恶劣气候条件下LED透雾性的研讨

恶劣气候条件下LED透雾性的研讨

1. 导言

　　可见光在下雪、下雨和有雾时的透过才能下降，因而，这样的恶劣气候对交通安全形成了很大要挟。可见光在雪花、雨滴和雾滴中传达时，因为散射和吸收等效果，使其可见性遭到很大影响。一些研讨机构曾做过相关研讨，并给出了一些可见光在这些严峻气候条件下传达的特性和定论。

　　关于可见光在雾的环境中传达，Bobsy Arief KURNIAWAN^[1]丈量了在不同雾浓度和雾滴巨细条件下，人眼对LED亮度的呼应。他选用了红黄蓝绿四种色彩光，以及他们每两种色彩之间的色彩，构成了十二种色彩光进行试验，并得出了红黄光和红蓝光穿过雾时亮度最高。一起，蓝光在浓雾中的可见性最差。而在下雨和下雪的环境中，研讨大多会集在对黄光和白光的挑选上。人们一般以为黄光比白光好，因为在相同亮度下黄光带来的眩光没有白光严峻。这个常识性的知道被John D. Bullough’s的研讨证明了。他得出了在相同光强下，黄光比白光遭到反向散射的影响小，因而眩光小的定论^[2,3]。

　　作为对可见光在恶劣气候条件下传达特性的开始研讨，本文所述试验首要重视可见光在雾中的传达状况。与Bobsy Arief KURNIAWAN的试验不同，本试验选用了四种单色LED作为光源，这就防止了Bobsy的办法中或许呈现的同色异谱现象。试验选用加湿器发生雾，丈量四种单色LED在不同雾浓度下的照度衰减。雾的浓度由一个白色LED在相应浓度下的照度衰减值来描绘。经过照度衰减曲线得到了具有最佳透雾才能的单色可见光。本试验从量化的视点剖析了单色可见光对雾的穿透特性。试验定论对路途照明设备的挑选具有必定的指导意义。

2.试验办法

　　2.1试验设备

Fig. 1 System setup of the experiment in side view

如图1所示，1为光源，四只单色LED均为1W；2为雾气箱，长30cm，宽37cm，高32cm，内外表涂黑；3为加湿器，经过22个档位发生不同度的雾；4为连通管，将加湿器发生的雾通入雾气箱；5为探头，正对着光源；6为照度计，用来收集照度值。

　　2.2 试验条件

　　为防止外界光对试验成果发生影响，整个试验在暗室中进行。一起，试验室的门窗均紧锁，以防止外界气流对试验的搅扰。试验室坚持恒温25℃。

　　该试验最为重要的部分是在试验室中对雾进行模仿。因为试验对雾的要求是具有均匀性、稳定性，而且可以较方便地调理浓度，因而该试验不能雾天在室外进行，必须在试验室人工造雾。试验选用加湿器喷出的雾状水气来模仿天然界中的雾。大多数雾滴取样法取得的天然界中存在的雾，其粒子直径的规模是4~10μm。而选用离心式加湿器可打出直径为5μm[4]的细雾，恰在天然雾粒子巨细的规模之内。别的，选用离心式加湿器可防止蒸汽式加湿器打出的高温水雾或许对照度计探头发生的影响。

　　经过光谱仪收集得到试验所用四种单色LED的特征参量峰值波长和半波宽，依次为：赤色LED（λp=625nm，FWHM=50nm）、黄色LED（λp=594nm，FWHM=13nm）、绿色LED（λp=514nm，FWHM=45nm）、蓝色LED（λp=459nm，FWHM=22nm）。试验在不同雾浓度下丈量各单色LED的透过照度。

　　2.3 试验进程

　　本试验经过加湿器的六个档位（0档、10档、12档、14档、16档和18档）发生不同浓度的雾，雾浓度跟着档位的上升而上升。

　　首要，在无雾的条件下点亮赤色LED，经过照度计测得此刻的照度值作为初始照度。在某一特定档位下，敞开加湿器两分钟。封闭加湿器10秒后，雾在透雾箱内已根本均匀散布，测得此刻的照度值作为赤色LED在此浓度下的透过照度。透过照度与初始照度的比值即为透过率。等候一段时间，当透雾箱内的雾气散去后，改动加湿器档位并重复上述试验。每种色彩的LED都重复上述进程。取三次试验的平均值作为最终成果。

　　2.4 雾浓度的表征

　　本试验中，雾的浓度经过一个白色LED（λp=492nm, Tc=6000K）在相应档位雾浓度下的透过率来界说。也就是说，白色LED的透过率数值表征了对应雾环境的浓度值。白色LED的透过率选用了与其他四种单色LED透过率相同的办法取得。在0档（无雾）、10档、12档、14档、16档和18档的白光透过率如表1所示。

　　表 1 不同档位下白光LED的透过率

　　Table.1 Transmission factor of white LED under different levels

相应地，雾在0档（无雾）、10档、12档、14档、16档和18档的浓度可描绘为100%，75.9%，51.2%，22.8%，10.1%，5.9%。

3. 试验成果

　　　得到了在100%，75.9%，51.2%，22.8%，10.1%，5.9%雾浓度下，四种单色LED的透过率。取三次重复试验的平均值，如表2所示。

　　表 2 四种单色LED在不同雾浓度下透过率

　　Table.2 Means of transmission factors of four monochrome LEDs

　　根据表2，可以得到跟着雾浓度改变，四种单色LED透过率改变的曲线。如图2。

图 2 不同雾浓度下单色光透过率曲线

Fig.2 Curves of fog transmission factors through different fog densiTIes

图2中，横坐标为用白色LED的透过率表明的雾浓度，纵坐标为四种单色LED的透过率。从图2可以得出，跟着雾浓度的上升，四种单色LED的透过率逐步下降。在恣意浓度下，黄色LED的透过率最大，其次是赤色LED。蓝色和绿色LED的透过率较低。

4.定论与评论

　　本试验丈量了四种单色LED在不同雾浓度下的穿透状况，得出了跟着雾浓度的上升，单色LED的透雾功能也下降，但下降程度不尽相同。四种单色光在恣意浓度下，黄光的透雾功能最好，其次是红光。透雾性最差的是绿光和蓝光。

　　此定论进一步验证了之前的相关研讨成果，即黄光成分具有较好的透雾性。一起，本试验得出具有较差透雾性的可见光成分是蓝光和绿光，这个定论与Bobsy Arief KURNIAWAN的定论稍有不同。形成定论不同的原因之一或许是因为两个试验所用蓝光的光谱不同。

　　在雾的环境中，可见光透过率的下降是比照下降的成果。人们可以看到事物，并不是根据事物自身的肯定亮度，而是根据事物与周围环境的比照。雾的存在下降了这种比照的程度，而雾的浓度越高，这种比照的程度就越低。因而，人们在雾中就不那么简单看清楚周围事物。

　　本试验仅是对可见光在恶劣气候条件下透过状况的开始研讨。虽然经过加湿器造出的雾，在成分和雾滴巨细以及空间散布上与天然中的雾不尽相同，但仍能必定程度上反映出单色光在很多水汽凝聚环境中的透过状况，如下雨或湿度很大的环境。进一步的研讨将会集在下雪和下雨的条件下，以期研讨定论对路途照明设备的挑选起到必定的指导意义，然后进步恶劣气候条件下路途交通安全。