室内50 cm 内脸部轮廓为不透视。同时利用系统测量装置，通过调节日光灯和投光灯的照度，对87 个样品进行透视效果观察，结果如下。

（1）在实际环境状态下窗帘有内外不透视和单向透视2 种效果；模拟环境状态下有内外不透视、单向透视和内外透视3 种效果。47 号～53 号、55 号、59 号～64 号、66 号、68 号～84 号、86 号～87号样品两种状态内外都不透视；1 号～46 号、85 号样品两种状态都具有单向透视效果。54 号、56 号～58 号、65 号、67 号样品两种状态透视效果不同，这些样品实际使用时需要很强的光照强度或对比度才能呈现单向透视效果，由于仪器量程范围内无法满足高照度的要求，因而模拟环境状态呈现内外透视效果；观察发现这类窗帘和其他窗帘相比一天中具有单向透视效果的时间很短。

（2）在实际环境状态下用照度计测量织物的表面照度，发现随着织物达到单向透视的先后，表面照度也由小到大。用这些具有单向透视效果的窗帘在实验室内模拟测试，在同一内部照度下，随着外部光源照度由弱到强，各样品达到单向透视效果的入射光照度不同，织物达到单向透视效果的先后顺序和在实际环境状态下观察的顺序一致；改变内部照度，织物达到单向透视的外部照度也随着内部光源照度的增大而增大，但织物达到单向透视效果的先后顺序不变。单向透视织物要营造透光、透景、透气、抗透视的环境，充分利用自然光源，达到节能的目的，这就要求达到单向透视效果时的表面照度越小越好，即Dout入越小，织物抗透视性能越好。对比观察具有单向透视和内外透视效果的织物，前者达到单向透视效果所需入射光照度较低，一天中具有单向透视效果的时间较长，单向透视功能好。内外透视的织物达到单向透视效果比较困难，所需入射光照度高，一天中具有单向透视效果的时间很短，单向透视功能差。Dout入能够很直观地表达织物的单向透视性。

2.2 试验参数分析

2.2.1 同一样品内部照度不同时参数变化规律

GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中规定室内工作场所照度按照100 lx、150 lx、200 lx、300 lx、500 lx、700 lx、1 000 lx 分级。研究过程中选取了内部光源150 lx、300 lx、500 lx、700 lx 4 个照度值，选取6 号、10 号、19 号、20 号4 个不同颜色的 单 向 透 视 窗 帘，进 行Dout入、Dout透、Dout反、Din透测量，研究各指标变化规律，结果见图5。

图5 不同内部照度下各指标变化情况

由图5 可知，改变内部环境照度，同一样品达到单向透视效果的Dout入、Dout反随内部环境照度增大而增大，线性变化规律较明显，说明窗帘的单向透视功能受使用环境的影响，这与一天中随着太阳光照度不同，窗帘的透视效果发生变化相一致。此外，操作过程中观察同一内部照度下4 个样品达到单向透视的先后为10 号、6 号、19 号、20号，而图5 中4 个样 品达到单 向透视的Dout入、Dout反由 小 到 大 亦 为10 号、6 号、19 号、20 号。说 明Dout入、Dout反越小，单向透视功能越好。因此，表面照度Dout入、Dout反能直观表达织物的单向透视性能，但是在实际测量操作过程中Dout反测试难度较大，系统误差也比Dout入大，相比之下Dout入能更准确地表达织物的单向透视性。透光率、反光率反映的是样品本身的性质，由于系统误差的存在和样品本身的不均匀性，数据在较小范围内有波动，反光率受Dout反数据影响波动较大，因此在性能表达上没有透光率更准确。图5 中4 个样品的透光率均大于14%，且对比度没有随着环境照度呈现一致的变化规律，对表达织物的单向透视性能规律不明显。

2.2.2 不同样品同一内部照度下参数变化规律

内部光源选择人眼适宜的照度500 lx。选取两种状态下具有单向透视效果的1 号～46 号样品做研究，调整投光灯照度由弱到强，当样品达到单向透视时，测量Dout入、Dout透、Dout反、Din透，计算获得透光率、反光率、对比度。颜色、结构相似的织物（1 号～11 号）测试所得数据见表2，按照达到单向透视的先后排序。颜色、结构不同的织物测试所得数据见表3，按照达到单向透视的先后排序。

由表2 可知，在同一内部环境照度下，改变外部投光灯照度由弱到强，随着样品达到单向透视的先后，颜色、结构相似的织物达到单向透视时Dout入、Dout反、对比度也逐渐增大，线性变化规律较明显，选取的样品Dout入都没有超过700 lx，且透光率大于14%。由表3 可知，颜色、结构不同的织物，通过改变外部投光灯照度由弱到强，将织物按照达到单向透视的先后排序，发现达到单向透视的Dout入线性增大，Dout反有先增大后减小的趋势，透光率、反光率、对比度都呈现非线性变化。Dout入不大于1 000 lx，透光率不小于14%。表面照度Dout入能充分直观地表达织物的单向透视性能，且测试简便。透光率充分体现了织物的采光性能。Dout入越小，单向透视性越好；透光率越大，采光性越好。

表2 颜色、结构相似的织物内部环境照度相同时数据表

表3 颜色、结构不同的织物内部环境照度相同时数据表

3 结束语

单向透视效果随着环境变化，实际环境下有内外不透视和单向透视两种效果；模拟环境下有内外不透视、单向透视和内外透视3 种效果，内外透视的织物实际环境很难呈现单向透视效果，功能可忽略。无论是同一样品改变内部照度，还是内部照度不变时，对比不同样品，达到单向透视的Dout入都呈线性变化，该值越小，织物单向透视性能越好。而透光率充分保证了织物的采光性。当内部照度为500 lx 时，用Dout入不大于1 000 lx，透光率不小于14% 能直观评价织物的单向透视性能。