铁道科学研究院通信信号研究所,100081 北京 3副研究员 33
助理研究员
探讨与争鸣
铁路色灯信号机采用LED 的技术条件及建议
王东华3 王朝霞3
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孙立范3
摘要:为保证灯光信号显示的可靠性,提出了LE D 信号机的主要技术条件及建议。
关键词:发光二级管 信号灯 技术条件Abstract :T o ensure the reliability of light signal display ,the main technical condition and suggestion of light emitting diode signal light are put forward.
K ey w ords :Light emitting diode ,Signal light ,T echnical condition 自从发光二极管(以下简称LE D )面市以来,即以其低能耗、高亮度、长寿命、抗冲击等特点,吸引着人们的注意力。
随着其技术的不断进展,LE D 在城市道路交通信号灯、室外大屏幕全彩色显
示器、汽车信号灯等许多方面都得到了应用。
LE D 信号机是一种不同于传统透镜式信号机的
新型信号机,一些技术问题尚需试验研究。
2000年铁道部新技术展示会及2002年举办的国际现代化铁路装备展览会,均有一些LE D 信号机展出,但只有图片,无实物样机和技术资料。
现结合多年来对LE D 的技术了解和多种实物样机测试所发现的问题,谈一些不成熟的意见供参考。
1 灯光颜色
灯光颜色应符合T B208121989铁路灯光信号颜色标准要求。
T B2081明确规定了铁路灯光信号红、黄、绿、蓝、月白颜色范围,对于LE D 信号机各种颜色亦应符合这一规定范围。
从目前情况看,红色、蓝色LE D 很容易符合要求,白色问题较大,经多次测试,其颜色都超出了规定的颜色范围。
一类是向短波方向超出,另一类是向长波方向超出。
2 发光强度
发光强度应符合T B/T235321993铁路灯光信号发光强度标准的要求。
T B/T2353标准411规定了色灯信号机光轴方
向光强度的下限值,412规定了色灯信号机水平方
向和垂直方向光束散角,LE D 信号机也应符合这些规定。
发光强度决定灯光的显示距离。
色灯信号机是对远距离(一般在1000m 以上)发出灯光信号的,其有效发光面直径一般在200mm 以下,远距离观察此信号即近似一发光点,无论对透镜式信号机,还是LE D 信号机都是如此,因此,LE D 信号机的发光强度和散角也应符合T B/T2353标准规定。
有人认为LE D 信号机是多个(几十个到百余个)LE D 发光,是接近面发光,因此,LE D 信号机的发光强度指标应与透镜式信号机的发光强度指标有所不同。
但原则上,两者最低光强指标应一致,都是由人眼辨认各种色光的阈限照度决定的。
如果强调有差异,也应经过大量试验对比分析,找出LE D 信号机与透镜式信号机发光等效的最小光强值。
而人为降低至某一光强值,即认为是LE D 信号机光强下限值的做法是缺乏说服力的,实际使用中也难免存在隐患。
至于光强的室内测试,对于LE D 及透镜式信号机应怎样进行以达到一致,还需进行试验研究。
在新的方法确定前,只能按现行方法进行。
3 耐侯性
T B/T141322001标准515、516、517分别规定
信号灯在经过低温-40℃、2h ,高温+70℃、2h ,交变湿热+55℃、>95%、12d 试验后应能正常工作。
LE D 是PN 结半导体芯片发光,属于冷光源,在温度变化时,光电特性有明显变化。
有文献介绍,温度变化将引起LE D 主波长偏移。
通过几种
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3— 铁路色灯信号机采用LE D 的技术条件及建议———王东华,王朝霞,孙立范
样机的测试,明显发现黄色LE D 在高温试验中,主波长向长波方向偏移,眼睛观察出黄色已偏红,造成色坐标超出规定区域,下表即是部分测试结果。
表1 黄色LE D 记温试验波长测试表
LED
信号机型 号颜色
常温下坐标+70℃2h 后的坐标
x
y x y E 型黄01600013980161901379G 型
黄
01602
01396
01626
01372
高温条件下,LE D 信号机光强衰减严重,黄色LE D 在+70℃温度中光强较常温下降近30%,红
色LE D 下降更多。
我国地域辽阔,更应该注意在
高温、低温、湿热条件下,LE D 信号机颜色及光强指标。
另外,铁路信号产品规定大气压力一般不低于70kPa (海拔不超过3000m ),如果将LE D 信号机置于青藏线,必须考虑海拔超过5000m 情况下能否正常工作,这一点不容忽视。
4 时效性
透镜式信号机使用的有效时间主要取决于信号灯泡的寿命,一般在点燃1000～2000h 即需更换灯泡。
LE D 信号机的有效时间要大大延长,许多文献介绍LE D 寿命可达10万h 。
一些文献还提出了LE D 衰减寿命概念,通常以亮度衰减至50%的时数定义,目前LE D 衰减寿命可达5万h 以上。
这就明确LE D 在全寿命中的光衰是非常显著的,如要保证足够的光性能,LE D 的实际使用寿命就要大打折扣。
测试发现,LE D 信号机发光强度与点灯时间有关,如一架红色LE D 信号机初始光强为3000cd ,1h 后光强衰减了约25%,2h 后基本趋于稳定,光强达2200cd 。
如再经T 小时光强衰减至2100cd (红色光的极限值),则该信号机的寿命为(T +2)h 。
LE D 在铁路信号机的实际使用寿命究竟能达多
长时间,应通过全面分析和实际验证得出。
在测试样机中,有一台测试刚开始,发光面就出现了一些坏区(部分LE D 不发光),经查是线路故障造成的。
很明显,LE D 信号机整机寿命不单是LE D 决定的,还和驱动电路等相关环节的可靠性密切相关,其实际寿命应对整机通盘考虑。
5 故障判断及处理
透镜式信号机光系统故障主要是信号灯泡失效造成的,通常是根据灯泡的寿命来规定更换灯泡的
时间,定时更换。
有灯丝转换装置的信号机在灯泡主丝失效时自动点燃副丝并示警。
LE D 信号机也应有此功能,即当LE D 信号机灯光显示出现故障或光衰至某一量时,应能示警并具有应急功能,以保证维修前能继续显示灯光信号。
在设计驱动电路时,应能方便地和目前的信号机电源直接相连,不应改动现有的控制电路或增加复杂的中间环节,以方便LE D 信号机顺利推广。
6 抗干扰性能
T B/T297021999《铁路灯光信号机的一般技术
要求》318中提出,“应采取措施以防止由于外部
光线的反射而导致的错误显示”,即通常所说的应能避免“假显示”。
测试中发现有的LE D 信号机为提高光强,在安装板上加了一层反光膜,强光照射下出现了明显反光。
有的在信号机前垂直安装了平板玻璃,也形成了很强的镜反射。
这些都不符合防止“假显示”要求,应改进。
如果在较暗环境,如地铁中应用LE D 信号机,不易出现“假显示”,那么在轻轨和地面上应用LE D 信号机时一定要采取措施,使其在强光照射下的反光降低到最低限,以保证不产生错误显示。
交流感应、雷电防护、电磁干扰也是应考虑的因素。
据了解,现场试验中,在LE D 信号机关闭状态,因某些干扰影响出现了亮灯现象,说明LE D 信号机对环境条件非常敏感,应搞清原因,通过试验分析采取有效措施加以解决。
相关线路的质量对LE D 信号机的显示也有直接影响。
如一定量的漏电流,可使关闭状态的LE D 信号机出现微亮现象,这是不允许的。
即LE D 信号机应具备抗漏电流干扰特性。
总之,目前LE D 信号机无论样机结构、发光面积、光学性能、电源参数等都各不相同,与铁道部现行相关标准要求相差较大。
不仅不利于推广,对行车安全也存在一定影响。
建议有关部门组织专业人员尽快开展研究,制定LE D 信号机行业标准,提出统一的技术要求,开展专项研究和全面技术攻关。
我们相信,性能优良、使用方便、安全可靠的LE D 信号机一定能在铁路现场推广使用。
(收稿日期:2002210207)
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43—铁道通信信号 2003年第39卷第2期。
